JP2009282087A - 薄膜欠陥検査用標準基板、その製造方法、および薄膜欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に形成された薄膜に存在する欠陥の正確な検出を可能とする標準基板を提供すること。
【解決手段】清浄表面を有する基板１の表面に粒径が既知の粒度が揃った微粒子４、５を付着させる。このような微粒子としては、ポリスチレン、ポリアクリレート、シリカ等のものを使用し得る。続いて、微粒子が付着した状態の基板表面上に薄膜を形成する。これにより、人工的に形成されたモデル欠陥となる微粒子が含まれた薄膜が得られる。このような薄膜の形成に続いて、薄膜２から微粒子の少なくとも一部を脱離させて欠損部３を形成する。このような微粒子の脱離は、超音波洗浄やスクラブ洗浄により実行することができる。得られた欠損部３は薄膜２に形成される径の揃ったピンホールとなり、微粒子が脱離しなかった部分は突起状のモデル欠陥となる。
【選択図】図２

Description

本発明は薄膜欠陥の検査技術に関し、より詳細には、フォトマスク製造用基板（フォトマスクブランク）の薄膜欠陥等の検査に好適な標準基板、その製造方法、および薄膜欠陥の検査方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、およびＶＬＳＩなどの半導体集積回路の製造をはじめとする広範囲な技術分野において用いられている光リソグラフィ法では、回路パターンが形成されたフォトマスクを用いて、被加工基板上に設けられたフォトレジスト膜を露光することによる回路パターンの転写が行われる。近年では、半導体集積回路の高集積化などの市場要求により、転写される回路パターンの微細化が求められてきており、この要求を満たすために、露光に用いる光の短波長化が図られてきた。

このような回路パターン転写に用いられるフォトマスクは、光学膜が形成された基板（フォトマスクブランク）に、回路パターンをフォトリソグラフィ法によりパターニングすることで製造される。このような光学膜は、一般に、遷移金属化合物を主成分とする薄膜や遷移金属を含有するケイ素化合物を主成分とする薄膜であるが、目的に応じ、遮光膜として機能する膜や位相シフト膜として機能する膜等が選択される。

フォトマスクは、微細パターンを有する半導体素子を製造するための原図として用いられるものであるために無欠陥であることが求められ、このことは当然に、フォトマスクブランクについても無欠陥であることを要求することとなる。このような事情から、フォトマスクやフォトマスクブランクの欠陥検出技術についての多くの検討がなされてきており、例えば、特開平８−２３４４１３号公報（特許文献１）には、検出すべき真の欠陥と検出する必要のない擬似欠陥とを判別することで真の欠陥のみを効率よく検出するための技術が開示され、特開２００４−３５６３３０号公報（特許文献２）には、黒／白欠陥が存在するマスクブランクスを廃棄せずに利用することを可能とするマスクの製造方法とこれを可能にするマスクブランクスの管理方法等が開示されている。

フォトマスクやフォトマスクブランクの欠陥は、一般的には透過光や反射光を用いた光学的な方法によって行われ、例えば日立電子エンジニアリング社製のＧＭ１０００やレーザーテック社製のＭＡＧIＣＳといった装置が市販されている。

光学的な欠陥検出法は、比較的短時間での広域欠陥検査を可能とし、理論的には、用いる光源の短波長化等により微細欠陥の精密検出も可能となるという利点がある。しかし、実際には、欠陥サイズが極めて小さい場合には当該欠陥が透過光や反射光に及ぼす影響は微弱となって欠陥の精密検出は容易ではない。特に、フォトマスクブランクの成膜時に発生する代表的な欠陥であるピンホールは、検出が難しい欠陥の一つである。

ピンホールは、被成膜基板上に何らかの原因で微小パーティクルが付着した場合等に発生する欠陥であるが、これが非常に小さなものである場合には検査光に及ぼす影響が極めて低いために検出感度は非常に低いものとならざるを得ず、検査装置系の検査感度を下げるとその検出が不能となる。一方、検出感度を上げすぎるとノイズとの見分けがつかなくなり、この場合も実質的な検出感度は低下してしまう結果となる。

上述のようなピンホール等の欠陥検査に際しては、検査装置から得られる１次情報から欠陥の存在を確認するためのデータ処理を行うために、所定の大きさの欠陥が１次データ上にどのように現れるかという情報が必要である。通常、この情報を得るためには、予め形成された「モデル欠陥」を有する薄膜が成膜された標準基板を用いたキャリブレーションが行われる。このような標準基板は、例えば特開平９−２１１８４１号公報（特許文献３）に開示されているように、透明基板上に形成した光学膜上にレジストを塗布し、検出ターゲットとなる大きさの欠陥サイズのピンホールパターンを電子線リソグラフィ法で形成するといった手法により作製される。

図３は、フォトリソグラフィ法で形成されたピンホール欠陥（Ａ）と実際のピンホール欠陥（Ｂ）をＡＦＭで観察した結果を説明するための図で、ａ図は基板表面での欠陥部の凹凸のレベルをグレースケールで表示したもので、ｂ図はａ図中に破線で示した線上の段差（ピンホール形状）を示したものである。これらのＡＦＭ観察結果から明瞭に読み取れるように、フォトリソグラフィ法で形成されたピンホールは、ドライエッチングが有する高い異方性により急峻な角部や側壁をもつ穴となるが、実際のピンホール欠陥の角部や側壁はなだらかに変化するものであるのが通常であることから、実際の欠陥よりも高い被検出感度のものとなってしまう。従って、上述のようなフォトリソグラフィ法により作製されたピンホール（モデル欠陥）が予め形成された標準基板を用いてキャリブレーションを行なって欠陥評価を実行すると、モデル欠陥の大きさに相当する実際の欠陥は見落とされる危険がある。例えば、直径０．５μｍのモデル欠陥をフォトリソグラフィ法で形成し、当該モデル欠陥を有する標準基板を用いて得られた１次データをそのまま０．５μｍのピンホールのデータとして検査装置の検出感度を調整すると、実際には０．５μｍの直径をもつピンホールが、０．５μｍ径のピンホールとしては検出されない可能性がある。
特開平８−２３４４１３号公報 特開２００４−３５６３３０号公報 特開平９−２１１８４１号公報 特開２００７−１４８４９号公報 特開２００６−３１７６６５号公報 特開２００７−２４１０６０号公報 特開２００７−０３３４６９号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フォトマスクブランクにおけるような基板上に形成された薄膜に存在する欠陥を正確に検出することを可能とするための標準基板、その製造方法、およびかかる標準基板を用いた欠陥検査方法を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明の薄膜欠陥検査用標準基板の製造方法は、基板表面に粒径が既知の複数の微粒子を付着させる第１の工程と、該微粒子が付着した状態の基板表面上に薄膜を形成する第２の工程とを備えている。

この製造方法において、前記薄膜から前記微粒子の少なくとも一部を脱離させて欠損部を形成する第３の工程を備えている態様としてもよい。

好ましくは、前記複数の微粒子には、粒径クラスの異なる複数種のものが含まれている。

前記微粒子は、例えば、ポリスチレン粒子、ポリアクリルレート粒子、またはシリカ粒子のうちの少なくとも１種である。

前記薄膜は、例えば、フォトマスクブランクに設けられる光学膜である。

これらの方法により、本発明の薄膜欠陥検査用標準基板を得ることができる。

また、本発明の薄膜欠陥検査方法では、被検査基板の薄膜欠陥検査を行なう際に、かかる薄膜欠陥検査用標準基板を用いて校正が行なわれる。

本発明では、粒径が既知の粒度が揃った微粒子を用いてモデル欠陥を形成することとしたので、得られるモデル欠陥の形状は、角部や側壁を含め、実際の欠陥の形状に類似している。このため、かかるモデル欠陥を有する標準基板を用いて校正を行うことにより、欠陥検査の精度を向上させることが可能となる。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明者らは、基板上に形成された薄膜に存在する欠陥の正確な検出を可能とするための方法についての検討を進めるなかで、被検査基板の薄膜欠陥検査を行なう際の校正用に利用される標準基板に設けられるモデル欠陥を、実際の欠陥発生メカニズムに近似のメカニズムをトレースして形成することを想到し、当該方法により得られる標準基板の有用性についての検証を行なった。その結果、上述の手法で形成されたモデル欠陥の形状は、角部や側壁を含め、実際の欠陥の形状に類似しており、このようなモデル欠陥を有する標準基板を用いて校正を行うことにより、欠陥検査の精度を向上させることができることを確認して本発明を成すに至った。

図１（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の薄膜欠陥検査用標準基板のモデル欠陥の例を説明するための断面図である。何れの標準基板も、基板１の表面に形成された薄膜２には、粒径が既知の複数の微粒子により作り込まれたモデル欠陥３、４が設けられているが、図１（Ａ）はモデル欠陥が薄膜２の欠損部３のみである態様、図１（Ｂ）はモデル欠陥が薄膜２に一部が埋め込まれた状態の微粒子４がモデル欠陥となっている態様、そして、図１（Ｃ）はこれらのモデル欠陥を同時に含む態様のものを図示している。

図２は、このようなモデル欠陥の形成プロセスの概略を説明するための工程図で、先ず、清浄表面を有する基板１（例えば、石英基板のようなフォトマスク基板）を準備し、その表面に粒径が既知の粒度が揃った微粒子４、５を付着させる（図２（Ａ））。フォトマスクブランク（やその製造過程にある基板）の検査用標準基板の場合、ここで用いられる微粒子としては、後の工程で光学膜として成膜されるケイ素化合物や金属化合物膜をスパッタリング成膜等する際に分解してしまわないようなものであればどのようなものでも良い。

ここで、欠陥の大きさを真円基準で定義して検査を行うためには、用いる微粒子の形状は真球状に近いものであることが好ましい。このようなものとしては、ポリスチレン、ポリアクリレート、シリカ等のものが市販されており、特にこれらのものを有用に使用し得る。また、真球状でない場合の感度確認等を行う場合には、雪だるま型のような微粒子などを使用しても良い。

なお、光散乱式微粒子計数器、光子相関法や光回折法、沈降法などの様々な粒子測定器の校正や試験、或いは電子顕微鏡の倍率校正などのために、直径が０．０２μｍ以上の粒径の揃った微粒子が市販（セラダイン社等）されているので、このような微粒子を用いることができる。また、特開２００７−１４８４９号公報（特許文献４）などの文献には、数ｎｍの直径をもつ粒径の揃った微粒子の製造方法が開示されており、そのような方法で作製した微粒子を利用することも可能である。

市販されている微粒子は、一般に、水性懸濁液として入手されるが、これに限らず、有機溶剤に懸濁されたものや水を有機溶剤に置換したものを準備しても良い。これらを必要に応じ更に希釈して、水懸濁液あるいは有機溶剤懸濁液として基板１上に塗布或いは噴霧した後、自然乾燥或いは加熱乾燥することにより、粒径が既知の微粒子４，５が付着した基板１を得ることができる。

図２（Ａ）には、粒径が異なる２種類の微粒子を付着させた例を図示したが、どのようなタイプのモデル欠陥を作り込むかに応じて、３種類以上の異なる粒径の微粒子を用いたり、逆に、１種類の粒径の微粒子を用いるようにしてもよい。

続いて、微粒子が付着した状態の基板表面上に薄膜を形成する。これにより、人工的に形成されたモデル欠陥となる微粒子が含まれた薄膜が得られる（図２（Ｂ））。フォトマスクブランク（やその製造過程にある基板）の検査用標準基板の場合、ここで形成される薄膜は、フォトマスクブランク（やその製造過程にある基板）に設けられる光学膜（ケイ素化合物や金属化合物の膜など）であることが好ましいが、検査方法（検査光）に対して被検査体と示す物性が類似した物性をもつ膜であってもよい。

例えば、反射光による検査に使用するフォトマスクブランク用の欠陥検査用標準基板を作製する場合には、用いる光の波長に対して類似の反射率を示す膜を成膜することが好ましく、実際に検査を行うフォトマスクブランクと同じ膜厚や膜構成、材料組成を持つ膜を成膜することがより好ましい。

例えば、反射防止膜を持つクロム系の遮光膜を検査する場合、同じ膜厚、構成を持つ反射防止膜を持ったクロム系の遮光膜を成膜することが好ましく、また遷移金属としてモリブデンを含有するケイ素系のハーフトーン位相シフト膜の場合、同じ膜厚、構成を持つハーフトーン位相シフト膜を成膜することが好ましい。このような遮光膜やハーフトーン位相シフト膜の材料組成や膜構成等については多くの技術が知られている（特開２００６−３１７６６５号公報（特許文献５）、特開２００７−２４１０６０号公報（特許文献６）、特開２００７−０３３４６９号公報（特許文献７）などを参照）。

また、遮光機能膜と反射防止機能膜を持った遮光膜の反射防止膜の欠陥を調べる目的においては、フォトマスク基板に遮光機能膜を成膜した後、上記粒径の揃った微粒子を付着させ、反射防止機能膜を成膜すると、反射防止機能膜の欠陥を調べるための標準基板が得られる。

このような薄膜の形成に続いて、薄膜２から微粒子の少なくとも一部（図２では微粒子５）を脱離させて欠損部３を形成する（図２（Ｃ））。このような微粒子の脱離は、超音波洗浄やスクラブ洗浄により実行することができる。得られた欠損部３は薄膜２に形成される径の揃ったピンホールとなり、微粒子が脱離しなかった部分は突起状のモデル欠陥となる。

上述したプロセスにより形成されたピンホールは、フォトリソグラフィ法によりフォトレジストをエッチングして得られたピンホールよりも、半球面形状を持った実際のピンホールに極めて近い形状を示す。このような手法で得られた欠陥検査用標準基板は、走査型電子顕微鏡等により基板上のモデル欠陥の位置や大きさ或いは形状の精密な確認を行なっておくことにより、精密な標準基板とすることもできる。

このようにして得られた標準基板を校正用基板として用いて、欠陥検査装置により実際の欠陥計測を行う。例えば、日立電子エンジニアリング社製ＧＭ１０００のピンホール欠陥の検出は被検査基板の上方より光を照射して散乱光を下方のセンサでモニタする。この欠陥検査では、欠陥がピンホール欠陥である場合、当該ピンホール欠陥の有無を観測するため、透過してきた光の強度に対して一定の閾値を設け、その閾値以上の光量が観測された場合には膜が所定の大きさ以上欠損している位置であると判断する。

上述の散乱光を下方のセンサでモニタする手法の欠陥検査方法によれば、観測に使用する光の回折を無視した場合、リソグラフィ法で作ったピンホール欠陥の場合には、ドライエッチングが有する高い異方性により急峻な角部や側壁をもつ穴となることから、欠陥部と正常部との境界を欠陥の輪郭と判断して当該輪郭内の領域が欠陥と判定される。

これに対し、上述の本発明の手法で形成されるピンホール欠陥の場合には、実際のピンホール欠陥と同様にその角部や側壁はなだらかに変化するものであるため、ピンホール欠陥と正常部との境界から一定距離だけ境界内側の、薄膜の厚みが特定の値以下になった領域が欠陥の輪郭であると判定されることとなる。

従って、本発明の手法で形成されたピンホール欠陥を校正基準とした場合には、リソグラフィ法で作ったピンホール欠陥を校正基準とした場合に比較して、相対的に、欠陥サイズが大きく判定されることとなる。このことは、被検査基板の上方より照射された光の散乱光を下方のセンサを走引させ、一定強度以上の散乱光が観測された領域を欠陥として判定するレーザーテック社製ＭＡＧＩＣＳ（1320 2351など）計測機においても同様である。

そして、本発明者らが検討したところによれば、本発明の手法で形成したピンホール欠陥を用いてキャリブレーション（校正）を行なって実際のピンホール欠陥の検出を行なうと、検査結果として出力される欠陥サイズは実際の欠陥サイズに概ね一致させることができる。

具体的には、例えば、径が０．２μｍのピンホールのモデル欠陥で検査装置のキャリブレーションを行なって欠陥検査データの校正を行なうと、当該モデル欠陥と概ね同等のサイズと判定される実欠陥（ピンホール欠陥）のサイズは、略０．２μｍである。また、これらのモデル欠陥と実欠陥の形状をＡＦＭで観察すると、両欠陥はよく似た形状を呈している。

つまり、本発明の標準基板を用いることにより、フォトマスクブランクにおけるような基板上に形成された薄膜に存在する欠陥を正確に検出することが可能となる。

なお、上述の説明では、被検査基板がフォトマスクブランクであり薄膜が光学膜である場合を例として説明したが、シリコンウエハ上にＣＶＤ法による絶縁膜等を成膜したような基板についても、上記と同様の手順により、標準基板を作製することができる。

１５２ｍｍ角のフォトマスク用石英基板に、粒径５００ｎｍのポリスチレン製粒径スタンダード１％水懸濁液（デュークサイエンティフィック社製ナノスフィアＣａｔ．Ｎｏ．３５００Ａ、バラツキ±５ｎｍ）をイソプロパノールで５０００倍希釈した懸濁液を、噴霧器を用いて噴霧し、自然乾燥によってパーティクル付着基板を得た。

この基板の上に、スパッタリング用のターゲットとしてクロム金属を用いて遮光性膜（モデル遮光性膜）を成膜した。具体的には、先ず、スパッタガスとして１５ｓｃｃｍのＡｒガスと３０ｓｃｃｍのＮ_２ガスおよび１５ｓｃｃｍのＯ_２ガスの混合ガスをチャンバに導入してチャンバ内ガス圧が０．１Ｐａになるように設定し、Ｃｒターゲットに５００Ｗの放電電力を印加して、上記基板を３０ｒｐｍで回転させながら膜厚３０ｎｍのＣｒＯＮを成膜した。

続いて、３０ｓｃｃｍのＡｒガスをチャンバ内に導入してチャンバ内ガス圧が０．１Ｐａになるように設定し、Ｃｒターゲットに５００Ｗの放電電力を印加して、基板を３０ｒｐｍで回転させながら膜厚１５ｎｍのＣｒを成膜した。

更に、１５ｓｃｃｍのＡｒガスと３０ｓｃｃｍのＮ_２ガスおよび１５ｓｃｃｍのＯ_２ガスの混合ガスをチャンバ内に導入してチャンバ内ガス圧が０．１Ｐａになるように設定し、Ｃｒターゲットに５００Ｗの放電電力を印加して、基板を３０ｒｐｍで回転させながら膜厚２５ｎｍのＣｒＯＮを成膜し全厚７０ｎｍの遮光性膜を形成した。

このような成膜に続いて、基板に超音波洗浄を用いて振動を与え、ポリスチレンビーズを脱離させてモデル欠陥としてのピンホールを形成した。この超音波処理によって得られたピンホールの直径は概ね０．５μｍであり、その形状は緩やかなコンケイブ状であった。

本発明は、基板上に形成された薄膜に存在する欠陥の正確な検出を可能とする標準基板を提供する。

本発明の薄膜欠陥検査用標準基板のモデル欠陥の例を説明するための断面図である。 本発明のモデル欠陥の形成プロセスの概略を説明するための工程図である。 フォトリソグラフィ法で形成されたピンホール欠陥（Ａ）と実際のピンホール欠陥（Ｂ）のＡＦＭによる表面形状図である。

符号の説明

１ 基板
２ 薄膜
３ 欠損部
４、５ 微粒子

Claims (7)

1. 基板表面に粒径が既知の複数の微粒子を付着させる第１の工程と、該微粒子が付着した状態の基板表面上に薄膜を形成する第２の工程とを備えている薄膜欠陥検査用標準基板の製造方法。
2. 前記薄膜から前記微粒子の少なくとも一部を脱離させて欠損部を形成する第３の工程を備えている請求項１に記載の薄膜欠陥検査用標準基板の製造方法。
3. 前記複数の微粒子には、粒径クラスの異なる複数種のものが含まれている請求項１又は２に記載の薄膜欠陥検査用標準基板の製造方法。
4. 前記微粒子が、ポリスチレン粒子、ポリアクリルレート粒子、またはシリカ粒子のうちの少なくとも１種である請求項１乃至３の何れか１項に記載の薄膜欠陥検査用標準基板の製造方法。
5. 前記薄膜は、フォトマスクブランクに設けられる光学膜である請求項１乃至４の何れか１項に記載の薄膜欠陥検査用標準基板の製造方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法により得られた薄膜欠陥検査用標準基板。
7. 被検査基板の薄膜欠陥検査を行なう際に、請求項６に記載の薄膜欠陥検査用標準基板を用いて校正が行なわれる薄膜欠陥検査方法。