JP2006093579A

JP2006093579A - マスク検査装置、マスク検査方法及び電子ビーム露光装置

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Publication number: JP2006093579A
Application number: JP2004279675A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yasuda; 洋安田; Takeshi Haraguchi; 岳士原口
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP4528589B2; US20060076491A1; US7394068B2

Abstract

【課題】露光用マスクパターンの検査を実際に使用する電子ビーム露光装置を用いて高精度に行う電子ビーム露光用のマスク検査装置、マスク検査方法及び電子ビーム露光装置を提供すること。
【解決手段】電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを所定の断面形状に整形する露光用マスクと、前記露光用マスクによって整形された電子ビームを走査する走査手段と、前記走査手段により走査された電子ビームを透過する微小透過口を有する薄膜と、前記微小透過口よりも大きな開口を有し、前記薄膜の厚さより厚い基板とを含んで構成され、前記整形された電子ビームの一部を選択して透過する選択手段と、前記選択手段により透過した電子ビームを検出して電流信号を出力する検出手段とを備えたことを特徴とするマスク検査装置による。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子ビーム露光用マスクを検査するマスク検査装置、マスク検査方法及び電子ビーム露光装置に関する。

半導体集積回路等のリソグラフィ工程では、マスクに形成されたパターンをウェハ上に露光し転写する。マスクに欠陥があるとウェハに転写されるパターンの形状等が異常になるため、マスクの検査を行う必要がある。

従来、露光用マスクのパターンの検査は、光学顕微鏡を用い所定の参照画像と比較したり、ＳＥＭ等で観察されたマスクパターンの実画像データを所定の参照画像と比較して行っていた。

また、特許文献１には、集束された電子ビームをマスクに照射し、マスクを透過した電子ビームを光に変換し、光に変換した光像をＣＣＤカメラによって画像信号に変換することによりマスクの画像を得て検査を行う手法が開示されている。
特開２００１−２２７９３２号公報

ところで、顕微鏡等を用いて露光用マスクを検査する場合は、露光用マスクを電子ビーム露光装置から取り外し、顕微鏡等にセットして検査する。よって、検査工程に時間がかかり、マスクの取り外しや取り付けの際にマスクが損傷したり、ごみ等が付着する危険がある。

また、特許文献１に開示された方法は、マスク検査の専用機を用いてマスクの検査をしており、電子ビーム露光装置にマスクを取り付けた状態でマスクの検査をすることができず、マスクの損傷や汚染等の同様の問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、露光用マスクのパターン欠陥検査を実際に使用する露光装置を用いて高精度に行うことのできる電子ビーム露光用のマスク検査装置、マスク検査方法及び電子ビーム露光装置を提供することである。

上記した課題は、電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを所定の断面形状に整形する露光用マスクと、前記露光用マスクによって整形された電子ビームを走査する走査手段と、前記走査手段により走査された電子ビームを透過する微小透過口を有する薄膜と、前記微小透過口よりも大きな開口を有し、前記薄膜の厚さより厚い基板とを含んで構成され、整形された電子ビームの一部を選択して透過する選択手段と、前記選択手段により透過した電子ビームを検出して電流信号を出力する検出手段とを備えたことを特徴とするマスク検査装置によって解決する。

ここで、前記検出手段は、前記選択手段により選択された電子ビームを反射させる反射体と、電子ビームを検出する検出器とを含んで構成されることを特徴とし、前記反射体は、金属又は半導体であることを特徴とし、前記検出器は、ＰＩＮダイオードであることを特徴とする。

また、上記した課題は、前記マスク検査装置を有することを特徴とする電子ビーム露光装置によって解決する。

さらに、上記した課題は、電子ビームを検査対象の露光用マスクによって所定の断面形状に整形し、前記露光用マスクによって整形された電子ビームを走査し、前記電子ビームを透過する微小透過口を有する薄膜と、前記微小透過口よりも大きな開口を有し前記薄膜の厚さより厚い基板とにより、前記電子ビームの一部を選択し透過して、前記露光用マスクのパターンに対応した第１の信号波形を取得し、前記第１の信号波形と前記露光用マスクの欠陥のないパターンに対応した第２の信号波形とを比較し、比較結果に基づいて前記露光用マスクの欠陥を検査することを特徴とするマスク検査方法によって解決する。

本発明では、露光用マスクを電子ビーム露光装置に搭載して実際に電子ビーム露光を行う状態で露光用マスクの検査を行っている。これにより、検査のためにマスクを取り外したり取り付けたりする間に、マスクが損傷したりごみが付着することを防ぐことができる。

また、本発明で使用する透過型電子ビーム検出器１６０は、電子ビーム検出部２２で検出される電子ビームＥＢが、電子ビーム透過部２１の微小透過口２７を透過する電子ビームＥＢだけにするような構成をしている。これにより、電子ビームの検出においてＳＮ比が向上し、より正確なマスクの検査を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（電子ビーム露光装置の構成）
図１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成図である。
この電子ビーム露光装置は、電子光学系コラム１００と、電子光学系コラム１００の各部を制御する制御部２００とに大別される。このうち、電子光学系コラム１００は、電子ビーム生成部１３０、マスク偏向部１４０及び基板偏向部１５０によって構成され、その内部が減圧される。

電子ビーム生成部１３０では、電子銃１０１から生成した電子ビームＥＢが第１電磁レンズ１０２で収束作用を受けた後、ビーム整形用マスク１０３の矩形アパーチャ１０３ａを透過し、電子ビームＥＢの断面が矩形に整形される。

その後、電子ビームＥＢは、マスク偏向部１４０の第２電磁レンズ１０５によって露光マスク１１０上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、第１、第２静電偏向器１０４、１０６により、露光マスク１１０に形成された特定のパターンＳに偏向され、その断面形状がパターンＳの形状に整形される。

なお、露光マスク１１０はマスクステージ１２３に固定されるが、そのマスクステージ１２３は水平面内において移動可能であって、第１、第２静電偏向器１０４、１０６の偏向範囲（ビーム偏向領域）を超える部分にあるパターンＳを使用する場合、マスクステージ１２３を移動することにより、そのパターンＳをビーム偏向領域内に移動させる。

露光マスク１１０の上下に配された第３、第４電磁レンズ１０８、１１１は、それらの電流量を調節することにより、電子ビームＥＢを基板Ｗ上で結像させる役割を担う。

露光マスク１１０を通った電子ビームＥＢは、第３、第４静電偏向器１１２、１１３の偏向作用によって光軸Ｃに振り戻された後、第５電磁レンズ１１４によってそのサイズが縮小される。

マスク偏向部１４０には、第１、第２補正コイル１０７、１０９が設けられており、それらにより、第１〜第４静電偏向器１０４、１０６、１１２、１１３で発生するビーム偏向収差が補正される。

その後、電子ビームＥＢは、基板偏向部１５０を構成する遮蔽板１１５のアパーチャ１１５ａを通過し、第１、第２投影用電磁レンズ１１６、１２１によって基板Ｗ上に投影される。これにより、露光マスク１１０のパターンの像が、所定の縮小率、例えば１／６０の縮小率で基板Ｗに転写されることになる。

基板偏向部１５０には、第５静電偏向器１１９と電磁偏向器１２０とが設けられており、これらの偏向器１１９、１２０によって電子ビームＥＢが偏向され、基板Ｗの所定の位置に露光マスクのパターンの像が投影される。

更に、基板偏向部１５０には、基板Ｗ上における電子ビームＥＢの偏向収差を補正するための第３、第４補正コイル１１７、１１８が設けられる。

基板Ｗは、モータ等の駆動部１２５により水平方向に移動可能なウェハステージ１２４に固定されており、ウェハステージ１２４を移動させることで、基板Ｗの全面に露光を行うことが可能となる。

また、透過型電子ビーム検出装置１６０がウェハステージに設置される。これにより電子ビーム露光装置がマスク検査装置として機能し、露光マスクのパターンに欠陥があるか否かを検査することができる。
（制御部の説明）
一方、制御部２００は、電子銃制御部２０２、電子光学系制御部２０３、マスク偏向制御部２０４、マスクステージ制御部２０５、ブランキング制御部２０６、基板偏向制御部２０７及びウェハステージ制御部２０８を有する。これらのうち、電子銃制御部２０２は電子銃１０１を制御して、電子ビームＥＢの加速電圧やビーム放射条件等を制御する。また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０２、１０５、１０８、１１１、１１４、１１６及び１２１への電流量等を制御して、これらの電磁レンズが構成される電子光学系の倍率や焦点位置等を調節する。ブランキング制御部２０６は、ブランキング電極１２７への印加電圧を制御することにより、露光開始前から発生している電子ビームＥＢを遮蔽板１１５上に偏向し、露光前に基板Ｗ上に電子ビームＥＢが照射されるのを防ぐ。

基板偏向制御部２０７は、第５静電偏向器１１９への印加電圧と、電磁偏向器１２０への電流量を制御することにより、基板Ｗの所定の位置上に電子ビームＥＢが偏向されるようにする。ウェハステージ制御部２０８は、駆動部１２５の駆動量を調節して基板Ｗを水平方向に移動させ、基板Ｗの所望の位置に電子ビームＥＢが照射されるようにする。上記の各部２０２〜２０８は、ワークステーション等の統合制御系２０１によって統合的に制御される。
（透過型電子ビーム検出装置の説明）
図２は本実施形態で使用される透過型電子ビーム検出装置１６０を示す構成図である。この透過型電子ビーム検出装置１６０は、シリコンからなる薄膜２３に形成した微小透過口２７を透過した電子ビームＥＢだけを透過し、シリコンからなる薄膜２３で散乱する電子ビームを透過させないようにした電子ビーム透過部２１と、電子ビーム透過部２１を透過した電子ビームＥＢを検出する電子ビーム検出部２２とを含んで構成される。

電子ビーム透過部２１は、シリコン単結晶よりなる基板２５、埋め込み酸化層２４及びシリコンからなる薄膜２３で構成されるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が用いられる。本実施形態では、シリコンからなる薄膜２３の厚さを約２μｍとする。また、埋め込み酸化層２４（ＳｉＯ２）の厚さを約１μｍとし、シリコン単結晶よりなる基板２５の厚さを約５００μｍとする。このように、基板２５の厚さはシリコンからなる薄膜２３の厚さよりも厚く形成される。

シリコン単結晶よりなる基板２５には直径が１０μｍの開口２６が形成される。また、本実施形態では、シリコンからなる薄膜２３には中心をシリコン単結晶よりなる基板２５に設けた開口２６の中心と一致させて、直径５０ｎｍの微小透過口２７が形成されている。

このように電子ビーム透過部２１が形成されることにより、薄膜２３で散乱する電子ビームＥＢは薄膜２３の下部の１０μｍの開口２６を通ることができず、基板２５のシリコンに吸収される。従って、薄膜２３で散乱した電子ビームＥＢはこの基板２５を通過できず、薄膜２３上に形成した微小透過口２７を通過した電子ビームＥＢのみが基板２５を通過することができる。

電子ビーム検出部２２は、電子ビーム透過部２１を透過した電子ビームＥＢを横方向に反射させる金属よりなる反射体２８と、電子ビームＥＢを検出する検出部３０を含んで構成される。本実施形態では検出部３０（検出器）にＰＩＮダイオードを使用する。反射体２８は、金属でもよいし半導体であってもよい。また、反射体２８は基盤２９の電子ビームＥＢが反射する部分に金メッキ等が施されたものでもよい。

なお、本実施形態では、電子ビームＥＢを直接検出部３０にあてずに、一旦、反射体２８に反射させてから検出部３０にあてている。これは、電子ビームＥＢを直接ＰＩＮダイオードにあてるとＰＩＮダイオードの寿命が短くなってしまうためである。実際、電子ビームＥＢがＰＩＮダイオードの１箇所に当たり続けるとＰＩＮダイオードの寿命が数十時間と短くなってしまう。しかし、一旦電子ビームＥＢを反射体２８に反射させてＰＩＮダイオードが受けるようにすると、直接受ける場合よりもＰＩＮダイオードの寿命が長くなることが発明者等によって確認されている。

このように、電子ビーム透過部２１を透過した電子ビームＥＢのみが電子ビーム検出部２２の検出部３０によって検出されるので、余分な電子ビームは検出されず、ＳＮ比が向上する。これにより、精度良いマスクパターンの検査ができる。

また、電子ビームを一旦金属で反射させてからＰＩＮダイオードにあてているので、直接受ける場合よりもＰＩＮダイオードの寿命が長くなる。
（露光用マスク検査方法）
図３は、透過型電子ビーム検出装置１６０を用いて露光用マスクを検査する方法の概要を説明する図である。ここでは、図３に示す露光用マスクのパターン（部分一括パターン）３１について検査する。

まず、露光用マスクを電子ビーム露光装置のマスクステージに搭載して電子ビームを照射する。露光用マスクを通過した電子ビームＥＢは、基板偏向部１５０の第５静電偏向器１１９と電磁偏向器１２０によって偏向される。これにより、透過型電子ビーム検出装置１６０の所定の位置に露光用マスクのパターン３２の像が投影される。この偏向器を用いて露光用マスクを透過した電子ビームＥＢを走査し、ウェハステージ上に設置した透過型電子ビーム検出装置１６０の電子ビーム検出器２２により電子ビームを検出する。電子ビームの検出は、微小透過口２７を通過した電子をＰＩＮダイオードが受けてＰＩＮダイオードに発生する電流波形３５を獲得する。

次に、透過型電子ビーム検出装置１６０で得られた電流波形３５（第１の信号波形）と参照用の電流波形３６（第２の信号波形）との比較を行う。ここで、参照用の電流波形とは、欠陥のないパターンで想定される理想的な波形である。例えば、露光用マスクパターン３１の点線で示した部分の参照用の電流波形は、露光パターンと点線で示したラインと交差する３１ａ〜３１ｆの部分に電流が発生し、波形３６のようになる。

電流波形３５から分かるように、参照用の電流波形３６と異なる部分Ａがあるため、露光用マスク３１に欠陥があることが判明する。また、参照用の電流波形３６と実際の電流波形３５との波形マッチングをとることにより波形３７が得られ、欠陥発生箇所が明らかになる。

図４は、露光用マスクを検査する手順をまとめたフローチャートである。

まず、ステップＳ１１で、検査対象となる露光用マスクを選択する。

次に、ステップＳ１２で、露光用マスクのＸ方向及びＹ方向の走査間隔を決定する。

次に、ステップＳ１３で、対象となる露光用マスクの走査部分を抽出し、参照用の電流波形を作成する。

次に、ステップＳ１４で、実際に電子ビーム露光装置を操作し、露光用マスクを透過した電子ビームを基板偏向部により偏向することにより、電子ビームを走査する。そして、走査された電子ビームを透過型電子ビーム検出装置１６０により検出された電子によって発生する電流波形を取得する。

次に、ステップＳ１５で、ステップＳ１３で求めた参照用の電流波形とステップＳ１４で得られる実際の電流波形とを比較する。電流波形が一致すれば検査対象となった露光用マスクの走査した部分については欠陥がないことになる。そして、ステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１７では、対象となるマスクについてすべて走査したか否かを判断する。すべての走査が終了していなければステップＳ１２に戻り、Ｙ方向に走査部分をずらして、同様な処理をする。

一方、ステップＳ１５で、電流波形が一致しなければ、露光用マスクの走査した部分に欠陥があったと判断される。その場合、ステップＳ１６で欠陥があったと判断される部分を記憶装置等に記録し、ステップＳ１７に移行する。

以上の処理を、対象とする露光用マスクについてすべての走査が終了するまで行う。

なお、本実施形態において、透過型電子ビーム検出装置１６０の微小透過口２７の形状として、図５に示すように、ドット５２、縦長の線５３（Ｙ方向に長い線）、横長の線５４（Ｘ方向に長い線）が用意されている。また、ドット５２と縦長の線５３及び横長の線５４をまとめて形成した形状５５も用意されている。

また、図５に示した４種の微小透過口２７はエリア５１内に形成され、エリア５１毎に透過口のサイズも種々用意されている。例えば、ドットの直径は１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ及び２００ｎｍのものが用意されている。また、縦長の線及び横長の線の長辺の長さは７μｍ、短辺の長さは４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ及び３００ｎｍのものが用意されている。これにより、微小透過口２７の形状として何を選択するかにより、電子ビームを走査する間隔を適宜決定することが可能である。例えば、Ｙ方向に長い縦長の線５３を選択した場合には、Ｙ方向の走査間隔を縦長の線の長さ毎にすればよく、より短時間で走査をすることができる。また、パターンの形状によって、縦長の線５３だけでは形状を正確に検出できない場合に、縦長の線５３だけでなくドット５２を選択して電子ビームＥＢを走査することもでき、検査対象のマスクを過不足なく正確に走査することができる。

以上説明したように、本実施形態では、露光用マスクを電子ビーム露光装置に搭載して実際に電子ビーム露光を行う状態で露光用マスクの検査を行っている。これにより、検査のためにマスクを取り外したり取り付けたりする間に、マスクが損傷したりごみが付着することを防ぐことができる。

また、本実施形態で使用する透過型電子ビーム検出器１６０は、電子ビーム検出部２２で検出される電子ビームＥＢが、電子ビーム透過部２１の微小透過口２７を透過する電子ビームＥＢだけにするような構成をしている。これにより、電子ビームの検出においてＳＮ比が向上し、より正確なマスクの検査を行うことが可能となる。

図１は、本発明の実施形態で使用される電子ビーム露光装置の構成図である。図２は、本発明の実施形態で使用される透過型電子ビーム検出装置の構成図である。図３は、露光用マスク検査方法の概略を示す説明図である。図４は、露光用マスク検査方法の手順を示すフローチャートである。図５は、電子ビーム検出装置の微小透過口を示す平面図である。

符号の説明

２１…電子ビーム透過部、２２…電子ビーム検出部、２３…シリコンからなる薄膜、２４…埋め込み酸化層、２５…基板、２６…開口、２７…微小透過口、２８…反射体、３０…検出部、３１、３２…露光用マスクパターン、３５…電流波形、３６…参照用の電流波形、３７…マッチング後の電流波形、５１…微小透過口が形成されたエリア、５２、５３、５４、５５…微小透過口、１００…電子光学系コラム、１０１…電子銃、１０２…第１電磁レンズ、１０３…ビーム整形用マスク、１０３ａ…矩形アパーチャ、１０４…第１静電偏向器、１０５…第２電磁レンズ、１０６…第２静電偏向器、１０７…第１補正コイル、１０８…第３電磁レンズ、１０９…第２補正コイル、１１０…露光用マスク、１１１…第４電磁レンズ、１１２…第３静電偏向器、１１３…第４静電偏向器、１１４…第５電磁レンズ、１１５…遮蔽板、１１５ａ…アパーチャ、１１６…第１投影用電磁レンズ、１１７…第３補正コイル、１１８…第４補正コイル、１１９…第５静電偏向器、１２０…電磁偏向器、１２１…第２投影用電磁レンズ、１２３…マスクステージ、１２４…ウェハステージ、１２５…駆動部、１２７…ブランキング電極、１６０…透過型電子ビーム検出装置。

Claims

電子ビームを発生する電子銃と、
前記電子ビームを所定の断面形状に整形する露光用マスクと、
前記露光用マスクによって整形された電子ビームを走査する走査手段と、
前記走査手段により走査された電子ビームを透過する微小透過口を有する薄膜と、前記微小透過口よりも大きな開口を有し、前記薄膜の厚さより厚い基板とを含んで構成され、前記整形された電子ビームの一部を選択して透過する選択手段と、
前記選択手段により透過した電子ビームを検出して電流信号を出力する検出手段と
を備えたことを特徴とするマスク検査装置。
前記検出手段は、前記選択手段により選択された電子ビームを反射させる反射体と、
前記反射体により反射する電子ビームを検出する検出器とを有することを特徴とする請求項１に記載のマスク検査装置。
前記反射体は、金属又は半導体であることを特徴とする請求項２に記載のマスク検査装置。
前記検出器は、ＰＩＮダイオードであることを特徴とする請求項２に記載のマスク検査装置。
電子ビームを検査対象の露光用マスクによって所定の断面形状に整形し、
前記露光用マスクによって整形された電子ビームを走査し、
前記電子ビームを透過する微小透過口を有する薄膜と、前記微小透過口よりも大きな開口を有し前記薄膜の厚さより厚い基板とにより、前記電子ビームの一部を選択し透過して、前記露光用マスクのパターンに対応した第１の信号波形を取得し、
前記第１の信号波形と前記露光用マスクの欠陥のないパターンに対応した第２の信号波形とを比較し、
比較結果に基づいて前記露光用マスクの欠陥を検査することを特徴とするマスク検査方法。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のマスク検査装置としても機能することを特徴とする電子ビーム露光装置。