JP2004070249A

JP2004070249A - 照明装置、位相板、検査方法、検査装置およびマスクの製造方法

Info

Publication number: JP2004070249A
Application number: JP2002233254A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Okuda; 奥田　健太郎; Takeshi Fujiwara; 藤原　剛
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】レーザ光を被検体に均一に照明できる照明装置と位相板と、それを用いた検査装置、検査方法及びマスクの製造方法を提供すること。
【解決手段】レーザ光源１の光軸上の前方に、光軸に出力側面が傾斜して所定回転数で回転する回転板２を設け、この回転板２の前方に固定位相板３を、この固定位相板３の前方にコンデンサレンズ５を設ける。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、均一な照明光を得られる照明装置と位相板と、それを用いた検査装置、検査方法及びマスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程のなかのひとつで、フォトマスクのマスクパターン欠陥を検査する工程では、パターン欠陥検査装置が用いられている。このパターン欠陥検査装置では、被検査体であるフォトマスクに対して光源からの光を照明光学系により照明し、照明されたフォトマスクの透過光の画像をセンサで検出し、センサからの画像信号に基づいてマスクパターンの欠陥を検査している。
【０００３】
照射する光源には、一般的には水銀ランプが使用されている。水銀ランプが用いられている理由は、可視光領域から紫外領域（３６５ｎｍ近辺）までの波長を有する光を用いて、フォトマスクを照明することができるためである。
【０００４】
なお、フォトマスクへの照明光と検査光を同一にすることにより、照明の際に影響がでる有害欠陥だけを検出するという技術において、紫外光を光源から照射することが特開平８−９４３３８号公報に開示されている。
【０００５】
また、最近は半導体の高集積化に伴ない、検査画像の解像度を向上するために短波長でハイパワーなレーザ光が光源として用いるようになってきている。なお、レーザ光は干渉性が高いために照明光として利用する場合は、通常、スペックルノイズ（干渉縞）の対策が必要になるため、回転位相板を用いてスぺックルノイズを低減して均一な照明光を得ている。回転位相板は、表面に深さの異なる多数の段差がランダムに設けられてなる透光性の円盤で、場所により厚さが異なることから、この回転位相板を回転させつつレーザ光を透過させることで、レーザ光の位相を各段差の深さに応じて変化させることができる。なお、各段差は、レーザ光の位相をそれぞれ０、ｌ／４λ、ｌ／２λ及び３／４λだけずらすことのできる厚さに形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体の高集積化に伴い、フォトマスクの微細化が進み、それに伴い検査装置も高分解能が要求されるようになってきているため、検査装置の高分解能の達成要求には検査波長の短波長化が必要であるため、従来用いられている水銀ランプ等では短波長での照度が十分得られない。
【０００７】
また、照明光に紫外線レーザ光を用いた場合は、レーザ光の干渉性の対策としてガラス製の回転位相板を用いてスぺックルノイズを低減している。しかしながら、回転位相板は製造工程で精度良く円形に切出す際に、加工で失敗するリスクが大きいという問題がある。また、回転位相板はガラスで出来ているため、高精度な加工は難しい。さらに、ガラス板を安全に高速回転するために加工精度は厳しくなり、加工精度が十分に得られないと位相板が無駄になる。つまり、回転位相板はその製作工程の難しさから大変高価であるため、製作リスクの少ない方法が開発されないと価格面で実用に供するには難がある。
【０００８】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、レーザ光を被検体に均一に照明できる照明装置と位相板と、それを用いた検査装置、検査方法及びマスクの製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による手段によれば、レーザ光源の光軸上の前方に、該光軸に出力側面が傾斜して配置されて所定回転数で回転する回転板と、この回転板の前方に固定位相板と、この固定位相板の前方にコンデンサレンズとを設けたことを特徴とする照明装置である。
【００１０】
また請求項２の発明による手段によれば、前記回転板は、平行平板回転板またはくさび型平板であることを特徴とする照明装置である。
【００１１】
また請求項３の発明による手段によれば、レーザ光源の光軸上の前方に、順次、ビームエキスパンダ、固定位相板、インテグレータレンズおよびコンデンサレンズを配列したことを特徴とする照明装置である。
【００１２】
また請求項４の発明による手段によれば、レーザ光のスぺックルノイズを低減して均一な照明光を得るために複数の位相窓が密接して構成している位相板において、
前記位相窓は正六角形状であることを特徴とする位相板である。
【００１３】
また請求項５の発明による手段によれば、レーザ光源からの出射光を少なくとも固定位相板を具備した照明装置によりスペックルノイズを除去して均一化し、その均一化された光を被検査体に照射する照射工程と、
前記照射工程により照射された前記被検査体を透過した光を受光素子で受光する受光工程と、
この受光工程により受光した結果に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する検出工程とを有することを特徴とする検査方法である。
【００１４】
また請求項６の発明による手段によれば、照明装置からの照明光を被検査体に照射して、前記被検査体の透過光を受光素子で受光し、その受光結果に基づいて該被検査体の欠陥を検出する検査装置において、
前記照明装置は、上記のいずれかを用いていることを特徴とする検査装置である。
【００１５】
また請求項７の発明による手段によれば、基板上に成膜を行う成膜工程と、前記膜にパターンを描画する描画工程と、前記パターンを撮像して得られるセンサデータと前記パターンの設計データから得られる参照データとを比較して前記パターンの検査を行なう検査工程とを行ってマスクを製造するマスクの製造方法において、
前記検査工程は、上記の検査方法を用いて行うことを特徴とするマスクの製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態の照明装置を搭載した検査装置の構成を示す模式図である。
【００１８】
Ａｒレーザ等を用いたレーザ光源１の光軸上の前方には、光軸に所定角度を傾斜して配置されている透光性の回転平行平板２と、その前方に固定位相板３が設けられ、さらにその前方に反射ミラー４とコンデンサレンズ５が配置されて照明装置６を形成している。なお、反射ミラー４は光路の変更のためであり、検査装置の光学系の配置によっては必ずしも必要なものではない。
【００１９】
回転平行平板２は、ガラス製で光軸に対して傾斜して配置され、数千から数万ｒｐｍで回転する。また、回転した際に光軸を中心として透過するレーザ光が回転方向への偏心移動が発生する。
【００２０】
図２（ａ）は固定位相板３を示す正面図であり、図２（ｂ）はＡ−Ａ´断面図である。固定位相板３は、Ａ−Ａ´断面を図２（ｂ）に示すように、表面に深さの異なる多数の段差７ａ〜７ｄがランダムに設けられてなる透光性の板体である。このような固定位相板３によれば、場所により厚さが異なることから、回転平行平板２を回転させて固定位相板３に回転移動したレーザ光を透過させることで、レーザ光の位相を各段差７ａ〜７ｄの深さに応じて変化させることができる。各段差７ａ〜７ｄは、レーザ光の１波長（λ）分の位相である３６０度を４分割した０度、９０度、１８０度、２７０度として、それぞれ０、ｌ／４λ、ｌ／２λ及び３／４λだけずらした厚さに形成されている。
【００２１】
図１に示すように、照明装置６の光軸上の前方には、ＸＹテーブル８が配置されている。ＸＹテーブル８は、被検査体であるフォトマスク９を保持し、これを任意のＸＹ方向に駆動するもので、ＸＹテーブル駆動ドライバ（不図示）により駆動される。
【００２２】
また、ＸＹテーブル８の下方には、対物レンズ１１を通してフォトマスク９のパターン像を受光し、その光強度に応じた信号を出力するＣＣＤセンサ１２が配置されている。
【００２３】
以上のような構成により、レーザ光源１から出射したレーザ光は、回転平行平板２に入射し、回転平行平板２を通過したレーザ光は、光軸を中心に入射したレーザ光と平行に偏心回転（移動）する。この偏心回転（移動）したレーザ光は、固定位相板３に入射される。固定位相板３は場所により厚さ（位相）が異なるガラス板であるため、偏心回転（移動）したレーザ光は位相が変化し、スぺックルノイズを移動させることで、固定位相板３を出射した光は均一な照明になり、反射ミラー４とコンデンサレンズ５を介してＸＹテーブル８上のフォトマスク９を照射する。
【００２４】
図３（ａ）〜（ｃ）は、光軸上で偏心回転（移動）したレーザ光がフォトマスク９の受光面に照射される様子を表した説明図である。図３（ａ）は、比較のため回転平行平板２が回転してない状態のレーザ光の直径、例えばφ１５〜３０ｍｍのレーザ光のビーム形状である。この場合、レーザ光の中にはスぺックルノイズによる照明むらが発生している。図３（ｂ）は、直径がφｌ５〜３０ｍｍのレーザ光の偏心回転（移動）する様子をあらわしたもので、上下左右に約ｌｍｍ移動することにより、中心部の約φ１３〜２８ｍｍの部分がスぺックルの移動により均一な照明になる。図３（ｃ）は、中心部の約φ１３〜２８ｍｍの部分がスぺックルの移動により均一な照明になった有効部分のみを示している。
【００２５】
なお、回転平行平板２を回転くさび型平板（不図示）に置き換えて、入射するレーザ光を平行移動でなく円錐状に振っても同様な作用を得ることができる。
【００２６】
上述の有効部分によりＸＹテーブル８に載置されているフォトマスク９を照射して透過した光は対物レンズ１１を介して受光素子であるＣＣＤセンサ１２で受光される。ＣＣＤセンサ１２で受光した光は上述のようにスペックルノイズの影響を除去しているので高精度な検出を行うことができる。検出されたパターンは、予め定められている基準値と比較して欠陥が検出される。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００２８】
図４は、本発明の第２の実施の形態の照明装置６ａを搭載した検査装置の構成を示す模式図である。
【００２９】
Ａｒレーザ等を用いたレーザ光源１の光軸上の前方には、順次、一対のレンズ１５ａ、１５ｂで形成されたビームエキスパンダ１５、固定位相板３、インテグレータレンズ１６およびコンデンサレンズ５が設けられて照明装置６ａを形成している。
【００３０】
固定位相板３は、上述の第１の実施の形態で説明したものと同様なものを用いていており、位相変化量は、レーザ光の１波長である３６０度を４分割した０度、９０度、１８０度、２７０度としている。
【００３１】
インテグレータレンズ１６は、小型のレンズ素子１６ａ〜１６ｄの集合体であり、図５に示すようにレンズ素子１６ａ〜１６ｄの透過した光の強度分布を均一にする機能を有している。なお、レンズ素子１６ａ〜１６ｄの個数は４ｎ個にしている（４としているのは４つの位相変化量があるため）。それにより、それぞれ位相量の異なるレーザ光がインテグレータレンズ１６、コンデンサレンズ５を通して同一個数が重なるようにしている。それにより、位相のずれたレーザ光との干渉によるスペックルノイズにより発生しているコントラストを低下させて、光の均一性を向上させている。
【００３２】
図６は、本実施の形態の照明装置６ａからの出力の位置による照明強度（光強度）分布図である。レーザ光の１波長である３６０度を４分割した０度、９０度、１８０度、２７０度の個々には、位置による光強度分布の差が存在するが、それらを統合するとそれぞれの位置による差は解消して、均一な照明光が得られる。
【００３３】
この照明装置６ａからの照明光を用いてフォトマスク９を照射し、フォトマスク９を透過した光は対物レンズ１７と結像レンズ１８を介してＣＣＤセンサ１２で受光される。ＣＣＤセンサ１２で受光した光は、上述のようにスペックルノイズの影響を除去しているので高精度な検出を行うことができる。検出されたパターンは、予め定められている基準値と比較して欠陥が検出される。
【００３４】
なお、上述の各実施の形態に用いた回転位相板としても固定位相板としても、図７に部分平面図を示したような位相板２ａ、３ａを用いることができる。この位相板２ａ、３ａは、正六角形のハニカム構造で形成されている。位相板２ａ、３ａでは各位相窓１０のエッジ部（図形で言うと辺の部分）に照射される光がロスになるため、それにより、位相板２ａ、３ａの全体の光の透過率を低下させている。位相窓１０の辺のサイズを微細化した場合、位相板２ａ、３ａの全体での、エッジ部の占有面積が増加し、その解決策が求められている。そのため、位相窓１０を正六角形のハニカム構造で形成することにより、位相窓１０の面積が同じ場合、正六角形の全辺の合計長さは、四角形の場合に比べて７％程度短くなり、光のロスを減少させることができる。
【００３５】
次に、上述の照明装置６、６ａを搭載したパターン検査装置を用いたハードマスクの製造方法について説明する。図８はハードマスクの製造プロセスを示すフローチャートである。
【００３６】
ハードマスクは、ソフトマスクのレリーフ効果を除き、膜強度の弱さを克服するために、ガラス基板上に金属または金属酸化物層の画像を作り、フォトマスク９を形成している。
まず、ガラス基板を研磨、洗浄し（Ｓ１）、ガラス基板上に５０〜３、００μｍ程度の厚さのクロム膜を真空蒸着中スパッタリング法で被膜形成する（Ｓ２）。次に、レジスト膜厚は通常０．４〜０．８μｍ程度のフォトレジストを塗布する（Ｓ３）、プレベーク（Ｓ４）後に、形成するパターンに応じた露光を行なう（Ｓ５）。続いて、自動現像装置等により、スプレー方や浸漬法で現像を行なう（Ｓ６）。現像後にポストベークを行なう（Ｓ７）。このポストベークは、温度が高温過ぎるとレジストがプラスチックフロー（軟化現象）をおこし、形状変化をきたすので、温度、時間設定の管理は注意を要する。次に、エッチングを行なう（Ｓ８）。エッチングは、ウエット法は、浸漬法を用いれば処理が簡単であるが、アンダーカットが０．５μｍ以上あり、画線の寸法がレジスト線幅より細くなってしまうという欠点があるため、プラズマエッチング、スパッタエッチングなどのドライエッチング法を用いる場合が多い。次に、レジストを剥離し（Ｓ９）、その後に、洗浄して、各検査を行なう（Ｓ１０）。その際のパターン検査は、上述の本発明のパターン検査装置を用いる。
その後に、不具合個所が存在した場合は修正し（Ｓ１１）、修正後に洗浄して出荷する（Ｓ１２）。
なお、上述の製造プロセスは一例であり、種々の変形したプロセスで製造を行なうことが可能である。
上述のハードマスクの製造方法は、マスクのパターン検査の際に用いるパターン検査装置が、干渉縞の影響を除去しているので、被検査体の微小な欠陥でも正確に検出することができるので、高精度なマスクを製造することができる。
【００３７】
以上に述べたように、上述の実施の形態では、被写体の像を光電センサで受光する際に、干渉縞の影響を除去できるので、高精度な被写体像を検出することができる。
【００３８】
また、上述の光電センサを用いたパターン検査装置や顕微鏡は、干渉縞の影響がなくなることで、被写体の観察や被写体の線幅などの測定を高精度に行うことが可能になる。
【００３９】
また、上述の光電センサを搭載したパターン検査装置を用いたマスクの製造方法は、欠陥のない高精度なマスクを製造することができる。
【００４０】
なお、上述の各実施の形態では、被検査体としてフォトマスクを対象としたが、フォトマスクに限らずレチクル等の検査にも適用できることは言うまでもない。
【００４１】
上述の実施の形態によれば、レーザ光を光源として用いた際に問題となる照明の不均一による問題点を解消することができる。それにより、上述の照明装置を用いた被検査体の検査では、スペックルノイズに影響されない高精度な検査を実現することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、スペックルノイズを除去した均一な照明光の得られる照明装置及びそれに用いる位相板が得られる。
【００４３】
また、その照明装置を用いた検査装置、検査方法およびマスクの製造方法ではスペックルノイズの影響を受けない高精度の検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の照明装置を搭載した検査装置の構成を示す模式図。
【図２】（ａ）は固定位相板の正面図、（ｂ）はＡ−Ａ´断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、光軸上で偏心回転したレーザ光がフォトマスクの受光面に照射される様子を表した説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の照明装置を搭載した検査装置の構成を示す模式図。
【図５】インテグレータレンズ透過した光の強度分布の説明図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の照明装置の出力の位置による照明強度（光強度）分布図。
【図７】本発明の位相板の変形例。
【図８】ハードマスクの製造プロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…レーザ光源、２，２ａ…回転平行平板、３、３ａ…固定位相板、６…照明装置、９…フォトマスク、１０…位相窓、１２…ＣＣＤセンサ、１６…インテグレータレンズ

Claims

レーザ光源の光軸上の前方に、該光軸に出力側面が傾斜して配置されて所定回転数で回転する回転板と、この回転板の前方に固定位相板と、この固定位相板の前方にコンデンサレンズとを設けたことを特徴とする照明装置。
前記回転板は、平行平板回転板またはくさび型平板であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
レーザ光源の光軸上の前方に、順次、ビームエキスパンダ、固定位相板、インテグレータレンズおよびコンデンサレンズを配列したことを特徴とする照明装置。
レーザ光のスぺックルノイズを低減して均一な照明光を得るために複数の位相窓が密接して構成している位相板において、
前記位相窓は正六角形状であることを特徴とする位相板。
レーザ光源からの出射光を少なくとも固定位相板を具備した照明装置によりスペックルノイズを除去して均一化し、その均一化された光を被検査体に照射する照射工程と、
前記照射工程により照射された前記被検査体を透過した光を受光素子で受光する受光工程と、
この受光工程により受光した結果に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する検出工程とを有することを特徴とする検査方法。
照明装置からの照明光を被検査体に照射して、前記被検査体の透過光を受光素子で受光し、その受光結果に基づいて該被検査体の欠陥を検出する検査装置において、
前記照明装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかを用いていることを特徴とする検査装置。
基板上に成膜を行う成膜工程と、前記膜にパターンを描画する描画工程と、前記パターンを撮像して得られるセンサデータと前記パターンの設計データから得られる参照データとを比較して前記パターンの検査を行なう検査工程とを行ってマスクを製造するマスクの製造方法において、
前記検査工程は、請求項５記載の検査方法を用いて行うことを特徴とするマスクの製造方法。