JP2013061239A - マスク表面粗さ測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブランクマスクの欠陥等に起因する測定値の誤り発生を招くこと無しに、ブランクマスクの所望領域の表面粗さを迅速に測定する。
【解決手段】露光用マスクを作製するためのブランクマスクの表面粗さを測定するマスク表面粗さ測定方法であって、ブランクマスクに測定光を入射させ、該マスクによる暗視野像を取得する光学系を用い、該マスク上の任意領域の暗視野像を取得する第１のステップと、任意領域内の注目位置における暗視野像の像強度が予め定めておいたしきい値未満の場合に、該注目位置の周辺領域の像強度と予め定めておいた関係式とを用いて表面粗さを求める第２のステップと、任意領域の全ての点において第２のステップを繰り返し、得られた表面粗さを平均化する第３のステップと、第３のステップで得られた平均値を、任意領域の表面粗さとして出力する第４のステップと、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、マスクの表面粗さを測定するためのマスク表面粗さ測定方法及び測定装置に関する。

極端紫外光（ＥＵＶ光）を利用した反射型の露光用マスクでは、反射膜として多層膜と呼ばれる屈折率の異なる２種類の層を交互に積層し、各層からの反射光の位相を揃えることによって反射光強度を増大させている。このため、多層膜表面に表面粗さと呼ばれる凹凸がある場合、凹凸によって散乱光が発生し、散乱光強度の分だけ反射光の強度が低下する現象が発生する。さらに、マスク面内で均一に多層膜を形成することは非常に困難であるため、マスク面内にて表面粗さは通常均一ではなく分布を示す状態になる。従って、マスクが所望の性能を得るためには、パターン加工を施す前の状態であるブランクマスクの表面粗さ分布を測定し、得られた表面粗さがある範囲内に収まっているかを確認する必要がある。

表面粗さを測定する最も一般的な従来技術として、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いた手法があるが、この手法では、正確な測定が実施できる反面、膨大な測定時間を要し、ブランクマスク全面の測定を行うのは実質的に不可能である。

表面粗さを測定するその他の従来技術として、測定光を被測定物に照射し、被測定物によって発生する散乱光の強度を２つの異なる散乱角にて測定し、得られた２つの強度比を用いて表面粗さを算出する方法もある。しかし、この手法は、簡便である反面、被測定物に付着物や欠陥が存在した場合、散乱光の強度が変化するため表面粗さ測定値が誤ったものとなる問題点がある。

また、ＥＵＶ光をブランクマスクに照射し、ブランクマスク表面によって発生する散乱光を用いる技術も知られている。さらに、上記手法などで取得した暗視野像にて、ある注目位置の信号強度を該注目位置の周辺領域の検出強度の平均で除算することによって正規化し、正規化された信号強度を用いて欠陥を検知することによって、検査光の変動に影響されずに欠陥検出を行う手法も提案されている。

特開平１０−２２７６２６号公報 特開２０００−６８９４６号公報 特開２００６−８０４３７号公報

発明が解決しようとする課題は、ブランクマスクの欠陥等に起因する測定値の誤り発生を招くこと無しに、ブランクマスクの所望領域の表面粗さを迅速に測定することのできるマスク表面粗さ測定方法及び測定装置を提供することである。

実施形態は、露光用マスクを作製するためのブランクマスクの表面粗さを測定するマスク表面粗さ測定方法であって、前記ブランクマスクに測定光を入射させ、該マスクによる暗視野像を取得する光学系を用い、該マスク上の任意領域の暗視野像を取得する第１のステップと、前記任意領域内の注目位置における暗視野像の像強度が予め定めておいたしきい値未満の場合に、該注目位置の周辺領域の像強度と予め定めておいた関係式とを用いて表面粗さを求める第２のステップと、前記任意領域の全ての点において前記第２のステップを繰り返し、得られた表面粗さを平均化する第３のステップと、前記第３のステップで得られた平均値を、前記任意領域の表面粗さとして出力する第４のステップと、を含むことを特徴とする。

第１の実施形態に用いた暗視野光学系の一例を示す概略構成図。 第１の実施形態に係わる表面粗さ測定方法を説明するためのフローチャート。 表面粗さ測定に供されるブランクマスクとその暗視野像を示す図。 暗視野像の測定から得られる表面粗さ分布を示す図。

以下、実施形態のマスク表面粗さ測定方法及び測定装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わる表面粗さ測定方法に使用した暗視野光学系の一例を示す概略構成図である。

図中１０１はＥＵＶ光を放出する光源である。この光源１０１から発せられたＥＵＶ光は、楕円鏡１０２で反射集束され、平面鏡１０３で反射されてブランクマスク１０４上に照射される。このブランクマスク１０４は、屈折率の異なる２種類の層を交互に積層した多層反射膜を有しており、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能なマスクステージ１０５上に載置されている。

ブランクマスク１０４によって散乱される光のうち放射角が任意角度未満の散乱光は、遮光部兼凸面鏡１０６の遮光部で遮蔽される。また、遮光部兼凸面鏡１０６とほぼ同じ高さ位置に、遮光部兼凸面鏡１０６よりも大きな開口を有する遮光部１０７が設けられている。この遮光部１０７は、放射角が第１の角度を超える散乱光を遮蔽すると共に、開口の径又は高さ位置を変更することにより、該第１の角度を変更することができるようになっている。

遮光部１０７で遮蔽されず、且つ遮光部兼凸面鏡１０６の遮光部で遮蔽されなかった散乱光は、凹面鏡１０８にて反射集光され、遮光部兼凸面鏡１０６の凸面鏡によりＴＤＩカメラ１０９上に結像される。ＴＤＩカメラ１０９では、ブランクマスク１０４からの散乱光によるブランクマスク１０４上の像（暗視野像）が検出され、この検出信号はパーソナルコンピュータ１１０に取り込まれる。パーソナルコンピュータ１１０は、ＴＤＩカメラ１０９で得られた像強度から表面粗さを算出するようになっている。

なお、ブランクマスク１０４上の領域は、格子状に複数のブロックに分割され、各ブロック毎に測定がなされるようになっている。ＴＤＩカメラ１０９は、２次元配置された複数の画素を有するものであるが、これらの画素による検出範囲は１つのブロック領域よりも小さい範囲である。そこで、ブランクマスク１０４をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、ブロック領域の全体をカバーするようになっている。

次に、本実施形態に係わる表面粗さ測定方法を、図２のフローチャートを参照して説明する。

まず、図１の暗視野光学系を用い、所望のブランクマスク１０４をマスクステージ１０５上に載せる（ステップＳ１）。次いで、ブランクマスク１０４上の所望領域内の任意領域（ブロック）を選択し、マスクステージ１０５をＸ，Ｙ方向に走査させながら、ＴＤＩ（Time delay integration）手法を用いてＴＤｌカメラ１０９にて暗視野像強度データＤ（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ２）。

このときに取得される像を、図３に示す。図中の３０１は１本の走査によって取得される像の領域、３０２はＴＤＩカメラ１０９の画角の幅、３０３は走査の方向、３０４は注目位置、３０５は周辺画素領域、３０６は３×３領域、３０７は所望領域である。なお、本実施形態ではブランクマスク上の所望領域３０７を格子状に複数のブロックに分割し、分割した各ブロック毎に以降の表面粗さ測定を行うものとする。

１本の走査によって取得される像の領域３０１は、ＴＤＩカメラ１０９０の画角の幅３０２を持ち、走査方向３０３に沿った領域となる。１本の走査では１つのブロックをカバーしきれないので、複数本の走査によって１つのブロックをカバーするものとする。注目位置（ｘ_０，ｙ_０）３０４を中心とした７×７以上９×９以内の周辺画素領域３０５の強度の平均値を算出することによって、注目位置３０４の周辺領域の強度Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）を得る（ステップＳ３）。

ここで、７×７領域は、結像光学系の解像力やＴＤＩカメラ１０９の電子拡散などに起因する信号の拡がりより十分大きい領域として決定する。

注目位置３０４における像強度Ｄ（ｘ_０，ｙ_０）が予め定めておいたしきい値より低いか否かを判定し（ステップＳ４)、低い場合はＳ（ｘ_０，ｙ_０）と後述する関係式を用いて表面粗さσ（ｘ_０，ｙ_０）を算出する（ステップＳ５）。該しきい値は、７×７領域外に信号が拡がるような欠陥を排除するように、そのような欠陥信号強度の最小値より低く設定する。像強度Ｄ（ｘ_０，ｙ_０）が予め定めておいたしきい値より高い場合は、Ｓ５の算出は行わない。

ここで、７×７領域外に信号が拡がるような大きな欠陥が存在すると、上記のような周辺領域の強度Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）に基づいて表面粗さσ（ｘ_０，ｙ_０）を算出した場合、測定値が大きく変化するが、本実施形態ではＳ４のしきい値判定により、大きな欠陥部分では測定を行わないようにしている。つまり、大きな欠陥を除いた表面粗さの測定を行うようにしている。

また、結像光学系の解像力やＴＤＩカメラ１０９の電子拡散などに起因する信号の拡がりがＴＤ１カメラ１０９の１画素よりも大きく、例えば３×３領域３０６に及ぶ場合、Ｄ（ｘ_０，ｙ_０）の代わりとして、注目位置（ｘ_０，ｙ_０）を中心とする３×３領域内で｛Ｄ（ｘ，ｙ）−Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）｝の総和を求めた値を用いることも可能である。

次いで、ブロック内の全ての点において表面粗さの測定を行ったか否かを判定し（ステップＳ６）、行っていない場合は、Ｓ３に戻る。これにより、ブロック内の全ての点においてＳ３からＳ５の工程を行う。

Ｓ６で１つのブロック内の全ての点において表面粗さの測定を行ったと判定された場合、ブロック内の各点において得られた表面粗さを平均化し、この平均値をブロックの表面粗さとする（ステップＳ７）。

次いで、所望領域内の全てのブロックを走査したか否かを判定し（ステップＳ８）、走査していない場合はＳ２に戻る。これにより、所望領域内３０７の全てのブロックを網羅するように走査し、所望領城内３０７の全ての点においてＳ２からＳ７の工程を行う。

そして、Ｓ８で所望領域内の全てのブロックを走査したと判定された場合は、表面粗さ分布を出力する（ステップＳ８）。即ち、図４に示すように、所望領域３０７を格子状のブロックに分割し、各ブロックに含まれる全ての表面粗さ測定値を平均化することにより各ブロックの平均表面粗さを算出し、該平均表面粗さをプロットすることによって得られる表面粗さ分布（図４の４０１）を出力し、測定を終了する。

周辺領域の強度Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）から表面粗さσ（ｘ_０，ｙ_０）を算出するための関係式は、以下のように決定する。

表面粗さのＰＳＤ（Power Spectral Density）が、角度方向の依存性がなく空間周波数ｆの２乗に反比例すると仮定すると、定数Ａを用いてＰＳＤは以下のように表すことができる。

一方、表面粗さから発生する散乱光強度Ｓは、ＰＳＤを用いて以下のように表される。

ここで、λは検査光の波長、ｆ_１とｆ_２ はそれぞれ凹面鏡１０８で集光される散乱光の最大散乱角、最小散乱角に対応する空間周波数、ｒは反射率を示す。（２）式（１）式を代入し、Ｓに周辺領域の強度Ｓ（ｘ_０，ｙ_０）を代入することによって、以下の関係式が得られる。

（３）式を用いてＳ（ｘ_０，ｙ_０）からＡを算出する。

一方、表面粗さσの二乗はＰＳＤを用いて以下のように表される。

ここで、ｆmax，ｆmin は表面粗さを算出するための空間周波数の最大値と最小値を示しており、通常は露光装置にて結像されるブランクマスク上の空間周波数を含むように決定される。σにσ（ｘ_０，ｙ_０）を代入し、（４）式に（１）式を代入することにより、以下の関係式が得られる。

そして、（３）式で得られたＡを（５）式に代入し、σ（ｘ_０，ｙ_０）を算出する。

このように本実施形態では、測定対象の暗視野像を取得し、ある注目位置の像強度が予め定めておいたしきい値より低い場合、予め定めておいた関係式を用いて表面粗さを測定する。そして、得られた表面粗さをブロック毎に平均化することにより、欠陥領域を取り除いた表面粗さ分布を測定する。これにより、ブランクマスクの所望領域のうち欠陥部分を取り除いた領域の表面粗さを迅速に測定することができる。

そしてこの場合、ＡＦＭを用いた手法とは異なり、膨大な測定時間を要することもなく、ブランクマスク全面の測定を行うことが可能である。しかも、注目位置３０４における像強度Ｄ（ｘ_０，ｙ_０）と予め定めておいたしきい値とを比較判定することにより、ブランクマスクに付着物や多層膜の乱れなどによる欠陥が存在した場合であっても、表面粗さ測定値に大きな誤差が生じるのを未然に防止することができる。

また本実施形態では、暗視野像の検出により欠陥を検査する欠陥検査装置と同じ光学系を用い、更に欠陥検出の際に検出した信号をそのまま表面粗さ測定に利用することができる。このため、暗視野像による欠陥検査と併用する場合に極めて有効である。

（第２の実施形態）
第１の実施形態にて記述した（１）式の代わりとして、定数Ｂを用いて、以下の式を用いることも可能である。

（１）式と（６）式は、実際のＰＳＤに対して誤差の少ない方を選択する。（２）式に（６）式を代入することにより（７）式が得られ、（４）式に（６）式を代入することにより（８）式が得られる。

第１の実施形態にて用いた（３）式と（５）式の代わりに、（７）式と（８）式を用いて、表面粗さσ（ｘ_０，ｙ_０）を算出する。その他の工程は、第１の実施形態と同様である。

このような方法であっても、先に説明した第１の実施形態と同様の効果が得られる。特に本実施形態では、実際のＰＳＤに対して（１）式に比べて（６）式の方が誤差が少なく表せる場合、第１の実施形態に比べて正確に表面粗さを測定することが可能となる。

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。

実施形態では、ＥＵＶ露光用マスクの製造に用いるブランクマスクの例を説明したが、必ずしもＥＵＶ露光用マスクに限らず反射型マスクであれば適用可能である。暗視野像を得るための光学系は前記図１に何ら限定されるものではなく、ブランクマスクに任意波長の光を入射させて暗視野像を取得できるものであれば良く、仕様に応じて適宜変更可能である。

また、暗視野像を得るためのセンサはＴＤＩカメラに限るものではなく、２次元配置された複数の画素を有するものであればよい。さらに、実施形態では、周辺領域の範囲は７×７以上９×９以内としたが、必ずしもこれに限らず適宜変更可能である。

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０１…光源
１０２…楕円鏡
１０３…平面鏡
１０４…ブランクマスク
１０５…マスクステージ
１６０…遮光部兼凸面鏡
１０７…遮光部
１０８…凹面鏡
１０９…ＴＤＩカメラ
１１０…パーソナルコンピュータ
３０１…１本の走査によって取得される像の領域
３０２…ＴＤＩカメラ１０９の画角の幅
３０３…走査の方向
３０４…注目位置
３０５…周辺領域
３０６…３×３領域
３０７…所望領域
４０１…表面粗さ分布

Claims (6)

1. 露光用マスクを作製するためのブランクマスクの表面粗さを測定するマスク表面粗さ測定方法であって、
   前記ブランクマスクに測定光を入射させ、該マスクによる暗視野像を取得する光学系を用い、該マスク上の任意領域の暗視野像を取得する第１のステップと、
   前記任意領域内の注目位置における暗視野像の像強度が予め定めておいたしきい値未満の場合に、該注目位置の周辺領域の像強度と予め定めておいた関係式とを用いて表面粗さを求める第２のステップと、
   前記任意領域の全ての点において前記第２のステップを繰り返し、得られた表面粗さを平均化する第３のステップと、
   前記第３のステップで得られた平均値を、前記任意領域の表面粗さとして出力する第４のステップと、
   を含むことを特徴とする、マスク表面粗さ測定方法。
2. 前記任意領域は、前記ブランクマスク上の領域を格子状に分割した複数のブロックのうちの１つのブロックであり、
   前記第１〜第４のステップを各ブロック毎に繰り返し、前記ブランクマスク表面の表面粗さ分布を求めることを特徴とする、請求項１記載のマスク表面粗さ測定方法。
3. 前記ブランクマスクは、多層反射膜を有する反射型の露光用マスクの作製に用いるものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマスク表面粗さ測定方法。
4. 前記第１のステップでは、前記光学系として、前記任意領域よりも小さい範囲を２次元配置された複数の画素で検出する２次元センサを用い、前記ブランクマスクを２次元的に移動することにより、前記任意領域の全体の暗視野像を取得することを特徴とすることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載のマスク表面粗さ測定方法。
5. 露光用マスクを作製するためのブランクマスクの表面粗さを測定するマスク表面粗さ測定装置であって、
   前記ブランクマスクに測定光を入射させ、該マスクによる暗視野像を取得する光学系と、
   前記光学系を用いて、前記ブランクマスク上の任意領域の暗視野像を取得する暗視野像取得手段と、
   前記任意領域内の注目位置における暗視野像の像強度が予め定められたしきい値未満の場合に、該注目位置の周辺領域の像強度と予め定められた関係式とを用いて表面粗さを求める第１の演算手段と、
   前記任意領域の全ての点において前記第１の演算手段による演算を繰り返し、得られた複数の表面粗さを平均化する第２の演算手段と、
   前記第２の演算手段で得られた平均値を、前記任意領域の表面粗さとして出力する出力手段と、
   を具備したことを特徴とする、マスク表面粗さ測定装置。
6. 前記任意領域は、前記ブランクマスク上の領域を格子状に分割した複数のブロックのうちの１つのブロックであり、
   前記各ブロック毎に前記各手段による動作を繰り返し、前記ブランクマスク表面の表面粗さ分布を求める表面粗さ分布測定手段を更に有することを特徴とする、請求項５記載のマスク表面粗さ測定装置。

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