JP2010160063A - 荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置及びその検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目視検査によらず自動的に高精度に検査して、検査性能の低下やバラツキをなくし、マスク製造の歩留りを向上することができる荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置及びその検査方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子線露光用マスクをステージ上に搭載し、ステージ上の荷電粒子線露光用マスクの所定の検査ポイントを順次移動して、検査画像を取得するように制御し、荷電粒子線露光用マスクの所定領域の検査画像を光学顕微鏡により取得し、取得した検査画像を２値化処理することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置及びその検査方法に関し、特に、半導体製造において使用される荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置及びその検査方法に関する。

近年、半導体デバイスの回路の細線化が進み、その露光工程ではより微細なパターン形成が可能な荷電粒子線式露光装置が用いられている。荷電粒子線露光用マスクはこのような装置で使用され、マスク上に形成される様々なパターンもしくはホールにおいては微小化と高精度化が求められている。

荷電粒子線露光用マスクは基材として主にＳｉウェハを使用し、メンブレンと呼ばれる薄膜領域には数μｍの微小なパターンとホールが貫通孔として多数形成されている。半導体製造においてはここを荷電粒子線が通過し、ウェハ上の回路として縮小、もしくは等倍転写される。

このような微小なパターンを有する荷電粒子線露光用マスクの製作過程においては表面検査を逐次行い、付着異物がないよう管理する必要がある。

荷電粒子線露光用マスクの表面に異物が存在することで、様々な影響が懸念される。例えば半導体製造の露光工程においてウェハ上への異物落下、あるいはマスクに荷電粒子線が照射される際のチャージアップ現象や局所的な熱歪みの発生によるマスク破壊、異物の転写等があり、半導体製造の歩留まり低下の原因となっていた。

そのため、荷電粒子線露光用マスクの製造工程においては逐次異物検査が行われ、半導体デバイスメーカにおいてもマスクの受け入れ検査が必要となっている。

従来から荷電粒子線露光用マスクの検査方法としては、顕微鏡を主体としたものが多く用いられてきた。例えば、顕微鏡の暗視野照明を利用した目視検査が行われている。

しかし、この方法ではマスクを広範囲に検査することは可能であるが、微小な異物を検出する場合は倍率を上げる必要があり、その場合には目視検査を行う視野が狭くなるため、非常に時間がかかっていた。

また作業者による目視検査のため発塵が避けられず、またマスク破損の恐れ、長時間作業による検査能力の低下とバラツキの発生など、運用上の問題が多かった。

そこで、目視検査によらず、レーザを使用した異物散乱光検出方法も考えられている。この方法は、レーザを表面に照射し、異物散乱光とパターンからの散乱光を偏光して利用して分離し検出する方法である。また、顕微鏡画像を取得し、同一パターンが存在する隣接チップと比較して、差異があれば異物として検出する方法が使用されてきた。しかし、様々なパターンが形成されたマスク表面の異物検出においては、パターンが微細であるため、レーザによって異物とパターンの散乱光を区別し、異物のみを検出することが困難であり、パターン部も異物として誤検出してしまうことが多く、検査工程で使用するのは不可能であった。

また、顕微鏡で取得した２箇所の画像によって比較検査を行う方法もあるが、荷電粒子線露光装置用マスクには、半導体チップのように同一パターンが形成されていることが無いため、画像比較する基準が無く検査することは不可能であった。

同様に、設計データと比較検査を行う方法においては、検査用の基準画像として設計データを２次元画像に変換する必要があるが、荷電粒子線露光装置用マスクの顕微鏡画像に完全に似せることは不可能であり、検査に利用することはできなかった。

上述のように、従来の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法では、作業者の目視によれば非常に時間がかかり検査性能も悪く、また、自動検査においては誤検出の問題や、基準画像の問題があり、実際に運用するには多くの課題があった。

特開２００４−１９３３１８号公報

本発明は、目視検査によらず自動的に高精度に検査して、検査性能の低下やバラツキをなくし、マスク製造の歩留りを向上することができる荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置及びその検査方法を提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、荷電粒子線露光用マスクを搭載したステージと、ステージ上の所定領域の検査画像を取得する光学顕微鏡と、順次ステージを移動させて所定の検査ポイントの検査画像を光学顕微鏡に取り込むように制御する制御手段と、を有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置としたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、光学顕微鏡は明視野照明又は暗視野照明を用いることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置としたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、荷電粒子線露光用マスクをステージ上に搭載し、ステージ上の荷電粒子線露光用マスクの所定の検査ポイントを順次移動して、検査画像を取得するように制御し、荷電粒子線露光用マスクの所定領域の検査画像を光学顕微鏡により取得し、取得した検査画像を２値化処理することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法としたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、検査画像に一定の画像処理を施すことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法としたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、検査画像にパターン部分と異物とが全て表示されるように輝度レベルを最適化することを特徴とする請求項３または４に記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法としたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、２値化処理の後に、表示される全ての図形のピクセル数を算出することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法としたものである。

本発明の請求項７に係る発明は、算出した全ての図形のピクセル数に対して、全ての図形のピクセル数を示すヒストグラムから２値化処理の後の図形を３つのピクセル別グループに分けることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法としたものである。

本発明の請求項８に係る発明は、３つのピクセル別グループに排他処理を行うことを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法としたものである。

本発明によれば、目視検査によらず自動的に高精度に検査して、検査性能の低下やバラツキをなくし、マスク製造の歩留りを向上することができる荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置及びその検査方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る検査対象となる荷電粒子線露光用マスクを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る明視野照明による異物検査を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る暗視野照明による異物検査を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る検査画像の２値化処理後を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る２値化処理図形のピクセル数を算出する概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る２値化処理図形のピクセル数に関するヒストグラムを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係るノイズ部及びパターン部の排他処理後を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る付着異物のみを示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクを示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスク１０は、基材１１として主にシリコンウェハ等を用いて形成され、シリコンウェハ等は、メンブレンと呼ばれる薄膜部分１２に様々な微細パターン１３が貫通孔として形成されている。

本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置は、荷電粒子線露光用マスクを搭載したステージ、ステージ上の所定領域の検査画像を取得する光学顕微鏡、順次ステージを移動させて所定の検査ポイントの検査画像を光学顕微鏡に取り込むように制御する制御手段を備えている。

本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスク１０の異物検査方法は、荷電粒子線露光用マスクをステージ上に搭載し、ステージ上の荷電粒子線露光用マスクの所定の検査ポイントを順次移動して、検査画像を取得する。検査画像は光学顕微鏡により荷電粒子線露光用マスクの所定領域、取得する。取得した検査画像を２値化処理することで自動化を図ることができる。このとき、顕微鏡の照明方法としては、貫通孔であるパターン部とそれ以外で明らかにコントラストが異なるよう、明視野照明、もしくは暗視野照明を用いる。

また、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスク１０の異物検査においては、検出すべき大きさの付着異物１４が光学顕微鏡で十分観察可能なように、適切な倍率の対物レンズを選択する。

次に、明視野照明、あるいは暗視野照明について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る明視野照明を用いた場合の検査画像を示す概略断面図である。図２に示すように、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスク１０のメンブレン（薄膜部分）１２の表面は明るく、微細パターン１３は貫通孔であり、反射光が得られないため暗くなる。また、付着異物１４を有していれば光が散乱されるため暗くなる。

図３は、本発明の実施の形態に係る暗視野照明を用いた場合の検査画像を示す概略断面図である。図３に示すように、本発明の実施の形態に係る明視野照明とは逆にメンブレン１２の表面が暗く、微細パターン１３のエッジ部が光を散乱し明るくなっている。また、付着異物１４においても光が散乱されるため周囲よりも明るくなる。

異物検査においては、荷電粒子線露光マスク１０を装置ステージ上へ載せ、アライメント及び検査ポイントの座標設定は予め済ませておく。

また、異物検査においては、ステージが所定の検査ポイントＰ_１〜Ｐ_ｎへ移動し、その都度検査画像Ｍ_１〜Ｍ_ｎを取得し画像を記録する。

記録された検査画像においては、図４に示すようにマスクに形成されたパターン部分と付着異物１４が全て表示できるよう画像の輝度レベルを最適化し２値化処理を行う。

２値化処理後の画像において得られた全ての図形を対象に、図５に示すようにそれぞれの図形のピクセル数を算出する処理を行う。そして図形の数をピクセル数別に集計し、ヒストグラムに示す。

図６は、ピクセル数別に集計したヒストグラムを示す図である。ここでは、ピクセル数が小であるグループを画像ノイズ１５、またピクセル数が大であるグループをパターン部分１６とし、その中間のピクセル数を持つグループを付着異物１４によるものとして認識することができる。

その後、ヒストグラムからそれぞれのグループを分離することができるように、ヒストグラムの第１の谷１７、第２の谷１８を求める。このとき、第１の谷１７は画像上のノイズの最大画素数であるため、論理的には２〜３ピクセル程度である。また、第２の谷１８においてはパターンデータの最小ホール寸法が分っていれば、計算によってピクセル数を求めることができる。

ヒストグラムの第１の谷１７、第２の谷１８が求まったことから、図４に示す２値化画像においてヒストグラムの付着異物１４、画像ノイズ１５、パターン部１６に相当する図形を図７に示す。この画像に対して画像ノイズ１５及びパターン部１６の排他処理を行い、図８に示すような付着異物１４のみの画像を得ることができる。

図７に示す異物座標を画像上及び検査ポイントの座標から詳細に求めることで、荷電粒子線露光装置用マスクの異物・欠陥マップとして座標出力、あるいはマップ表示を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置用マスク１０の異物検査方法は、メンブレン上の付着異物に、光学顕微鏡と検査画像を取得する制御手段とにより取得した検査画像に画像処理を施すことで、パターン部１６と付着異物１４の分離ができ、付着異物１４のみの画像を得ることで異物検査の自動化ができる。また、異物検査の自動化は、作業者による目視検査の際に問題となっていた、発塵やマスク破壊の恐れ、検査性能の低下やバラツキがなくなるため、マスク製造の歩留りが向上する。さらに、検査画像から付着異物１４の位置と検査ポイントの座標が判るため、異物マップを作成し付着異物１４を管理し修正ができ、マスクの信頼性が向上する。

１０…荷電粒子線露光用マスク、１１…基板、１２…薄膜部分、１３…微小パターン、１４…付着異物、１５…画像ノイズ、１６…パターン部、１７…第１の谷、１８…第２の谷

Claims (8)

1. 荷電粒子線露光用マスクを搭載したステージと、
   前記ステージ上の所定領域の検査画像を取得する光学顕微鏡と、
   順次前記ステージを移動させて所定の検査ポイントの検査画像を前記光学顕微鏡に取り込むように制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置。
2. 前記光学顕微鏡は明視野照明又は暗視野照明を用いることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査装置。
3. 荷電粒子線露光用マスクをステージ上に搭載し、
   前記ステージ上の前記荷電粒子線露光用マスクの所定の検査ポイントを順次移動して、検査画像を取得するように制御し、
   前記荷電粒子線露光用マスクの所定領域の検査画像を光学顕微鏡により取得し、
   前記取得した検査画像を２値化処理することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法。
4. 前記検査画像に一定の画像処理を施すことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法。
5. 前記検査画像にパターン部分と異物とが全て表示されるように輝度レベルを最適化することを特徴とする請求項３または４に記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法。
6. 前記２値化処理の後に、表示される全ての図形のピクセル数を算出することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法。
7. 算出した前記全ての図形のピクセル数に対して、前記全ての図形のピクセル数を示すヒストグラムから前記２値化処理の後の図形を３つのピクセル別グループに分けることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法。
8. 前記３つのピクセル別グループに排他処理を行うことを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの異物検査方法。