JP2008211031A - ステンシルマスクの検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 荷電粒子ビームを用いて半導体ウェーハを露光する工程で使用するステンシルステンシルマスクを製造工程に直結した方法で容易に検査する方法を提供する。
【解決手段】 表面3aにレジスト11を塗布した半導体ウェーハ3の上方に一定距離をおいてステンシルマスク1が固定されている。荷電粒子ビーム射出機5がステンシルマスク1および半導体ウェーハ3に対して荷電粒子ビーム9を照射しながらスキャン方向7に移動すると、照射範囲13に存在するステンシルマスク17を通して荷電粒子ビーム9はレジスト11を感光すると共に半導体ウェーハ3を帯電させる。帯電した電荷量は照射範囲13に存在するステンシルマスク17に依存し、帯電した電荷量を測定することで照射範囲13のステンシルマスクの開口状態を検査することができる。
【選択図】 図5

Description

半導体装置の製造段階では、半導体ウェーハの所定範囲内に処理を加え、所定範囲外には処理を加えないことが求められことがあり、処理範囲を規制するために、ステンシルマスクを利用することがある。
ステンシルマスクは、板材を用いて製造されており、複数の貫通孔が分散して形成されている。ステンシルマスクは、繰り返し使用できる利点を有する。
本発明のステンシルマスクは、板材に複数の貫通孔が分散して形成されており、貫通孔によって半導体ウェーハに対する処理範囲を規制するマスクを広く意味している。
例えば、本発明のステンシルマスクは、レーザ等の光の照射範囲を規制するために用いることもあれば、電子線の照射範囲を規制するために用いることもあれば、イオンの注入範囲を規制するために用いられることもある。範囲を規制する対象は特に制約されない。
本発明のステンシルマスクは、貫通孔パターンが半導体ウェーハの表面に等倍で反映される用い方をされることもあれば、貫通孔パターンが縮小して半導体ウェーハの表面に反映される用い方をされることある。ステンシルマスクのパターンスケールと半導体ウェーハの表面上でのパターンスケールの比は特に制約されない。
さらに、本発明のステンシルマスクは、半導体ウェーハに対する処理範囲を直接的に規制する用い方をされることもあれば、半導体ウェーハの表面に用意されているレジストに対する照射範囲を規制することによって、半導体ウェーハに対する処理範囲を間接的に規制する用い方をされることもある。
本発明は、上記のステンシルマスクの検査方法に関する。
上記のステンシルマスクを用いる場合、貫通孔パターンが適切なものでなければならない。例えば、貫通孔と貫通孔を分離する隔壁が損傷していると、処理範囲を意図した範囲に規制することができない。貫通孔パターンの微細化が進んでおり、隔壁が損傷する確率が高まっている。ステンシルマスクの利用方法によっては、半導体ウェーハ等から飛び散った物資がステンシルマスクに付着し、貫通孔が設計上のサイズよりも狭められていることがある。貫通孔が閉塞されてしまっている場合も生じる。貫通孔が狭められていれば、処理範囲を意図した範囲に規制することができない。従って、貫通孔パターンの適否を検査する必要が生じている。
ステンシルマスクの適否を検査するために、そのステンシルマスクを利用して処理した半導体ウェーハの実際の処理範囲を観測する手法がとりえる。しかしながら、処理範囲を観測することが困難なことがある。例えばステンシルマスクを利用してイオンの注入範囲を規制した場合、実際にイオンが注入された範囲と、イオンが注入されていない範囲を観測することが難しい。検査しないままに工程を進め、事後的にステンシルマスクに欠陥があったために不適合な半導体装置を製造してしまったことが判明することがある。
そこで、共焦点光学系を用いてステンシルマスクの表面を観測する技術が開発されており、特許文献1に開示されている。
また上記したように、ステンシルマスクに異物が付着することがある。特許文献2に、異物の付着を検査する技術が開示されている。異物が付着したステンシルマスクに荷電粒子を照射すると、異物が帯電する。その結果、異物が付着している位置での表面電位と、異物が付着していない位置での表面電位が相違することになる。ステンシルマスクの表面電位の分布を測定すると、異物がステンシルマスクに付着している範囲や、付着した異物の量などが判明する。
特開2004−226939号公報 特開2004−71867号公報
特許文献1の技術を用いれば、貫通孔と貫通孔を分離する隔壁が損傷していることや、貫通孔が閉塞されているといった欠陥を検査することができる。しかしながら、特許文献1の技術は、欠陥検査用の光学装置を用いて検査する方式であり、半導体装置の製造ライン内でステンシルマスクを検査することが難しい。ステンシルマスクを半導体装置の製造ライン内で検査することができる技術が必要とされている。
特許文献2の技術を用いれば、ステンシルマスクの汚染を検査することができる。しかも、表面電位を測定すればよいことから、半導体装置の製造ライン内で検査することができる。比較間簡単に表面電位の測定装置を半導体装置の製造ライン内に組み込むことができる。しかしながら、ステンシルマスクを形成している物質が付着して貫通孔が閉塞されている場合には、表面電位が変化しないことから、検査することができない。あるいは、
貫通孔と貫通孔を分離する隔壁が損傷していても、表面電位が変化しないことから、検査することができない。
本発明では、半導体装置の製造ライン内でステンシルマスクを検査することができ、貫通孔の閉塞や隔壁の損傷を検査することができる技術を提案する。
本発明は、板材に複数の貫通孔が分散して形成されており、その貫通孔によって半導体ウェーハに対する処理範囲を規制するステンシルマスクの検査方法に関する。本発明の方法では、ステンシルマスクに荷電粒子ビームを射出しながら、その荷電粒子ビームに起因して流れる電流を測定することによってステンシルマスクを検査する。
本発明の一つの方法は、スポット状に絞られた荷電粒子ビームを射出する荷電粒子ビーム射出機に対向する位置に、検査するステンシルマスクを配置する工程と、そのステンシルマスクの背後に、電流計を介して一定電位に維持されている点(一定電位点という)に接続されている導電性基板を配置する工程と、ステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道に従って、荷電粒子ビームの照射範囲を移動させる照射範囲移動工程と、照射範囲移動工程の実施中に、導電性基板と一定電位点の間に流れる基板電流を測定する基板電流測定工程と、ステンシルマスクの表面内における荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定された基板電流を対応付けて記録する記録工程を備えている。
荷電粒子は、電子であってもよいし、イオンであってもよい。照射範囲移動工程では、ステンシルマスクに対して荷電粒子ビームの照射位置を移動させてもよいし、荷電粒子ビームに対してステンシルマスクを移動させてもよい。ここでいう照射位置は、照射範囲を決定できる点であればよく、通常は照射範囲の中心位置を言うことがおおい。導電性基板は、半導体ウェーハであってもよいし、半導体ウェーハとは違う基板であってもよい。ステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道とは、ステンシルマスクに分散して配置されている貫通孔パターンを基準とする軌道をいい、例えば、照射位置が時間とともに、貫通孔内に位置する状態と隔壁に位置する状態の間で変化する軌道をいう。照射位置と基板電流を対応付けて記録する場合、直接的に対応付けられていなくてもよい。所定時間間隔で基板電流を順に記憶する場合、照射位置の軌道が既知であることから、基板電流と照射位置が間接的に対応付けられているということができる。
上記の方法によると、照射位置が貫通孔内に位置している時には、荷電粒子ビームが貫通孔を通過するために、ステンシルマスクの背後に配置されている導電性基板に照射される。その結果、導電性基板から一定電位点に向けて電流(基板電流)が流れる。
荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では貫通孔が存在する位置にある時に基板電流が流れなければ、設計上では貫通孔が存在する位置に実際には貫通孔が確保されていないことが判る。荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では貫通孔が存在する位置にある時に予定している大きさの基板電流が流れれば、設計上の位置に貫通孔が確保されていることが判る。荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では貫通孔が存在する位置にある時に予定している大きさよりも小さな基板電流しか流れなければ、貫通孔が部分的に閉塞していることが判る。
荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では貫通孔と貫通孔を区画している隔壁が存在する位置にある時に基板電流が流れなければ、設計上で隔壁が存在する位置に実際にも隔壁が確保されていないことが判る。荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では隔壁が存在する位置にある時に基板電流が流れれば、設計上の位置に隔壁が確保されていないことが判る。
荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定された基板電流を対応付けて記録しておけば、ステンシルマスクの貫通孔パターンの適否を検査することができる。
荷電粒子ビーム射出機は、半導体装置の製造ラインに存在するものを利用することができる。本方法は、半導体装置の製造ライン内で簡単に実施することができる。
上記の方法では、導電性基板に到達した荷電粒子の電荷を測定するので、導電性基板が二次電子を放出すると、測定精度が低下する。そこで、ステンシルマスクに負の電位を加えた状態で、照射範囲移動工程と、基板電流測定工程を実施することが好ましい。
ステンシルマスクに前記導電性基板に対して負の電位を加えた状態で導電性基板に荷電粒子ビームを照射すると、ステンシルマスクと導電性基板の間に形成される電場によって、導電性基板が二次電子を放出する現象が抑制される。二次電子に放出によって、測定精度が低下する現象が抑制される。
上記では、ステンシルマスクの貫通孔を通過して導電性基板に到着した荷電粒子量を測定するが、ステンシルマスクが導電性であれば、ステンシルマスクに到着した荷電粒子量に着目してもよい。
本発明の第2の方法は、前記した荷電粒子ビーム射出機に対向する位置に、電流計を介して一定電位に維持されている点に接続されているステンシルマスクを配置する工程と、そのステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道に従って、荷電粒子ビームの照射範囲を移動させる照射範囲移動工程と、照射範囲移動工程の実施中に、ステンシルマスクと一定電位点の間に流れるマスク電流を測定するマスク電流測定工程と、ステンシルマスクの表面内における荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定されたマスク電流を対応付けて記録する記録工程を備えている。
上記の方法によると、照射位置が貫通孔内に位置している時は、荷電粒子ビームが貫通孔を通過するために、ステンシルマスクから一定電位点に向けて電流(マスク電流)が流れない。照射位置が隔壁に位置している時は、荷電粒子ビームがステンシルマスクを照射するために、ステンシルマスクから一定電位点に向けて電流(マスク電流)が流れる。
荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では貫通孔が存在する位置にある時にマスク電流が流れれば、設計上では貫通孔が存在する位置に実際には貫通孔が確保されていないことが判る。荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では貫通孔が存在する位置にある時にマスク電流が流れなければ、設計上の位置に貫通孔が確保されていることが判る。
荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では隔壁が存在する位置にある時にマスク電流が流れなければ、設計上で隔壁が存在する位置に隔壁が確保されていないことが判る。荷電粒子ビームの照射位置が、設計上では隔壁が存在する位置にある時にマスク電流が流れれば、設計上の位置に隔壁が確保されていることが判る。
荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定されたマスク電流を対応付けて記録しておけば、ステンシルマスクの貫通孔パターンの適否を検査することができる。
荷電粒子ビーム射出機は、半導体装置の製造ラインに存在するものを利用することができる。本方法も、半導体装置の製造ライン内で簡単に実施することができる。
上記の方法では、ステンシルマスクに到達した荷電粒子の電荷を測定するので、ステンシルマスクが二次電子を放出すると、測定精度が低下する。そこで、荷電粒子ビーム射出機とステンシルマスクの間に、荷電粒子ビームの通過を許容するサプレッション電極を配置しておき、そのサプレッション電極に負の電位を加えた状態で、照射範囲移動工程と、マスク電流測定工程を実施することが好ましい。
サプレッション電極に前記ステンシルマスクに対して負の電位を加えた状態でステンシルマスクに荷電粒子ビームを照射すると、サプレッション電極とステンシルマスクの間に形成される電場によって、ステンシルマスクが二次電子を放出する現象が抑制される。二次電子に放出によって、測定精度が低下する現象が抑制される。
記録工程で記録された「射出位置と電流」のパターンと基準とする「射出位置と電流」のパターンを比較する工程をさらに有することが好ましい。
この場合、基準とする「射出位置と電流」のパターンは、ステンシルマスクの貫通孔の設計上の配置パターンから計算したものであってよい。あるいは、良品であることが確認されているステンシルマスクに上記の検査方法を実行して得られた「射出位置と電流」のパターンであってもよい。
基準とする「射出位置と電流」のパターンは、貫通孔があるべき位置に貫通孔が存在し、隔壁があるべき位置に隔壁が存在する場合に得られるパターンである。記録されたパターンが基準パターンによく一致すれば、検査したステンシルマスクは良品であったことがわかり、記録されたパターンが基準パターンからはずれていれば、検査したステンシルマスクに欠陥があることがわかる。
基板電流とマスク電流の双方を測定すると、測定精度を上げられる。この場合には、前記した第1と第2の方法を同時に実行する。すなわち、前記した荷電粒子ビーム射出機に対向する位置に、検査するステンシルマスクであって、第1の電流計を介して一定電位点に接続されているステンシルマスクを配置する工程と、そのステンシルマスクの背後に、第2の電流計を介して一定電位点に接続されている導電性基板を配置する工程と、ステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道に従って、荷電粒子ビームの照射範囲を移動させる照射範囲移動工程と、照射範囲移動工程の実施中に、導電性基板と一定電位点の間に流れる基板電流を測定する基板電流測定工程と、照射範囲移動工程の実施中に、ステンシルマスクと一定電位点の間に流れるマスク電流を測定するマスク電流測定工程を実施する。
この方法では、ステンシルマスクの表面内における荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定された基板電流とマスク電流の「差」または「比」(数学的に商に均等)を対応付けて記録する記録工程を実施する。
基板電流とマスク電流の間には、「一方が大きければ他方は小さい」という関係が成立する。両者の差を算出すると、測定精度は少なくとも2倍となる。また、基板電流とマスク電流に同一の影響を与えるノイズが発生した場合、両者の差を算出すると、ノイズの影響をキャンセルすることができる。精度の良い検査をすることができる。
同様に、基板電流とマスク電流の比(または商)を算出することによっても、測定精度が向上する。
記録工程で記録された「射出位置と差または商」のパターンと、基準とする「射出位置と差または商」のパターンを比較する工程をさらに有することが好ましい。
この場合、基準とする「射出位置と差または商」のパターンは、ステンシルマスクの貫通孔の設計上の配置パターンから計算したものであってよい。あるいは、良品であることが確認されているステンシルマスクに上記の検査方法を実行して得られた「射出位置と差または商」のパターンであってもよい。
ステンシルマスクの場合、一定の角度で広がる荷電粒子ビームと組み合わせて用いることがあり、貫通孔を画定している側壁によって荷電粒子が吸収される程度が重要となることがある。
本発明の方法は、この必要に応えることもできる。この方法では、検査するステンシルマスクの貫通孔以外の表面を絶縁層で被覆しておく。そして、スポット状に絞られた荷電粒子ビームを射出する荷電粒子ビーム射出機に対向する位置に、電流計を介して一定電位点に接続されているステンシルマスクを、その表面が荷電粒子ビーム射出機に向く方向で配置する工程と、そのステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道に従って、荷電粒子ビームの照射範囲を移動させる照射範囲移動工程と、照射範囲移動工程の実施中に、ステンシルマスクと一定電位点の間に流れるマスク電流を測定するマスク電流測定工程と、ステンシルマスクの表面内における荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定されたマスク電流を対応付けて記録する記録工程を備えている。
このステンシルマスクに荷電粒子ビームを照射した場合、ステンシルマスクの表面が絶縁層で被覆されているために、ステンシルマスクの表面に照射された荷電粒子ビームは、マスク電流とならない。
荷電粒子ビームは一定の広がり角をもっているので、荷電粒子ビームは側壁にも照射される。ステンシルマスクの側壁は、絶縁層で被覆されていないために、側壁を照射した荷電粒子は、マスク電流を生み出す。
本方法によると、貫通孔を画定している側壁によって吸収される荷電粒子の量を検査することができる。側壁に金属等が付着して荷電粒子を吸収しやすくなっているのか、あるいは、側壁に金属等が付着して荷電粒子を反射しやすくなっているのかといったことが検査可能となる。
記録工程で記録された「射出位置とマスク電流」のパターンと、基準とする「射出位置とマスク電流」のパターンを比較する工程をさらに有することが好ましい。
この場合、基準とする「射出位置とマスク電流」のパターンは、ステンシルマスクの貫通孔の設計上の配置パターンと荷電粒子ビームの広がり角から計算される「射出位置とマスク電流」のパターンであってもよい。あるいは、良品であることが確認されているステンシルマスクに上記の検査方法を実行して得られた「射出位置とマスク電流」のパターンであってもよい。
本発明によれば、半導体装置の製造ライン内でステンシルマスクを検査することができる。ステンシルマスクに、貫通孔の閉塞や隔壁の損傷が生じれば、欠陥が生じたステンシルマスクを利用してその後の処理を実行してしまう事態の発生を防止することができる。
また現在点では、有効な検査方法が確立されていない貫通孔の側壁の検査も可能なり、側壁に異常が生じたステンシルマスクを利用してその後の処理を実行してしまう事態の発生を防止することができる。
以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
(特徴1)半導体ウェーハは導電性を有している。
(特徴2)ステンシルマスクは導電性を有している。
(特徴3)ステンシルマスクおよび半導体ウェーハの表面における荷電粒子ビームの照射範囲は、ステンシルマスクおよび半導体ウェーハに比して十分に狭い。
(第1実施例)
図1と図5に、本発明の第1実施例のステンシルマスク1の検査方法を示す。図5において、参照番号5は、荷電粒子ビーム射出機であり、参照番号1は、検査するステンシルマスクであり、参照番号3は、半導体ウェーハである。
荷電粒子ビーム射出機5は、スポット状に絞られた荷電粒子ビーム9を射出する。ステンシルマスク1は、導電性板材に複数の貫通孔17が分散して形成されている。その貫通孔17によって、半導体ウェーハ3の表面における荷電粒子ビームの照射範囲を規制する。ステンシルマスク1は、荷電粒子ビーム射出機5に対向する位置に配置されており、ステンシルマスク1の表面に荷電粒子ビーム9が照射される。ステンシルマスク1は、接地されている。半導体ウェーハ3は、導電性基板であり、ステンシルマスク1の背後に配置されている。半導体ウェーハ3は、電流計25を介して接地されている。
ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3は、面内において平行移動する。ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3は一体となって移動し、両者の相対的位置関係は変わらない。ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3が面内において平行移動すると、ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3の表面において、荷電粒子ビーム9の照射範囲13、14は移動する。ステンシルマスク1の検査中、ステンシルマスク1の表面における荷電粒子ビーム9の照射範囲13は、予め決められている所定の軌道に従って移動するようにプログラムされている。荷電粒子ビーム9の照射範囲13は、ステンシルマスク1に対して十分に小さい。
電流計25は、照射範囲13が移動している間、半導体ウェーハ3と接地点の間に流れる基板電流を測定するようにプログラムされている。電流計25の測定結果は、記録計26に記録される。記録計26は、所定時間ごとに基板電流を順に記録する。基板電流の記録順序から、その基板電流が測定された時間がわかり、その測定時間からそのときの照射範囲13の位置がわかる。
荷電粒子ビーム射出機5とステンシルマスク1は、本来は、半導体ウェーハ3の表面3a上に形成されているレジスト11に荷電粒子ビーム9を照射して露光するためのものである。荷電粒子ビーム9に対してステンシルマスク1と半導体ウェーハ3が一体となって面内で移動し、ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3の表面における荷電粒子ビーム9の照射範囲13、14が移動する。ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3は、半導体ウェーハ3の表面における荷電粒子ビーム9の照射範囲14が、半導体ウェーハ3の全面を移動するように移動する。この結果、貫通孔17に対応する範囲のレジスト11が荷電粒子ビーム9に晒されて反応する。荷電粒子ビーム9に反応したレジストパターン15をマスクに利用することによって、半導体ウェーハ3内において、処理する範囲と処理しない範囲を規制することができる。図5において、荷電粒子ビーム射出機5とステンシルマスク1と半導体ウェーハ3と、ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3を移動させる機構(図示されていない)は、半導体装置を製造するための設備であり、検査のために新たに必要な設備は、電流計25と記録計26のみである。これらは製造ラインに用意に組み込むことができる。本実施例の検査は、製造ライン内で実施される。
荷電粒子ビーム9の照射範囲13は、ステンシルマスク1に対して十分に小さい。時点を固定して観測すると、荷電粒子ビーム9はステンシルマスク1の局所的範囲のみを照射している。
照射範囲13の中心位置(これを以下では照射位置という)が貫通孔17の中心位置に一致しているばあい、荷電粒子ビーム9の大部分は貫通孔17を通過し、半導体ウェーハ3に到達する。半導体ウェーハ3に多くの荷電粒子が到達するほど、半導体ウェーハ3と接地点を接続する配線23に大きな電流が流れる。照射範囲13の中心位置が貫通孔17と貫通孔17を分離する隔壁18の中心位置に一致しているばあい、荷電粒子ビーム9の大部分はステンシルマスク1によって遮蔽され、わずかな量の荷電粒子しか半導体ウェーハ3に到達しない。半導体ウェーハ3に到達する荷電粒子の量が減少するので、電流計25で測定される電流は減少する。
図6に、ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3を一定の方向に一定の速度で移動させている間に、電流計25で測定される電流の時間に対する変化パターン117を例示している。照射範囲13の中心位置が貫通孔17内に位置している期間では、大電流が流れる。照射範囲13の中心位置が貫通孔17からはずれている期間では、小電流が流れる。
ステンシルマスク1に欠陥がない場合、電流の変化パターン117は、計算によって求めることができる。電流は、貫通孔17と照射範囲13が重なった部分において貫通孔17を通過した荷電粒子の量に比例するので、荷電粒子ビーム9内の強度分布、照射範囲13と貫通孔17の相対的位置関係、荷電粒子の電荷量に基づいて、変化パターン117の理論値を計算することができる。図6において、破線で示すパターン110は、計算で求まられた理論的変化パターンを示している。これを比較の基準にすることから、以下では基準パターンという。
ステンシルマスク1に欠陥がない場合は、測定された変化パターン117と、基準変化パターン110は、ほぼ一致する。両者がほぼ一致している範囲では、ステンシルマスク1に欠陥がないことが確認できる。
それに対して図5に示すように、ステンシルマスク1に欠損19aが存在していたり、貫通孔17が部分的ないし全面的に閉塞されるような欠陥19bが存在していたりする場合、測定された変化パターン117は基準変化パターン110から大きく乖離する。
欠損19aが存在する部分では、ステンシルマスク1が荷電粒子ビーム9を遮蔽しないために、多くの荷電粒子が半導体ウェーハ3に到達する。図6のレベル119aに示すように、欠損19aが存在する部分では、基準変化パターン110よりも大きな電流が観測される。
逆に、閉塞欠陥19bが存在する部分では、ステンシルマスク1が設計値よりも多くの荷電粒子を遮蔽してしまうために、半導体ウェーハ3に到達する荷電粒子が減少する。図6のレベル119bに示すように、閉塞欠陥19bが存在する部分では、基準変化パターン110よりも小さな電流が観測される。
測定値117からステンシルマスク1の欠陥位置を特定する方法を図7に示す。縦軸は観測された電流を示し、横軸は、電流を観測した時の照射位置において基準変化パターン110から得られる電流を示している。
ステンシルマスク1に欠陥がなければ、観測された電流と、その電流を観測した時の照射位置にあるときに観測されるはずの電流は等しく、図7にプロットした点は、原点を通る「傾き=1」の直線上に配置される。実際には、測定ノイズや導電線23の抵抗等による影響を受けるため、幅27を持った直線帯29内にプロットされる。直線帯29内にプロットされる限り、その照射位置ではステンシルマスク1に欠陥がないとすることができる。
ステンシルマスク1に欠陥19があると、プロット点が直線帯29から外れる。例えば欠損19aが存在する場合、図6に示すように測定値119aが基準値110より大きいので、図7に示すように、プロット位置219aは直線帯29よりも上方にはみ出す。閉塞欠陥19bが存在する場合、図6に示すように測定値119bが基準値110より小さいので、図7に示すように、プロット位置219bは直線帯29よりも下方にはみ出す。適度な許容幅27を持つ直線帯29を設定することによって、欠陥の存在を検出することができる。
なお測定データの解析には、図7に例示する相関関係を利用するほか、各種の統計手法を利用することができる。例えばマハラノビス距離を利用する解析も手法も使用できる。
あるいは、画像処理技術を用いて、図6の観測パターン117と基準パターン110を直接的に比較し、両パターンがおおむね一致する範囲と、両パターンが大きく乖離する範囲を区別してもよい。両パターンがおおむね一致する範囲ではステンシルマスク1に欠陥がなく、両パターンが大きく乖離する範囲ではステンシルマスク1に欠陥が存在することがわかる。
比較の基準とする基準パターン110は、理論的に計算するほか、設計通りに製作されていることが確認されているステンシルマスクを測定した結果から得ることもできる。
図1は、図5を参照に説明した検査方法の処理手順を示している。ただし破線図で示す処理は後記する第2実施例で実行するものである。
(第2実施例)
図7に示した許容幅27は狭いほうが望ましい。許容幅27が広くなる一因に、図8に示すように、半導体ウェーハ3から二次電子35が放出される問題がある。半導体ウェーハ3が荷電粒子ビーム9に照射されると、そのエネルギーの一部が半導体ウェーハ3から二次電子35を放出させる。二次電子35は電荷を持っているために、多量の二次電子35が放出されると、荷電粒子ビーム9によって半導体ウェーハ3に送り込まれた電荷と、基板電流が大きく相違することになる。そこで、半導体ウェーハ3から二次電子35を放出させない工夫が好ましい。
図8に、二次電子35の発生を抑制した第2実施例の構成図を示す。第2実施例では、導電線43と直流電源31によって、ステンシルマスク1に負の電位を与える。ステンシルマスク1に負の電位を与えると、接地されている半導体ウェーハ3との間に電場37が発生する。その電場37は、負電荷を持っている二次電子35を半導体ウェーハ3に向けて押し返す電気力33を発生させる。ステンシルマスク1に負の電位を与えると、二次電子35の発生が抑制される。これにより二次電子35の影響を抑制し、精度のよい検査をすることができる。
図1は、第2実施例の検査方法の処理手順を示している。
(第3実施例)
第3実施例では、ステンシルマスク1と接地点の間を流れるマスク電流を観測してステンシルマスク1を検査する。図2と図9に、第3実施例のステンシルマスクの検査方法を示す。以下では、第1実施例と相違する点のみを説明し、重複説明を省略する。
第3実施例では、電流計25を省略している。また、ステンシルマスク1の背後に導電性基板3を配置する必要もない。代わって、ステンシルマスク1と接地点を接続する配線43に電流計45が挿入されており、ステンシルマスク1と接地点の間を流れるマスク電流を観測する。
荷電粒子ビーム9の照射範囲13は、ステンシルマスク1に対して十分に小さい。時点を固定して観測すると、荷電粒子ビーム9はステンシルマスク1の局所的範囲のみを照射している。
照射範囲13の中心位置(これを以下では照射位置という)が貫通孔17の中心位置に一致しているばあい、荷電粒子ビーム9の大部分は貫通孔17を通過し、ステンシルマスク1にはわずかな荷電粒子しか到達しない。小さなマスク電流しか流れない。照射範囲13の中心位置が貫通孔17と貫通孔17を分離する隔壁18の中心位置に一致しているばあい、荷電粒子ビーム9の大部分はステンシルマスク1によって遮蔽される。大きなマスク電流が流れる。
図10に、ステンシルマスク1と半導体ウェーハ3を一定の方向に一定の速度で移動させている間に、電流計45で測定される電流の時間に対する変化パターン317を例示している。照射範囲13の中心位置が貫通孔17内に位置している期間では、小電流が流れる。照射範囲13の中心位置が貫通孔17からはずれている期間では、大電流が流れる。
ステンシルマスク1に欠陥がない場合、電流の変化パターン317は、計算によって求めることができる。電流は、照射範囲13とステンシルマスク1が重なった部分に存在する荷電粒子の量に比例するので、荷電粒子ビーム9内の強度分布、照射範囲13と貫通孔17の相対的位置関係、荷電粒子の電荷量に基づいて、変化パターン317の理論値を計算することができる。図10において、破線で示すパターン310は、計算で求まられた理論的変化パターンを示している。以下では基準パターンという。
ステンシルマスク1に欠陥がない場合は、測定された変化パターン317と、基準変化パターン310は、ほぼ一致する。両者がほぼ一致している範囲では、ステンシルマスク1に欠陥がないことが確認できる。
それに対して図9に示すように、ステンシルマスク1に欠損19aが存在していたり、貫通孔17が部分的ないし全面的に閉塞されるような欠陥19bが存在していたりする場合、測定された変化パターン317は基準変化パターン310から大きく乖離する。
欠損19aが存在する部分では、ステンシルマスク1が荷電粒子ビーム9を吸収しないために、図10のレベル319aに示すように、基準変化パターン310よりも小さなマスク電流しか観測されない。
逆に、閉塞欠陥19bが存在する部分では、ステンシルマスク1が設計値よりも多くの荷電粒子を吸収してしまうために、図10のレベル319bに示すように、閉塞欠陥19bが存在する部分では、基準変化パターン110よりも大きなマスク電流が観測される。
図11に図7と同様の図を示す。縦軸は観測されたマスク電流を示し、横軸は、マスク電流を観測した時の照射位置においてステンシルマスク1に欠陥がなければ観測されるはずのマスク電流を示している。
ステンシルマスク1に欠陥19がなければ、プロット点417は許容幅27を有する直線帯49内に存在する。ステンシルマスク1に欠陥19が存在すると、プロット点は直線帯49から外れる。例えば欠損19aが存在する場合、図10に示すように測定値319aが基準値310より小さいので、図11に示すように、プロット位置419aは直線帯49よりも下方にはみ出す。閉塞欠陥19bが存在する場合、図10に示すように測定値319bが基準値310より大きいので、図11に示すように、プロット位置419bは直線帯49よりも上方にはみ出す。適度な許容幅27を持つ直線帯49を設定することによって、欠陥の存在を検出することができる。
図2は、第3実施例の処理手順を示している。ただし破線図で示す処理は、後記する第4実施例で実施するものであり、第3実施例では必要としない。
(第4実施例)
第2実施例と同様に、ステンシルマスク1から二次電子35が放出されると、測定精度が低下する。そこで、ステンシルマスク1から二次電子を放出させない工夫が好ましい。
そのためには、荷電粒子ビーム射出機5とステンシルマスク1の間に、サプレッション電極を配置しておき、そのサプレッション電極に負の電位を加えた状態で、照射範囲移動工程と、マスク電流測定工程を実施するが好ましい。サプレッション電極は、荷電粒子ビームの通過を許容するものであることが必要である。サプレッション電極の詳細については、図13を参照して後記する。
図2は、第4実施例の検査方法の処理手順を示している。
(第5実施例)
第5実施例では、基板電流とマスク電流の両者を測定する。図12に、第5実施例のステンシルマスクの検査方法を示す。以下では、第1実施例と第3実施例と相違する点のみを説明し、重複説明を省略する。
図3に第5実施例の処理手順を示す。ただし破線部で示す処理は、後記する第7実施例で実行するものである。また図3は第5・第6実施例を併せて示している。
第5実施例では、第1電流計25で基板電流を測定し、第2電流計45でマスク電流を測定する。第5実施例では、第1電流計25で測定された基板電流(図6の117)と、第2電流計45で測定されたマスク電流(図10の317)の差を算出する。差を算出すると、変化パターン117,317の振幅が2倍となり、測定精度が向上する。
また、測定にノイズが生じた場合、差を求めることでノイズの影響を取り除くことができる。ステンシルマスクの検査精度を向上することができる。
(第6実施例)
第6実施例では、基板電流とマスク電流の比(数学的には商に均等)を求める。一般に商を求める場合、割る値の絶対値が小さいと、割る値の変化に対して商は大きく変化する。照射範囲13内に貫通孔17が存在する場合、基板電流の測定値117は大きく、マスク電流の測定値317は小さくなる。このような位置で、測定値117を測定値317で割った商を求めると、測定値317の小さな変化によって商は大きく変化する。小さな欠陥が容易に発見することができる。
(第7実施例)
この実施例では、半導体ウェーハ3からステンシルマスク1に向けて二次電子35が放出されることを抑制するために、ステンシルマスク1に半導体ウェーハ3よりも低い電位を印加している。また、ステンシルマスク1から二次電子35が放出されることを抑制するために、荷電粒子ビーム射出機5とステンシルマスク1の間に、サプレッション電極63を配置し、そのサプレッション電極63にステンシルマスク1によりも低い電位を印加している。サプレッション電極63に負の電位を加えた状態で、ステンシルマスク1の検査を実施する。サプレッション電極63はリング状であって、荷電粒子ビームの通過を許容する。図13にその様子を示す。
ステンシルマスク1に半導体ウェーハ3よりも低い電位を印加すると、半導体ウェーハ3が二次電子35を放出する現象が抑制される。サプレッション電極63にステンシルマスク1によりも低い電位を印加すると、ステンシルマスク1が二次電子35を放出する現象が抑制される。
これにより二次電子35の影響を抑制し、精度のよい検査をすることができる。
図3は、第7実施例の検査方法の処理手順を示している。
(第8実施例)
この実施例では、ステンシルマスクの側壁79を検査する。図4と図14に、第8実施例の測定方法を示す。
第8実施例も第1実施例と同一構成の装置で実現されるが、検査するステンシルマスク1に、絶縁層65と導電層67が積層されている。絶縁層65と導電層67にも、貫通孔17と同一パターンの貫通孔が形成されている。
図14のXV−XV面での断面図を図15に示す。荷電粒子ビーム9を照射すると、ステンシルマスク1の上面に向けて照射された荷電粒子ビーム9は、ステンシルマスク1の表面に形成された導電層67で吸収され、ステンシルマスク1には照射されない。ステンシルマスク1と導電層67は絶縁層65により絶縁されており、導電層67に帯電した電荷は、導電層67に接続された導電線71によりグラウンドに放出され、ステンシルマスク1は帯電しない。しかしながら、荷電粒子ビーム9は一定の広がり角を持って照射されるので、荷電粒子ビーム9がステンシルマスク1を通過する際に、荷電粒子ビーム9の一部は側壁79によって吸収され、ステンシルマスク1は帯電する。この電荷81は、導電線73と導電線73につながれた電流計75を通してグランドに放出され、その電荷81の量は電流計75によって測定される。
電流計75で測定されるマスク電流は、荷電粒子ビーム9が側壁79によって吸収される量に対応する。マスク電流を測定することによって、ステンシルマスク1の側壁79で吸収される荷電粒子ビーム9の量を検査することができる。導電層67がステンシルマスクと同じグランドに接続されている場合、導電層67から導電線71を通してグランドに放出された電荷が、導電線73に逆流して電流計75の測定に影響を与える場合があるので、ダイオード77を接続することで正確な測定をすることができる。
図16に、ステンシルマスク1を一定の方向に一定の速度で移動させている間に、電流計75で測定される電流の時間に対する変化パターン517を例示している。照射範囲13の中心位置が貫通孔17の側壁近傍に位置している期間では、大電流が流れる。照射範囲13の中心位置が貫通孔17の側壁からはずれている期間では、小電流が流れる。
ステンシルマスク1に欠陥がない場合、電流の変化パターン517は、計算によって求めることができる。ステンシルマスク1の側壁79に欠陥がなければ、荷電粒子ビーム9の広がり角が解っているために、側壁79で吸収される荷電粒子ビーム9の量を計算によって求めることができ、それにより発生するマスク電流値も計算することができる。側壁79の位置は設計値により決まっているので、照射範囲13と側壁79の相対的位置関係から、ステンシルマスク1から流れるマスク電流値を計算することができる。図16において、破線で示すパターン510は、計算で求められた理論的変化パターンを示している。これを比較の基準にすることから、以下では基準パターンという。
ステンシルマスク1の側壁79に欠陥がない場合は、測定された変化パターン517と、基準変化パターン510は、ほぼ一致する。両者がほぼ一致している範囲では、ステンシルマスク1の側壁79に欠陥がないことが確認できる。
それに対して図15に示すように、ステンシルマスク1の側壁が傾斜している欠陥69aが存在していたり、側壁に異物が付着している欠陥69bが存在していたりする場合、測定された変化パターン517は基準変化パターン510から大きく乖離する。
傾斜欠損69aが存在する部分では、ステンシルマスク1が荷電粒子ビーム9を設計値よりも多く吸収するために、図16のレベル569aに示すように、基準変化パターン510よりも大きな電流が観測される。
逆に、異物の付着欠陥69bが存在する部分では、ステンシルマスク1の側壁79が設計値よりも少ない荷電粒子しか吸収しないために、図16のレベル569bに示すように、基準変化パターン510よりも小さな電流が観測される。
測定値517からステンシルマスク1の側壁79の欠陥位置を特定する方法を図17に示す。縦軸は観測された電流を示し、横軸は、電流を観測した時の照射位置において基準変化パターン510から得られる電流を示している。
ステンシルマスク1に欠陥がなければ、観測されたマスク電流と、そのマスク電流を観測したい時の照射位置にあるときに観測されるはずの電流は等しく、図17にプロットした点は、原点を通る「傾き=1」の直線上に配置される。実際には、測定ノイズや導電線の抵抗等による影響を受けるため、幅87を持った直線帯89内にプロットされる。直線帯89内にプロットされる限り、その照射位置ではステンシルマスク1の側壁79に欠陥がないとすることができる。
ステンシルマスク1の側壁79に欠陥69があると、プロット点が直線帯89から外れる。例えば傾斜欠陥69aが存在する場合、図16に示すように測定値569aが基準値510より大きいので、図17に示すように、プロット位置669aは直線帯89よりも上方にはみ出す。付着欠陥69bが存在する場合、図16に示すように測定値569bが基準値510より小さいので、図17に示すように、プロット位置669bは直線帯89よりも下方にはみ出す。適度な許容幅87を持つ直線帯89を設定することによって、ステンシルマスク1の側壁79に欠陥の存在を検出することができる。
比較の基準とする基準パターン510は、理論的に計算するほか、設計通りに製作されていることが確認されているステンシルマスクを測定した結果から得ることもできる。
第1,2実施例の処理手順を示す。 第3,4実施例の処理手順を示す。 第5,6,7実施例の処理手順を示す。 第8実施例の処理手順を示す。 第1実施例の検査方法を示す図である。 第1実施例で、荷電粒子ビーム射出機5をスキャン方向7に移動させたときに半導体ウェーハ3から発生する電流の測定値117と基準値110を示す。 第1実施例で測定された測定値117と基準値110をプロットした図である。 第2実施例の検査方法を示す図である。 第3実施例の検査方法を示す図である。 第3実施例で、荷電粒子ビーム射出機5をスキャン方向7に移動させたときにステンシルマスク1から発生する電流の測定値117と基準値110を示す。 第3実施例で測定された測定値317と基準値310をプロットした図である。 第5,6実施例の検査方法を示す図である。 第7実施例の検査方法を示す図である。 第8実施例の検査方法を示す図である。 図14のXV−XV断面で切断した断面図である。 第8実施例で、荷電粒子ビーム射出機5をスキャン方向7に移動させたときにステンシルマスク1から発生する電流の測定値517と基準値510を示す。 第8実施例で測定された測定値517と基準値510をプロットした図である。
符号の説明
1・・・・・・ステンシルマスク
3・・・・・・半導体ウェーハ
3a・・・・・半導体ウェーハの表面
5・・・・・・荷電粒子ビーム射出機
7・・・・・・スキャン方向
9・・・・・・荷電粒子ビーム
11・・・・・レジスト
13・・・・・荷電粒子ビームのステンシルマスク1表面上の照射範囲
14・・・・・荷電粒子ビームの半導体ウェーハ3表面上の照射範囲
15・・・・・感光されたレジスト
17・・・・・ステンシルマスク1の貫通孔
18・・・・・ステンシルマスク1の隔壁
19・・・・・ステンシルマスク欠陥
19a・・・・ステンシルマスクの欠損
19b・・・・ステンシルマスクへ付着した異物
23・・・・・導電線
25・・・・・電流計
26・・・・・記録計
27・・・・・正常データの存在幅
29・・・・・正常データが存在する直線帯
31・・・・・電源
33・・・・・電場により負電荷にかかる電場と逆向きの力
35・・・・・二次電子
37・・・・・電場
43・・・・・導電線
45・・・・・電流計
46・・・・・記録計
47・・・・・正常データの存在幅
49・・・・・正常データが存在する直線帯
51・・・・・電源
53・・・・・電場により負電荷にかかる電場と逆向きの力
57・・・・・電場
59・・・・・導電線
63・・・・・サプレッション電極
65・・・・・絶縁層
67・・・・・導電層
69・・・・・ステンシルマスクの側壁欠陥
69a・・・・大きな傾斜を持って形成されたステンシルマスクの側壁
69b・・・・ステンシルマスクの側壁へ付着した異物
71・・・・・導電線
73・・・・・導電線
75・・・・・電流計
76・・・・・記録計
77・・・・・ダイオード
79・・・・・ステンシルマスクの側壁
81・・・・・側壁から吸収された電荷
87・・・・・正常データの存在幅
89・・・・・正常データが存在する直線帯
110,310,510・・・電流基準値
117,317,517・・・電流測定値
217,417,617・・・電流測定データ
119(a,b),319(a,b),569(a,b)・・・欠陥位置における電流測定値
219(a,b),419(a,b),669(a,b)・・・欠陥位置における電流データ

Claims (15)

  1. 板材に複数の貫通孔が分散して形成されており、その貫通孔によって半導体ウェーハに対する処理範囲を規制するステンシルマスクの検査方法であり、
    スポット状に絞られた荷電粒子ビームを射出する荷電粒子ビーム射出機に対向する位置に、検査するステンシルマスクを配置する工程と、
    前記ステンシルマスクの背後に、電流計を介して一定電位点に接続されている導電性基板を配置する工程と、
    前記ステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道に従って、荷電粒子ビームの照射範囲を移動させる照射範囲移動工程と、
    前記照射範囲移動工程の実施中に、前記導電性基板と一定電位点の間に流れる基板電流を測定する基板電流測定工程と、
    前記ステンシルマスクの表面内における荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定された基板電流を対応付けて記録する記録工程、
    を備えていることを特徴とするステンシルマスクの検査方法。
  2. 前記ステンシルマスクに前記導電性基板に対して負の電位を加えた状態で、前記照射範囲移動工程と、前記基板電流測定工程を実施することを特徴とする請求項1のステンシルマスクの検査方法。
  3. 導電性板材に複数の貫通孔が分散して形成されており、その貫通孔によって半導体ウェーハに対する処理範囲を規制するステンシルマスクの検査方法であり、
    スポット状に絞られた荷電粒子ビームを射出する荷電粒子ビーム射出機に対向する位置に、検査するステンシルマスクであって、電流計を介して一定電位点に接続されているステンシルマスクを配置する工程と、
    前記ステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道に従って、荷電粒子ビームの照射範囲を移動させる照射範囲移動工程と、
    前記照射範囲移動工程の実施中に、前記ステンシルマスクと一定電位点の間に流れるマスク電流を測定するマスク電流測定工程と、
    前記ステンシルマスクの表面内における荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定されたマスク電流を対応付けて記録する記録工程、
    を備えていることを特徴とするステンシルマスクの検査方法。
  4. 前記荷電粒子ビーム射出機と前記ステンシルマスクの間に、前記荷電粒子ビームの通過を許容するサプレッション電極を配置する工程を備えており、
    前記サプレッション電極に前記ステンシルマスクに対して負の電位を加えた状態で、前記照射範囲移動工程と、前記マスク電流測定工程を実施することを特徴とする請求項3のステンシルマスクの検査方法。
  5. 前記記録工程で記録された「射出位置と電流」のパターンと、基準とする「射出位置と電流」のパターンを比較する工程をさらに有することを特徴とする請求項1から4のいずれかのステンシルマスクの検査方法。
  6. 前記の基準とする「射出位置と電流」のパターンが、前記ステンシルマスクの貫通孔の設計上の配置パターンから計算される「射出位置と電流」のパターンであることを特徴とする請求項5のステンシルマスクの検査方法。
  7. 前記の基準とする「射出位置と電流」のパターンが、良品であることが確認されているステンシルマスクに請求項1から4のいずれかの検査方法を実行して得られた「射出位置と電流」のパターンであることを特徴とする請求項5のステンシルマスクの検査方法。
  8. 導電性板材に複数の貫通孔が分散して形成されており、その貫通孔によって半導体ウェーハに対する処理範囲を規制するステンシルマスクの検査方法であり、
    スポット状に絞られた荷電粒子ビームを射出する荷電粒子ビーム射出機に対向する位置に、検査するステンシルマスクであって、電流計を介して一定電位点に接続されている前記ステンシルマスクを配置する工程と、
    前記ステンシルマスクの背後に、電流計を介して一定電位点に接続されている導電性基板を配置する工程と、
    前記ステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道に従って、荷電粒子ビームの照射範囲を移動させる照射範囲移動工程と、
    前記照射範囲移動工程の実施中に、前記導電性基板と一定電位点の間に流れる基板電流を測定する基板電流測定工程と、
    前記照射範囲移動工程の実施中に、前記ステンシルマスクと一定電位点の間に流れるマスク電流を測定するマスク電流測定工程と、
    前記ステンシルマスクの表面内における荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定された前記基板電流と前記マスク電流の差または商を対応付けて記録する記録工程、
    を備えていることを特徴とするステンシルマスクの検査方法。
  9. 前記記録工程で記録された「射出位置と差または商」のパターンと、基準とする「射出位置と差または商」のパターンを比較する工程をさらに有することを特徴とする請求項8のステンシルマスクの検査方法。
  10. 前記の基準とする「射出位置と差または商」のパターンが、前記ステンシルマスクの貫通孔の設計上の配置パターンから計算される「射出位置と差または商」のパターンであることを特徴とする請求項9のステンシルマスクの検査方法。
  11. 前記の基準とする「射出位置と差または商」のパターンが、良品であることが確認されているステンシルマスクに請求項8の検査方法を実行して得られた「射出位置と差または商」のパターンであることを特徴とする請求項9のステンシルマスクの検査方法。
  12. 導電性板材に側壁を有する複数の貫通孔が分散して形成されており、その貫通孔によって半導体ウェーハに対する処理範囲を規制するステンシルマスクの検査方法であり、
    検査するステンシルマスクの貫通孔以外の表面を絶縁層で被覆する工程と、
    スポット状に絞られた荷電粒子ビームを射出する荷電粒子ビーム射出機に対向する位置に、電流計を介して一定電位点に接続されている前記ステンシルマスクを、その表面が荷電粒子ビーム射出機に向く方向で配置する工程と、
    前記ステンシルマスクの表面に対して予め決められている所定の軌道に従って、荷電粒子ビームの照射範囲を移動させる照射範囲移動工程と、
    前記照射範囲移動工程の実施中に、前記ステンシルマスクと一定電位点の間に流れるマスク電流を測定するマスク電流測定工程と、
    前記ステンシルマスクの表面内における荷電粒子ビームの照射位置と、その照射位置で測定されたマスク電流を対応付けて記録する記録工程、
    を備えていることを特徴とするステンシルマスクの検査方法。
  13. 前記記録工程で記録された「射出位置と電流」のパターンと、基準とする「射出位置と電流」のパターンを比較する工程をさらに有することを特徴とする請求項12のステンシルマスクの検査方法。
  14. 前記の基準とする「射出位置と電流」のパターンが、前記ステンシルマスクの貫通孔の設計上の配置パターンと前記荷電粒子ビームの広がり角から計算される「射出位置と電流」のパターンであることを特徴とする請求項13のステンシルマスクの検査方法。
  15. 前記の基準とする「射出位置と電流」のパターンが、良品であることが確認されているステンシルマスクに請求項12の検査方法を実行して得られた「射出位置と電流」のパターンであることを特徴とする請求項13のステンシルマスクの検査方法。
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