JP2006046944A - ステンシルマスクの開口部側壁の異物検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステンシルマスクの支持部または梁の側壁に付着する異物を簡単な方法で効果的に検査する方法および装置を提供する。
【解決手段】ステンシルマスク（１０）の表面に対して実質的に垂直に形成された支持枠（１９）または梁（１８）の側壁（２１）を検査する方法であって、撮像手段（４１）をその光軸（３８）がステンシルマスクの表面に対する垂直の方向に対し、所定の角度（θ）で傾斜するように配置し、支持枠または梁の側壁に対し撮像手段の焦点位置を変えた複数の画像を撮影し、複数の画像から支持枠（１９）または梁（１８）の側壁に対する全焦点画像を合成し、全焦点画像を表示手段（５１）により表示する工程を含む、支持枠（１９）または梁（１８）の側壁を検査する方法。
【選択図】 図４

Description

本発明は例えばステンシルマスクとして使用される基板の開口部の検査に関するものであり、特に、ステンシルマスクの支持枠または梁の側壁に存在する異物を検査する方法および装置に関するものである。

半導体装置およびその他の電子部品の高集積化および超微少化の進展に伴い、サブミクロン加工技術の次の世代の加工技術として、電子ビーム露光技術の開発が進められている。電子ビーム露光技術における解決すべき課題の一つとして、露光に使用するマスクの製造技術および製造されたマスクの品質の維持がある。

電子ビーム露光用のマスク（ＥＢ（Electron Beam）マスク）としては、単結晶シリコン薄膜からなるメンブレンに露光パターンに対応した電子ビーム透過のための孔を開けたステンシルマスクが有効であると考えられている。現在かかるステンシルマスクを製造するための基板としては、一般的にＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエーハが使用され、このＳＯＩウエーハを加工してＥＢマスクが作成されている。

図１０にＥＢマスクとして使用されるステンシルマスク７０の模型的断面図と、従来の異物検査装置８０の概略図を示す。

ステンシルマスク７０は、周辺部において支柱を形成する支持枠部７２と、メンブレン７５を支持するため通常一定の間隔で形成されている梁７３を有する。支持枠部７２および梁７３は、ＳＯＩウエーハにおける支持基板であるシリコンウエーハにより形成されている。支持枠部７２および梁７３の底部にはシリコン酸化膜７４を介して、ＥＢマスク本体を形成する単結晶シリコン薄膜から成るメンブレン７５が配置されている。

マスクパターンはメンブレン７５に形成された孔７６の形状により定まる。孔７６はパターンニングされたレジストをマスクとする部分エッチングにより形成される。孔７６のエッチング工程またはその後の工程において支持枠部７２または梁７３の側壁に異物７７が付着する場合がある。この異物７７がメンブレン７５上に落ちてパターンを形成する孔７６を塞いでしまうと大きな問題となる。

このため、ステンシルマスクの開発またはステンシルマスクの製造における工程管理のためには、ステンシルマスクに特有の、支持枠部７２または梁７３の側壁７８に付着する異物７７の検査が必要となる。異物７７は例えばパターン形成工程で発生するシリコン屑や環境からの塵埃等である。

図１０に示すように従来は、ステンシルマスク７０の上方から光を照射し、光学顕微鏡８１によりマスク表面を上から覗いて目視により検査するか、顕微鏡を通して拡大された画像を例えばＣＣＤ等の二次元受光素子８２を用いて撮像し、ディスプレイ８３に表示させて検査していた。またステンシルマスク７０を例えばＸＹステージ８４上に配置し、逐次走査によってステンシルマスク７０の表面全体を検査する方法が取られていた。
特開２００１−３４４５９９ 特開２００３−２８１５０１

しかし、図１０に示すように、支持枠部７２および梁７３の側壁７８はメンブレン７５に対してほぼ垂直である。このため、側壁７８に異物７７が付着しているとしても、光学顕微鏡８１により側壁７８に付着している異物７７を発見するため、付着位置（高さ）が未知の異物７７に光学顕微鏡８１の焦点８６を合わせることはかなりの熟練を必要としていた。

また光学顕微鏡８１が例えば自動的に焦点を調節する自動焦点調節機構８７を備えていたとしても、顕微鏡８１の焦点が極めて合わせ難いという問題が生じていた。図１０において、光学顕微鏡８１の光軸が異物７７の少しでも右に寄ると、支持枠部７２の表面８８上へ焦点９０’が合ってしまう。また、図１０において光学顕微鏡８１の光軸が異物７７の少しでも左に寄ると、メンブレン７５表面に焦点９０”が合ってしまう。

このため、上記いずれの方法によっても支持枠部７２または梁７３の側壁７８に付着している異物７７へ光学顕微鏡８１の焦点を合わせることが非常に難しく、梁等の側壁７８に付着している異物７７を発見することは困難であった。

また、図１１に示すように、支持枠部等７２、７３の側壁７８がメンブレン７５の表面に対して９０°とならず、垂直方向に対して例えば±２°程度傾斜した順テーパ（図１１（ａ））または逆テーパ（図１１（ｂ））に示すような形状となることもあり、光学顕微鏡８１の対物レンズ８９に対して異物７７が隠れることもある（図１１（ｂ））。

また、ＸＹステージ８４による逐次走査は、マスク全体を検査する場合、検査時間がかかり過ぎることが問題となっていた。

そこで、本発明の目的はステンシルマスクを作成する過程において、このマスクの支持枠部７２または梁７３の側壁７８に付着する異物７７を簡単な方法で効果的に検査する方法および装置を提供することにある。また検査時間が短縮可能なように、能率的な方法により側壁７８の全面を検査できる装置を提供することにある。

本発明の実施の形態に記載された方法は、基板に形成された開口部の側壁を検査する方法であって、基板の表面に対し傾いた光軸を有するように撮像装置を配置し、撮像装置により側壁について焦点位置を変えた複数の画像を撮影し、複数の画像からそれぞれの位置において焦点の合った全焦点画像を合成する側壁検査方法に係る。

また、ステンシルマスクの表面に対して実質的に垂直に形成されている支持枠または梁の側壁を検査する方法であって、撮像手段をその光軸がステンシルマスクの表面に対して傾斜するように配置し、支持枠または梁の側壁に対し撮像手段の焦点位置を変えた複数の画像を撮影し、複数の画像から支持枠または梁の側壁に対する全焦点画像を合成し、全焦点画像を表示手段により表示する支持枠または梁の側壁を検査する方法に係る。

さらに本発明の実施の形態に記載の装置は、基板に形成された開口部の側壁を検査する装置であって、その光軸が前記基板の表面に対して傾斜するように配置された撮像手段と、側壁について撮像手段が焦点位置を変えて複数の画像を撮影するように制御する制御手段と、複数の画像から側壁のそれぞれの位置において焦点の合った全焦点画像を合成する手段とを含む装置に係る。

またステンシルマスクの表面に対して実質的に垂直に形成されている支持枠または梁の側壁を検査する装置であって、その光軸がステンシルマスクの表面に対し傾斜するように配置された撮像手段と、支持枠または梁の側壁に対し撮像手段が焦点位置を変えて複数の画像を撮影するように制御する制御手段と、複数の画像から支持枠または梁の側壁に対する全焦点画像を合成する手段とを含む装置に係る。

本発明により、ステンシルマスクの支持枠部または梁の側壁に付着した異物を検査するために、特に異物に対してのみ光学顕微鏡の焦点を合わせる必要がなくなり、ステンシルマスクの支持枠部または梁の側壁に付着する異物をより簡単な方法で効果的に検査する方法を提供できるようになった。

以下、添付図面を参照して本発明に係る検査対象マスクの構造と異物検査方法および検査装置の内容を詳述する。図１に本実施形態に係るマスクにおけるパターン形成前のマスク用基板１の模式的な平面図（ａ）および断面図（ｂ）を示す。マスク用基板１は任意の方法により作成された通常シリコンウェハ２、シリコン酸化膜３およびシリコン薄膜（メンブレン部分）４からなるＳＯＩ基板５を用いて作成される。

ＳＯＩ基板５のシリコンウェハ２の中央部分が部分的なエッチングにより複数の正方形の形状に除去され、続いてシリコン酸化膜３が同様に除去され、基板５に複数の開口部６が形成される。このシリコンウェハ２およびシリコン酸化膜３の部分的な除去により、除去部分に厚さが例えば０．１μｍ〜２μｍの単結晶シリコン薄膜からなるメンブレン（membrane）７が形成される。

メンブレン７の周囲の厚膜のシリコンウェハ２は、薄いメンブレン７を支持するための支持枠９として用いられる。メンブレン７には格子状に梁８が形成されている。梁８はシリコンウェハ２に複数の開口部６を形成した残りの部分であり、例えば２００μｍの幅を有する。全ての梁８の末端は支持枠９または他の梁８に接続されている。メンブレン７に所定の形状の貫通孔が形成され電子ビーム露光用のマスクパターンが作成される。上記メンブレン７に所定の形状の貫通孔を形成する工程において、例えばシリコン屑等の異物が生成される可能性がある。

図２にＥＢマスクとして使用されるステンシルマスク（stencil mask）１０の断面を示す。ＥＢマスクとしてはＬＥＥＰＬ（Low Energy Electron-Beam Proximity Projection Lithography）に用いられる等倍露光マスクやＥＰＬ（Electron Projection Lithography）に使用される縮小露光マスク等が使用されつつある。マスク周辺部においてメンブレンを支持する支持枠１９と、一定の間隔で形成される梁１８は、例えば厚さが７２５μｍの支持基板であるシリコンウェハ１２により形成されている。その底部には厚さが例えば１μｍ以下のシリコン酸化膜１３を介して、ＥＢマスクを形成する厚さが例えば数１００ｎｍ（ＬＥＥＰＬマスクの場合）程度または概ね２μｍ（ＥＰＬマスクの場合）程度の単結晶シリコン膜から成るメンブレン１７が配置されている。メンブレン７の材料としてはシリコン以外に例えばダイヤモンド薄膜等が使用可能である。

マスクパターンはメンブレン１７に形成された孔２０の形状により定まる。なおＬＳＩ等を形成する半導体ウェハ（図示せず）に対する露光は、孔２０を通過する電子ビームにより行われる。孔２０の形状によりＥＢマスク１０における例えばホールパターンの形状が定まる。この実施の形態は、開口部１６を形成する支持枠１９または梁１８の側壁２１に付着された異物２２を検査する方法および装置に関するものである。

支持枠１９および梁１８の側壁に付着する異物２２の検査方法に関して図３を参照して説明する。まず、図３のように水平なマスクホルダ支持台３１の水平面から所定の角度θで傾斜するマスクホルダ３２を用意し、ＥＢマスク１０の表面が下になるようにマスク１０をセットする。このマスクホルダ支持台３１とマスクホルダ３２との角度θは、隣合う梁１８’、１８”が、レンズ３７を含む光学系３３による上部からの観測において、互いに邪魔をしない角度に設定する。また、斜面３４上の異物２２に光学系３３の焦点を合わせることが可能な角度に設定する。この角度θは１°〜１０°程度が望ましく、特に１°〜２°が望ましい、
次に、光学系３３のレンズ３７が測定対象マスク１０のメンブレンが適正に写るように位置を調整する。例えば、測定対象側壁の斜面３４と交差するメンブレン表面３５に光学系３３の焦点が合うようにセットする。

次に、光学系３３の焦点の位置を上方へずらしていき、測定対象側壁の斜面３４を形成する梁１８’（または支持枠１９）の上部表面３６に焦点が合うようにセットする。

次にこの２つの焦点のポイント３５、３６間を何分割かし、所謂全焦点撮像方法（例えば特開２００１−３４４５９９または特開２００３−２８１５０１を参照）を用いて、順に画像を撮影していく。撮影された複数の焦点位置の異なる画像をソフトウェア的に合成してメンブレン１７の底部３５から、梁１８’の上部表面３６まで、全ての焦点が合っている合成画像を形成する。撮影された画像を例えばディスプレイに表示し、支持枠１９または梁１８の側壁の異物検査を行うことができる。

図４にこの実施の形態に使用される異物検査装置４０を示す。検査対象のステンシルマスク１０の上部に光軸３８を有する光学系３３を含む撮像手段４１が配置される。撮像手段４１は光学系３３のマスク部分における焦点位置を上下に移動させることができる機構を有する。このために例えば撮像手段４１それ自身を、または光学系３３を垂直方向に即ち上下に移動させる機構を有する。なお、撮像手段４１部分の上下移動に替えて、図３のマスクホルダ支持台３１を上下に移動させる機構を備えても良い。

異物検査装置４０は、装置全体の制御のために、例えば通常使用されているＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む画像処理手段４２を有する。画像処理手段４２は撮像手段４１の焦点位置を制御するため位置制御手段４３および焦点位置を変えて複数の画像を撮影するように制御する撮像制御手段４４を有する。撮像制御手段４４はステンシルマスク１０の撮像領域４５における上部基準点Ａ_０４６および下部基準点Ａ_ｎ４７が設定されるとその間をｎ等分し、各撮像位置Ａ_０〜Ａ_ｎに焦点位置を合わせ、撮像手段４１によりステンシルマスク１０の撮像領域４５を階層的に順次撮影するように制御する。

図５に互いに直交するように配置された縦方向および横方向の２つの梁１８の交差部に対し、斜め方向から順次焦点位置を変えて撮影された画像の一部を示す。図５（ａ）は梁１８の上部表面（図４のＡ_０の位置）に焦点を合わせて撮影した場合の画像を示す。図５（ｂ）は梁１８の側壁に付着した異物の位置に焦点が合って撮影された場合の画像を示す。図５（ｃ）は梁１８の下部のメンブレン部分（Ａ_ｎの位置）に焦点を合わせて撮影した場合の画像を示す。なお縦方向の梁の上部表面については撮影されている（画面左側）が、横方向の梁は側のみが撮影されている。

上記各位置Ａ_０〜Ａ_ｎで撮影された撮像データはメモリ手段４８に順次記録される。画像評価手段４９はこれらの撮像データから、ステンシルマスク１０の各領域に対して焦点の合った画素を選択する。そしてこれら焦点の合った各画素により全焦点画像を合成する。焦点の合った画素の選択方法については種々の方法が知られているが、それらのうちの一事例について説明する。なお、本発明における画素の選択方法は以下の事例に限定されるものではない。

図４の梁１８の側壁の位置ｋに関して撮影画像Ａ_ｋの焦点が合ったとする。焦点が合ったＡ_ｋの部分の上下の位置（Ａ_ｋ―ｉ、Ａ_ｋ＋ｉ、ｉは１に近い整数）においてはｋの位置に対応する画像はぼけて撮像される。このぼけている部分においては撮像位置の高さによって信号があまり変化しないのに対し、焦点の合っている部分においては近傍の信号が大きく変化する。このように焦点の合っている部分の近傍においては信号変化量が最も大きくなる。従って、信号変化量が最も大きな部分の画素をその位置の画素として選択することによって、高さの異なる部分において焦点の合った画素を得ることができる。

それ故にこれらの焦点が合っている各画素を画像合成手段３９により合成することにより、全体的に焦点の合った全焦点画像を合成することができる。合成された画像は例えば液晶表示装置等を用いて構成される画像表示装置５１により表示することができる。そして例えば表示された画像の目視検査により側壁の状態および付着した異物の存在およびその大きさ等が検査可能となる。あるいは、異物のある画像とない画像との比較演算によっても検査が可能である。

図６に上記方法により合成された全焦点撮像画像の事例を示す。図６は縦および横方向に互いに直交して延在する２本の梁（図６において第１および第２の梁）が交差する部分に対して斜め方向から撮影し、合成した全焦点撮像画像である。第１の梁の上部、第１および第２の梁の側壁部分、メンブレン部、メンブレン部に形成されたマスクパターンの孔部が示されている。そして第１の梁の側壁に付着した異物が示されている。

上記撮影は拡大画像を得るために通常はステンシルマスクの一部分に対して行われる。従ってステンシルマスク全体を検査するためには撮影領域を２次元的に走査する必要がある。図７にステンシルマスク全体の側壁を検査するための一実施の形態を示す。この実施の形態は図３のマスク１０の支持枠１９または梁１８の側壁２１が、例えば図１に示すように、互いに並行または直角方向にのみ形成されている場合に有効に適用される。ステンシルマスクをセットするマスクホルダ３２は、図７に示すよう、セットしたマスクホルダ支持台３１に対して所定の角度で矢印の方向にそれぞれ傾斜させるように上下に移動可能にする。

即ち、撮像装置４１の光軸３８は垂直方向に固定される。そして、マスクホルダ３２をマスクホルダ支持台３１に対し、それぞれ垂直な４つの方向６１、６２、６３、６４に傾斜させる手段（図示せず）を有する。これら４方向に傾斜させた場合において、それぞれ、例えばマスクホルダ支持台３１を保持するＸＹステージ（図示せず）によりステンシルマスクを順次２次元的に走査させながらそれぞれが連続する各撮影領域について全焦点画像を形成することにより、全ての側壁を検査することができる。

図８に上記垂直な任意の１方向に傾斜させた場合の全焦点画像の一例を示す。梁１８の側壁１９が画面上で垂直になるように示されている。

図９にマスク全体の側壁を検査するための他の実施の形態を示す。図９においては、撮像装置４１の光軸３８は垂直方向に固定し、マスクホルダ３２に、マスクホルダ支持台３１の垂直軸６６に対し所定の角度θだけ傾いた回転軸６５を設ける構造とする。検査対象とするステンシルマスク１０の中央部分をマスクホルダ３２の回転軸に対して中央の位置６７に配置させる。検査対象のステンシルマスク１０の中央部を回転軸中央にセットし、マスクホルダ３２を例えば９０°ずつ回転し、傾斜が９０°ずつ異なる４面それぞれについて２次元的に走査し、全焦点合成画像を撮影する。

撮影された画像を例えばディスプレイに表示し、目視検査により梁１８等の各側壁に異物が付着しているか否かを検査する。

異物が発見された場合の異物の除去は、例えば界面活性剤の入った洗浄液による洗浄、Ｎ₂ガスの吹きつけ、接触針を備えた接触式顕微鏡を用いて異物を接触針により掻き取る方法等により行うことができる。

上記実施の形態はステンシルマスクの開口部における側壁の検査に係るが、ステンシルマスク以外にも例えば半導体基板や、プリント基板等の絶縁基板などに形成された開口部の側壁の検査にも適用することができる。特に側壁がこれら基板表面に対し実質的に垂直に形成されているような場合に好適である。

ここに記載された本発明の実施の形態は単なる一例であり、上記検査装置は本発明の要旨を変更しない範囲で多様に変形することができる。

ステンシルマスクに関するマスクパターン形成前のマスク用基板の模式的な平面図（ａ）および断面図（ｂ）を示す図である。 ＥＢマスクとして使用されるステンシルマスクの断面を示す図である。 本発明による、支持枠１９および梁１８の側壁に付着する異物２２の検査方法を示す図である。 本発明に係る異物検査装置を示す図である。 本発明により互いに直交する梁１８の交差部に対し斜め方向から順次焦点位置を変えて撮影された画像の一部を示す図である。 本発明により作成された全焦点撮像画像の事例を示す図である。 本発明によりステンシルマスク全体の側壁を検査するための一実施の形態を示す図である。 本発明により作成された全焦点撮像画像の事例を示す図である。 本発明によりステンシルマスク全体の側壁を検査するための他の実施の形態を示す図である。 ステンシルマスク７０の模型的断面図と、従来の異物検査装置８０の概略を示す図である。 側壁が傾斜して逆テーパの形状となり、光学顕微鏡８１の対物レンズ８９に対して異物７７が隠れてしまう状態を示す図である。

符号の説明

１…マスク用基板、 ２…シリコンウェハ、 ３…シリコン酸化膜、 ４…シリコン薄膜、 ５…ＳＯＩ基板、 ６…開口部、 ７…メンブレン、 ８…梁、 ９…支持枠、 １０…ステンシルマスク、 １２…シリコンウェハ、 １３…シリコン酸化膜、 １６…開口部、 １７…メンブレン、 １８…梁、 １９…支持枠、 ２０…孔、 ２１…側壁、 ２２…異物、 ３１…マスクホルダ支持台、 ３２…マスクホルダ、 ３３…光学系、 ３４…斜面、 ３５…メンブレン表面（底部）、 ３６…上部表面、 ３７…レンズ、 ３８…光軸、 ３９…画像合成手段、 ４０…異物検査装置、 ４１…撮像手段、 ４２…画像処理手段、 ４３…位置制御手段、 ４４…撮像制御手段、 ４５…撮像領域、 ４８…メモリ手段、 ４９…画像評価手段、 ５１…表示装置、 ６５…回転軸、 ６６…垂直軸、 ６７…中央位置、 ７０…ステンシルマスク、 ７２…支持枠部、 ７３…梁、 ７４…シリコン酸化膜、 ７５…メンブレン、 ７６…孔、 ７７…異物、 ７８…側壁、 ８０…異物検査装置、 ８１…光学顕微鏡、 ８２…二次元受光素子、 ８３…ディスプレイ、 ８４…ＸＹステージ、 ８６…焦点、 ８７…自動焦点調節機構、 ８８…表面、 ８９…対物レンズ、 ９０…焦点

Claims (10)

1. 基板に形成された開口部の側壁を検査する方法であって、
   前記基板の表面に対し傾いた光軸を有するように撮像装置を配置し、
   前記撮像装置により前記側壁について焦点位置を変えた複数の画像を撮影し、
   前記複数の画像からそれぞれの位置において焦点の合った全焦点画像を合成する
   側壁検査方法。
2. 前記側壁は前記基板の表面に対して実質的に垂直方向に形成されている請求項１記載の側壁検査方法。
3. ステンシルマスクの表面に対して実質的に垂直に形成されている支持枠または梁の側壁を検査する方法であって、
   撮像手段をその光軸が前記ステンシルマスクの表面に対して傾斜するように配置し、
   前記支持枠または梁の側壁に対し前記撮像手段の焦点位置を変えた複数の画像を撮影し、
   前記複数の画像から前記支持枠または梁の側壁に対する全焦点画像を合成し、
   前記全焦点画像を表示手段により表示する
   支持枠または梁の側壁を検査する方法。
4. 前記傾斜は前記光軸が前記ステンシルマスクの表面に対する垂線に対し１°〜１０°の範囲にあるようにする請求項３記載の方法。
5. 前記配置する工程は、
   前記ステンシルマスクを配置するマスクホルダと前記マスクホルダの支持台を準備し、
   前記マスクホルダを水平に配置された前記支持台から所定の角度で傾斜するように配置させる
   請求項３または４に記載の方法。
6. 基板に形成された開口部の側壁を検査する装置であって、
   その光軸が前記基板の表面に対して傾斜するように配置された撮像手段と、
   前記側壁について前記撮像手段が焦点位置を変えて複数の画像を撮影するように制御する制御手段と、
   前記複数の画像から前記側壁のそれぞれの位置において焦点の合った全焦点画像を合成する手段と
   を含む装置。
7. ステンシルマスクの表面に対して実質的に垂直に形成されている支持枠または梁の側壁を検査する装置であって、
   その光軸が前記ステンシルマスクの表面に対し傾斜するように配置された撮像手段と、
   前記支持枠または梁の側壁に対し前記撮像手段が焦点位置を変えて複数の画像を撮影するように制御する制御手段と、
   前記複数の画像から前記支持枠または梁の側壁に対する全焦点画像を合成する手段とを含む装置。
8. さらに、前記ステンシルマスクを配置するマスクホルダと、前記マスクホルダの支持台とを有し、
   前記マスクホルダの前記ステンシルマスクを配置する面が前記支持台に対し所定の角度で傾斜するように配置されており、
   前記撮像装置の光軸が前記支持台に対して垂直方向に配置されている請求項７記載の装置。
9. 前記マスクホルダをそれぞれ垂直な４方向に所定の角度で傾斜させる手段を有する請求項８記載の装置。
10. 前記マスクホルダは前記支持台に対する垂直の方向に対し、所定の角度傾いた回転軸を有する請求項８記載の装置。

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