JP2005005477A

JP2005005477A - 荷電粒子線マスク検査方法及び荷電粒子線マスク検査装置

Info

Publication number: JP2005005477A
Application number: JP2003167079A
Authority: JP
Inventors: Jiro Yamamoto; 治朗山本
Original assignee: Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Current assignee: Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】薄膜欠陥を容易に検出する。
【解決手段】異なる２以上の加速電圧を用いてそれぞれ透過荷電粒子像を得る工程と、画像処理によりこれらの透過荷電粒子像の差異を強調した合成画像を得る工程と、この合成画像を表示する工程とを有する。この場合、加速電圧は、異なる３以上の加速電圧を用いて透過荷電粒子像を得るようにした方が好ましい。また、透過荷電粒子像を得るために用いる荷電粒子線として、電子線を用いるのが好ましい。さらに、加速電圧として、５ｋＶ未満の加速電圧と、５ｋＶ以上の加速電圧を用いるのが好ましい。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、荷電粒子線マスク検査方法及び荷電粒子線マスク検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化のためにパターンの微細化が進められている。そして、この微細化のために、微細なパターンが形成可能な荷電粒子線、特に電子線を用いたパターン転写方法が検討されている。
【０００３】
この電子線転写法で使用される荷電粒子線マスクとして、図６に示すように、２種類の荷電粒子線マスクが考えられている。１つは、図６（ａ）に示すように、転写すべきパターン領域を荷電粒子線マスク基板６１から完全に除去したステンシル荷電粒子線マスクである。もう１つは、図６（ｂ）に示すように、薄膜メンブレン６２上に散乱体６３を形成したメンブレン荷電粒子線マスクである。
【０００４】
このステンシル荷電粒子線マスクの場合、ドーナッツパターンの転写に２つの荷電粒子線マスクが必要となり、スループットが低くなる。一方、メンブレン荷電粒子線マスクの場合、ドーナッツパターンの問題は生じないが、薄膜メンブレン６２においても荷電粒子が散乱され、ビームがボケてしまう。そのため、まずはビームのボケが生じないステンシル荷電粒子線マスクを中心に開発が進められている。
【０００５】
この電子線転写法用の荷電粒子線マスクの検査方法として、走査型電子顕微鏡を用いて、荷電粒子線マスクや転写後に形成されたレジスト像を観察するものがある。これは、図７（ａ）に示すように、検査対象であるステンシル荷電粒子線マスク７１に電子銃７２から照射した電子を入射し、これによって発生した２次電子を検出器７３で検出することによって、寸法測定や形状確認を行うものである。
【０００６】
ステンシル荷電粒子線マスク７１は厚いので、開口寸法が小さいと、開口部のアスペクト比が大きくなる。このため、図７（ａ）のようなステンシル荷電粒子線マスク７１からみて電子銃７２側に位置する検出器７３では、ステンシル荷電粒子線マスク７１の開口部の下方部から発生した２次電子を検出することができない。
【０００７】
一方、図７（ｂ）のように、ステンシル荷電粒子線マスク７１からみて電子銃７２の反対側に検出器７４を位置させると（例えば、非特許文献１参照）、入射した電子をそのまま検出するため、アスペクト比に関係なく画像を得ることができ、ステンシル荷電粒子線マスク７１の開口部の下方部にある欠陥も検出することが可能となる。
【０００８】
ところで、検査装置では、通常、数ｋＶ以下の加速電圧が用いられる。これは、検査対象のごく表面から発生する２次電子を高効率に検出するため、及び、加速電圧が高いと放電による装置停止の危険性が高くなるためである。この通常の加速電圧を用いて検査すると、照射された電子は薄膜欠陥で遮られ、薄膜欠陥の形状が投影される。一方、電子線転写装置では、検査装置で用いる加速電圧よりも遥かに大きい１００ｋＶの加速電圧が用いられる。ここで、仮に検査装置で１００ｋＶの加速電圧を用いると、電子線は薄膜欠陥を透過するため、薄膜欠陥は投影されない。
【０００９】
【非特許文献１】
Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．４６，２７９頁（１９９９年）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電子線露光装置では、１００ｋＶの加速電圧を用いても、薄膜欠陥の像が転写されてしまう。これは、電子線は荷電粒子線マスクを透過した後も被露光物に到達するまでに複雑な光学系を通るため、薄膜欠陥によって電子線の軌道が僅かにずれるか、軌道のずれはなくとも非弾性散乱によりエネルギー損失が生じると、被露光物まで電子線が到達することができないためである。このため、検査段階で荷電粒子線マスクの薄膜欠陥を検出する必要がある。
【００１１】
また、薄膜欠陥を透過した電子が被露光物まで到達する確率は、加速電圧や転写装置の光学系だけでなく、薄膜欠陥の厚みにも依存する。このため、荷電粒子線マスクの薄膜欠陥について、その２次元的な寸法だけでなく、厚みも含む３次元情報を得る必要がある。しかし、従来の検査方法では、薄膜欠陥の３次元情報を得ることはできなかった。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その第１の目的は、荷電粒子線転写用の荷電粒子線マスクの薄膜欠陥を容易に検出することができる荷電粒子線マスク検査方法及び検査装置を得るものである。そして、第２の目的は、薄膜欠陥の３次元情報を得ることができる荷電粒子線マスク検査方法及び検査装置を得るものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る荷電粒子線マスク検査方法は、同一の荷電粒子線マスクについて、異なる２つの加速電圧を用いてそれぞれ透過荷電粒子像を得る工程と、画像処理によりこれらの透過荷電粒子像の差異を強調した合成画像を得る工程と、この合成画像を表示する工程とを有する。この発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の荷電粒子線マスク検査装置を示す図である。この荷電粒子線マスク検査装置は、設定された加速電圧で荷電粒子線を放出する荷電粒子線銃１１と、この放出された荷電粒子線を集束する光学系であるレンズ１２と、この集束された荷電粒子線を偏向して荷電粒子線マスク１３上の所定位置に照射する光学系である偏向器１４と、荷電粒子線マスク１３を透過した荷電粒子線を検出する検出器１５と、この検出器１５からの信号を増幅する信号処理部１６と、荷電粒子線銃１１による荷電粒子線の加速電圧を設定し、レンズ１２及び偏向器１４を制御する制御部１７と、検出器１５により検出した信号と制御部１７とを同期させて透過荷電粒子像を得るＣＰＵ１８と、この透過荷電粒子像を記憶する記憶装置１９と、画像処理により異なる２以上の加速電圧を用いてそれぞれ得た透過荷電粒子像を画像処理の差異を強調した合成画像を得る画像処理部２０と、この合成画像を表示するディスプレイ２１とを有する。なお、透過荷電粒子像を得るために用いる荷電粒子線として電子線を用いる。
【００１５】
次に、実施の形態１に係る荷電粒子線マスク検査方法を説明する。まず、第１の加速電圧を用いて得た第１の透過荷電粒子像を記憶装置１９に第１の透過荷電粒子像２５として記憶する。次に、制御部１７により、第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧に設定し、この加速電圧の変化に合わせて光学パラメータを予め記憶させている最適値になるようにレンズ１２を制御する。また、このとき、荷電粒子線を荷電粒子線マスクに照射する位置も変化するので、加速電圧の変化によって生じる位置ずれ量を予め記憶させておき、位置ずれ量が小さくなるように偏向器１４を制御する。また、残存する微小位置ずれは、第１の透過荷電粒子像２５とパターンマッチング法を用いることにより更に小さくする。この第２の加速電圧を用いて得た透過荷電粒子像を記憶装置１９に第２の透過荷電粒子像２６として記憶する。
【００１６】
ここで、第１の加速電圧を用いて得た第１の透過荷電粒子像２５を図２（ａ）に、第２の加速電圧を用いて得た第２の透過荷電粒子像２６を図２（ｂ）に示す。そして、図２（ａ）（ｂ）のＡ−Ｂ間に相当する荷電粒子線マスクの断面を図３（ａ）に示す。ただし、第１の加速電圧は３ｋＶ、第２の加速電圧は１０ｋＶとした。図からわかるように、荷電粒子線マスク１３の開口部の側面にエッチング残渣や汚れなどの薄膜欠陥３１が形成されている。なお、開口部の幅は２８０ｎｍ、荷電粒子線マスクの膜厚は２μｍである。
【００１７】
次に、図２（ａ）のＡ−Ｂ間の透過荷電粒子波形を図３（ｂ）に、図２（ｂ）のＡ−Ｂ間の透過荷電粒子波形を図３（ｃ）にそれぞれ示す。このように、低電圧の第１の加速電圧で撮影すると、電子の進入深さが小さいため、薄膜欠陥が図３（ｂ）のように転写される。一方、高電圧の第２の加速電圧で撮影すると、薄膜欠陥１３で電子がほとんど散乱されることなく透過するため、薄膜欠陥は図３（ｃ）のように転写されない。
【００１８】
この第１の透過荷電粒子像２５と第２の透過荷電粒子像２６を画像処理部２０で画像処理し、これらの像の差異を強調した合成画像２７を得る。そして、第１の透過荷電粒子像２５，第２の透過荷電粒子像２６，合成画像２７をディスプレイに表示する。あるいは、ケーブルに接続されたパソコン上に表示してもよい。
【００１９】
この合成画像２７を図４に示す。そして、図４のＡ−Ｂ間の透過荷電粒子波形を図３（ｄ）に示す。ここで行った画像処理は、まず、第１の透過荷電粒子像２５と第２の透過荷電粒子像２６の差分を求め、その差分の画像パターンの重みを大きくして高加速電圧の第２の荷電粒子像２６に足し合わせ、さらにコントラストと明るさの調整を行うものである。明るさは０，１，２の３段階とし、荷電粒子線マスク１３の部分を０、開口部を２、薄膜欠陥３１の部分は１とした。なお、画像処理は、上記の例に限らず、合成画像において、第１の透過荷電粒子像２５と第２の透過荷電粒子像２６の差異を異なる色で表示し、差異が測定者に分かるようにしてもよい。この差異部分が薄膜欠陥であるため、薄膜欠陥を容易に検出することができる。
【００２０】
また、転写に用いる加速電圧が１００ｋＶの場合、荷電粒子線マスクの厚さが０．５μｍ以上であれば、荷電粒子線マスク部分はほとんど転写されない。そのため、荷電粒子線マスクとしては必要最低限の厚さは０．５μｍである。このような荷電粒子線マスクを使用した場合、加速電圧が１０ｋＶ以上であれば殆どの荷電粒子線は荷電粒子線マスクの薄膜欠陥を透過する。また、５ｋＶであると一部透過し、５ｋＶ未満、特に３ｋＶ以下になると殆どの荷電粒子線は薄膜欠陥を透過することができない。よって、低加速度電圧である第１の加速電圧を５ｋＶ未満、高加速度電圧である第２の加速電圧を５ｋＶ以上とするのがよい。即ち、荷電粒子線薄膜欠陥を透過するような加速電圧と、透過しないような加速電圧を用いる。ただし、検査に用いる加速電圧として、転写に用いる加速電圧１００ｋＶよりも低い加速電圧を用いる。１００ｋＶ以上だと、荷電粒子線マスクのマスク部分を荷電粒子線が透過してしまうからである。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態２の荷電粒子線マスク検査方法は、同一の荷電粒子線マスクについて異なる３以上の加速電圧を用いてそれぞれ透過荷電粒子像を得る工程と、画像処理によりこれらの透過荷電粒子像の差異を強調した合成画像を得る工程と、この合成画像を表示する工程とを有する。また、この荷電粒子線マスク検査方法を行うために、図１の荷電粒子線マスク検査装置において、画像処理部２０で上記の画像処理が行えるようにすればよい。
【００２２】
次に、図５（ａ）に示すような、開口部の側壁に２段階の厚みを有する薄膜欠陥３１を有する荷電粒子線マスク１３の透過荷電粒子波形を図５（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。図５（ｂ）は３ｋＶの加速電圧を用いた場合で、図５（ｃ）は１０ＫＶの加速電圧を用いた場合で、図（ｄ）は４ｋＶの加速電圧を用いた場合である。そして、これらの異なる３つの加速電圧を用いて得た透過荷電粒子像を画像処理し、これらの像の差異を強調した合成画像の対応する箇所の透過荷電粒子波形を図５（ｅ）に示す。
【００２３】
合成画像は、例えば、明るさを０，１，２，３の４段階とし、荷電粒子線マスク１３の部分を０、開口部を３、薄膜欠陥３１の厚い部分は１、薄膜欠陥３１の薄い部分は２とする。または、これらの部分をそれぞれ異なる色で表示してもよい。
【００２４】
以上のような荷電粒子線マスク検査方法及び荷電粒子線マスク検査装置により、薄膜欠陥を容易に検出することができるだけでなく、薄膜欠陥の３次元情報を得ることができる。ただし、異なる３つの加速電圧を用いる場合を説明したが、さらに多くの異なる加速電圧を用いることで、薄膜欠陥のより詳細な３次元情報を得ることができる。ただし、加速電圧として、荷電粒子が薄膜欠陥を透過する加速電圧と、荷電粒子が薄膜欠陥を透過しない加速電圧と、これらの間の１以上の加速電圧を用いる。
【００２５】
なお、上記実施の形態１及び実施の形態２では、ステンシル荷電粒子線マスクに適用する場合について説明した。しかし、本発明はメンブレン荷電粒子線マスクにも適用することができる。この場合、用いる加速電圧は、少なくともメンブレン部を透過し、かつ、散乱体部分では透過しない或いは散乱されることによって検出器までほとんど到達しないような加速電圧の範囲で設定する。また、用いる低加速度電圧と高加速度電圧の比が大きいほど、欠陥部を観察するのが容易になる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、実施の形態１に係る発明により、薄膜欠陥を容易に検出することができる。また、実施の形態２に係る発明により、更に、薄膜欠陥の３次元情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の荷電粒子線マスク検査装置を示す図である。
【図２】高電圧を用いた透過荷電粒子像と低電圧を用いた透過荷電粒子像を示す図である。
【図３】薄膜欠陥を有するマスクの断面図と、その箇所の透過荷電粒子像の透過荷電粒子波形と、実施の形態１による合成画像の透過荷電粒子波形を示す図である。
【図４】実施の形態１による合成画像を示す図である。
【図５】薄膜欠陥を有するマスクの断面図と、その箇所の透過荷電粒子像の透過荷電粒子波形と、実施の形態２による合成画像の透過荷電粒子波形を示す図である。
【図６】２種類の荷電粒子線マスクの断面図である。
【図７】従来の電子線転写法用の荷電粒子線マスクの検査方法を説明する図である。
【符号の説明】
１１荷電粒子線銃
１２レンズ（光学系）
１４偏向器（光学系）
１３荷電粒子線マスク
１５検出器
１７制御部
１８ＣＰＵ
１９記憶装置
２０画像処理部
２１ディスプレイ
３１薄膜欠陥

Claims

同一の荷電粒子線マスクについて、異なる２以上の加速電圧を用いてそれぞれ透過荷電粒子像を得る工程と、
画像処理によりこれらの透過荷電粒子像の差異を強調した合成画像を得る工程と、
この合成画像を表示する工程とを有することを特徴とする荷電粒子線マスク検査方法。
異なる３以上の加速電圧を用いて透過荷電粒子像を得ることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線マスク検査方法。
前記透過荷電粒子像を得るために用いる荷電粒子線として、電子線を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線マスク検査方法。
前記加速電圧として、５ｋＶ未満の加速電圧と、５ｋＶ以上の加速電圧を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線マスク検査方法。
前記加速電圧として、荷電粒子線マスク転写に用いる荷電粒子線の加速電圧よりも低い加速電圧を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線マスク検査方法。
前記合成画像として、異なる加速電圧を用いてそれぞれ得た透過荷電粒子像の差異を異なる明るさ又は異なる色で表示した合成画像を得ることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線マスク検査方法。
設定された加速電圧で荷電粒子線を放出する荷電粒子線銃と、
この放出された荷電粒子線を集束及び偏向して荷電粒子線マスクの所定位置に照射する光学系と、
前記荷電粒子線マスクを透過した荷電粒子線を検出する検出器と、
前記加速電圧を設定し、前記光学系を制御する制御部と、
前記検出器により検出した信号と前記制御部とを同期させて透過荷電粒子像を得るＣＰＵと、
この透過荷電粒子像を記憶する記憶装置と、
画像処理により、異なる２以上の加速電圧を用いてそれぞれ得た透過荷電粒子像の差異を強調した合成画像を得る画像処理部と、
この合成画像を表示するディスプレイとを有する荷電粒子線マスク検査装置。