JP2013195551A - 最適撮像位置検出方法、最適撮像位置検出装置、フォトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面の最適撮像位置を的確に検出することが可能な方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る最適撮像位置検出方法は、基板表面の所定領域の像を取得する工程Ｓ１２と、所定領域の像に基づいて、所定領域に含まれる複数の強度取得箇所それぞれについて、強度取得箇所の信号強度から、強度取得箇所の外側の領域の平均信号強度を減算した値に対応するピーク強度を算出する工程Ｓ１３と、複数の強度取得箇所それぞれについて算出されたピーク強度のばらつきを算出する工程Ｓ１４と、所定領域の像を取得する工程、ピーク強度を算出する工程及びピーク強度のばらつきを算出する工程を、複数の撮像位置それぞれで実行する工程Ｓ１５、Ｓ１６と、複数の撮像位置それぞれで得られたピーク強度のばらつきに基づき、ピーク強度の最大ばらつき位置を最適撮像位置であると判定する工程Ｓ１７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、最適撮像位置検出方法等に関する。

マスクブランクに欠陥が存在すると、フォトマスク上に形成されたマスクパターンを半導体基板上に正確に転写することが難しくなる。そのため、フォトマスクを作製する前に、予めマスクブランクの欠陥検査を行うことが重要である。

マスクブランクの欠陥検査を行う方法として、暗視野光学系によって暗視野像を取得する方法が知られている。マスクブランクに欠陥が存在する場合には、欠陥部分から強い散乱光が生じる。そのため、暗視野像では、欠陥は輝点として観察される。したがって、欠陥信号を検出するためには、閾値を設定しておき、閾値よりも高いレベルの信号を欠陥信号と判断する。

しかしながら、マスクブランクの位置が合焦位置からずれていると、欠陥が正常に結像されない。そのため、欠陥信号の強度が低下し、欠陥を検出できなくなるという問題が生じる。合焦位置を検出するためには、合焦位置検出用のパターンを設ければよいが、マスクブランクにパターンを形成しておくことはできない。

このように、従来は、マスクブランク等の基板表面の合焦位置を的確に検出することが困難であった。

また、マスクブランクの欠陥検査に用いる光学系構成部品の位置（例えば、ＴＤＩカメラの回転角に基づく位置）が的確でないと、精度の高い検査を行うことができない。したがって、光学系構成部品の最適位置を的確に検出することも重要である。

上述したように、最適な合焦位置や光学系構成部品の最適位置といった最適撮像位置を的確に検出することが可能な方法が望まれている。

特許第３７２８４９５号公報 特開２００６−８０４３７号公報

最適撮像位置を的確に検出することが可能な最適撮像位置検出方法等を提供する。

実施形態に係る最適撮像位置検出方法は、基板表面の所定領域の像を取得する工程と、前記所定領域の像に基づいて、前記所定領域に含まれる複数の強度取得箇所それぞれについて、前記強度取得箇所の信号強度から、前記強度取得箇所の外側の領域の平均信号強度を減算した値に対応するピーク強度を算出する工程と、前記複数の強度取得箇所それぞれについて算出されたピーク強度のばらつきを算出する工程と、前記所定領域の像を取得する工程、前記ピーク強度を算出する工程及び前記ピーク強度のばらつきを算出する工程を、複数の撮像位置それぞれで実行する工程と、前記複数の撮像位置それぞれで得られた前記ピーク強度のばらつきに基づき、ピーク強度の最大ばらつき位置を最適撮像位置であると判定する工程と、を備える。

実施形態に係る合焦位置検出装置の概略構成を示した図である。 実施形態に係る合焦位置検出方法及び欠陥検査方法を示したフローチャートである。 マスクブランクの一部領域及び検査領域について示した図である。 強度取得箇所について示した図である。 実施形態の各種処理を実行するための構成を示した機能ブロック図である。 実施形態の変更例について示した図である。 フォトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法を示したフローチャートである。

以下、実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る合焦位置検出装置（最適撮像位置検出装置）の概略構成を示した図である。

光源１１からのＥＵＶ（extreme ultraviolet）光は、楕円鏡１２及び平面鏡１３を介して基板１４に照射される。本実施形態では、基板１４としてマスクブランクを用いる。このマスクブランク１４は、ＥＵＶ露光用の反射型フォトマスクのマスクブランクである。具体的には、マスクブランク１４は、ガラス基板上に形成された多層反射膜を有している。マスクブランク１４は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能なステージ１５上に載置される。

マスクブランク１４に照射された光は、マスクブランク１４の表面で散乱される。放射角が所定角度よりも小さい散乱光は、遮蔽部（凸面鏡）１６で遮蔽される。放射角が所定角度よりも大きい散乱光は、凹面鏡１７で集光され、遮蔽部（凸面鏡）１６に入射する。遮蔽部（凸面鏡）１６からの光は、ＴＤＩ（time delay integration）カメラ１８の撮像面上に結像される。上述したような光学系は暗視野光学系であり、ＴＤＩカメラ１８では、暗視野像が撮像される。

ＴＤＩカメラ１８で得られた像に基づく信号は、演算部となるパーソナルコンピュータ１９に送られ、パーソナルコンピュータ１９で合焦位置検出のための処理や欠陥検査のための処理が行われる。

図２は、実施形態に係る合焦位置検出方法（最適撮像位置検出方法）及び欠陥検査方法を示したフローチャートである。以下、図２のフローチャートを参照して説明する。

まず、マスクブランク１４をステージ１５上に載置する（Ｓ１１）。

次に、上述した暗視野光学系を用いて、マスクブランク１４の表面（パターン形成用の面）に含まれる一部領域（所定領域）の像を取得する（Ｓ１２）。図３は、マスクブランク１４と上述した一部領域との関係を模式的に示した図である。図３において、１０１はマスクブランク、１０２は一部領域であり、１０３は後述する一部領域の内側の領域、１０４は後述する検査領域である。一部領域１０２の像は、ＴＤＩカメラ１８によって取得される。ＴＤＩカメラ１８で取得された像は、ＴＤＩカメラ１８の複数の画素それぞれで取得された信号の集合として得られる。一部領域１０２は、マスクブランク１４の表面の輝点或いは暗点が十分に含まれる程度の領域として規定する。

次に、一部領域（所定領域）１０２の像に基づいて、一部領域１０２に含まれる複数の強度取得箇所それぞれについて、強度取得箇所の信号強度から、強度取得箇所の外側の領域の平均信号強度を減算した値に対応するピーク強度を算出する（Ｓ１３）。以下、ピーク強度の算出方法について具体的に説明する。

図４は、強度取得箇所について示した図である。図４に示すように、強度取得箇所２０１は、複数の画素（中心画素２０２及び中心画素２０２の周囲の画素）を含んでいる。本実施形態では、強度取得箇所２０１は、３×３画素領域で構成されている。強度取得箇所２０１の外側には、強度取得箇所２０１を囲む平均信号強度取得領域２０３が設定される。本実施形態では、平均信号強度取得領域２０３は、９×９画素領域からその内側の５×５画素領域を除いた領域である。

ピーク強度を算出する際には、まず、平均信号強度取得領域２０３の平均信号強度を算出する。具体的には、平均信号強度取得領域２０３に含まれる全ての画素について信号強度を取得し、それらの信号強度の平均値（単純平均値）を求める。強度取得箇所２０１については、強度取得箇所２０１に含まれる画素毎に信号強度を取得する。そして、強度取得箇所２０１に含まれる各画素の信号強度から、平均信号強度取得領域２０３の平均信号強度を減算する。さらに、減算によって画素毎に得られた値の総和を算出する。本実施形態では、９画素（３×３画素）で得られた９個の減算値の総和を算出する。このようにして得られた減算値の総和がピーク強度に対応する。上述したピーク強度の算出処理は、複数の強度取得箇所２０１それぞれについて行われる。

マスクブランクの表面には通常、ラフネスが存在するため、欠陥がなくても微弱な散乱光が発生する。そのため、暗視野光学系で得られた像からは、欠陥がなくても、ある一定の信号強度が観測される。すなわち、このようなバックグラウンド強度が、マスクブランクから得られた像には含まれている。上述したような方法によって平均信号強度を減算することにより、バックグラウンド強度が除外された適切な強度を取得することが可能である。

なお、強度取得箇所２０１は、欠陥（位相欠陥や付着物に起因する欠陥等）による輝点或いは暗点の大きさと同程度となるように設定することが好ましい。また、上述したように、平均信号強度取得領域２０３で得られる平均信号強度は、バックグラウンド強度に対応する。したがって、平均信号強度取得領域２０３は、輝点或いは暗点の大きさよりも十分大きくなるように設定することが好ましい。また、平均信号強度取得領域２０３は、光源の照度分布の影響を受けないように、強度取得箇所２０１から遠すぎないように設定することが好ましい。

また、強度取得箇所２０１は、図３の一部領域１０２の外周近傍の一定領域を除いて、全ての画素に対して設定される。すなわち、強度取得箇所２０１は、図３の内側領域１０３内の全ての画素に対して画素毎に設定される。強度取得箇所２０１は複数の画素（本実施形態では、３×３画素）で構成されているため、互いに隣接する強度取得箇所２０１どうしはオーバーラップしている。一部領域１０２の外周近傍の一定領域（４画素幅の領域）では、図４の中心画素２０２を中心とした９×９画素領域を規定することができない。そのため、外周近傍の一定領域（４画素幅の領域）に含まれる画素を中心とした強度取得箇所２０１は設定されない。

次に、上記のようにして、複数の強度取得箇所２０１それぞれについて算出されたピーク強度のばらつきを算出する（Ｓ１４）。すなわち、図３の内側領域１０３内の各画素を中心とした各強度取得箇所２０１について算出されたピーク強度のばらつきを算出する。具体的には、ピーク強度のばらつきとして、ピーク強度の標準偏差を算出する。

上述したＳ１２、Ｓ１３及びＳ１４のステップを、複数の撮像位置それぞれで実行する。すなわち、全ての撮像位置においてＳ１２、Ｓ１３及びＳ１４のステップが実行されるまで、撮像位置を移動させながら、Ｓ１２、Ｓ１３及びＳ１４のステップを実行する（Ｓ１５、Ｓ１６）。複数の撮像位置は、ステージ１５を移動させることで設定される。具体的には、複数の撮像位置は、ステージ１５の基板載置面に対して垂直な方向に設定される。すなわち、複数の撮像位置は、ＴＤＩカメラ１８に対する光軸方向に設定される。なお、ステージ１５を移動する代わりに、ＴＤＩカメラ１８を光軸方向に移動させてもよい。複数の撮像位置の設定範囲は、合焦位置が確実に含まれるように十分に広く設定する。このように十分に広く設定された設定範囲を所定の幅で分割することで、複数の撮像位置が設定される。

次に、複数の撮像位置それぞれで得られたピーク強度のばらつきに基づき、ピーク強度の最大ばらつき位置を合焦位置であると判定する。具体的には、複数の撮像位置のうちピーク強度のばらつきが最大となる撮像位置を合焦位置であると判定する（Ｓ１７）。一般に、暗視野光学系によって得られる輝点及び暗点の強度は、それぞれ合焦位置で最大及び最小となる。そして、合焦位置から遠ざかるにしたがって、輝点及び暗点の強度はバックグラウンド強度に近づく。したがって、ピーク強度のばらつきも、合焦位置で最大となり、合焦位置から遠ざかるにしたがって減少する。そこで、複数の撮像位置のうちピーク強度のばらつきが最大となる撮像位置を合焦位置であると判定する。

次に、上記のようにして得られた合焦位置にマスクブランク１４が位置するように、ステージ１５を移動させる。そして、合焦位置において、図３に示した検査領域１０４の像をＴＤＩカメラ１８によって取得する（Ｓ１８）。

次に、検査領域１０４の像に基づき、所定の検査閾値以上の信号強度を有する箇所を欠陥と判定する（Ｓ１９）。

さらに、Ｓ１９のステップで欠陥と判定された箇所の座標を出力する（Ｓ２０）。

以上のように、本実施形態では、複数の撮像位置のうちピーク強度のばらつきが最大となる撮像位置を合焦位置であると判定することにより、マスクブランクの合焦位置を的確に検出することが可能となる。また、本実施形態では、マスクブランク表面の輝点或いは暗点の位置を把握しなくても、ピーク強度のばらつきを算出することで、的確に合焦位置を検出することが可能である。一般に、輝点及び暗点の強度は合焦位置でそれぞれ最大及び最小となることから、輝点或いは暗点の強度から合焦位置を検出することが考えられるが、輝点或いは暗点の位置を把握する必要があるため、輝点或いは暗点の強度から合焦位置を検出することは容易ではない。本実施形態の方法では、輝点或いは暗点の位置を把握しなくてもよいため、的確かつ容易に合焦位置を検出することが可能となる。

また、本実施形態では、マスクブランク表面の一部領域（所定領域）に含まれる複数の強度取得箇所それぞれについて、強度取得箇所の信号強度から強度取得箇所の外側の領域の平均信号強度を減算したピーク強度を算出するため、バックグラウンド強度が除かれた適切な強度を取得することが可能である。

図５は、上述した各種処理を実行するための構成を示した機能ブロック図である。上述した各種処理は、主としてコンピュータ１９によって実行される。

図５に示した構成は、像取得部３１と、ピーク強度算出部３２と、ばらつき算出部３３と、繰り返し実行部３４と、合焦位置判定部（最適撮像位置判定部）３５と、検査領域像取得部３６と、欠陥判定部３７とを備えている。

像取得部３１は、基板表面の所定領域（一部領域）の像を取得するものである。ピーク強度算出部３２は、所定領域の像に基づいて、所定領域に含まれる複数の強度取得箇所それぞれについて、強度取得箇所の信号強度から、強度取得箇所の外側の領域の平均信号強度を減算した値に対応するピーク強度を算出するものである。ばらつき算出部３３は、複数の強度取得箇所それぞれについて算出されたピーク強度のばらつきを算出するものである。繰り返し実行部３４は、所定領域の像を取得すること、ピーク強度を算出すること及びピーク強度のばらつきを算出することを、複数の撮像位置で繰り返し実行させるものである。合焦位置判定部（最適撮像位置判定部）３５は、複数の撮像位置それぞれで得られたピーク強度のばらつきに基づき、ピーク強度の最大ばらつき位置を合焦位置（最適撮像位置）であると判定するものである。検査領域像取得部３６は、マスクブランクス表面の検査領域の像を取得するものである。欠陥判定部３７は、検査領域の像に基づいて、検査閾値以上の信号強度を有する箇所を欠陥と判定するものである。各部の機能及び動作は、すでに説明した通りである。

なお、上述した実施形態では、合焦位置が確実に含まれるように十分に広く設定された設定範囲に対し、所定の幅で設定範囲を分割することで複数の撮像位置を設定していた。そして、このようにして設定された全ての撮像位置（分割位置）において、ピーク強度のばらつきを求めていた。通常、ピーク強度のばらつきと撮像位置（ステージの位置）との関係をプロットすると、図６に示すように単一の極大値が得られる。したがって、ピーク強度のばらつきがステージの位置に対して単調増加している場合には、プラス方向に合焦位置があると予測することができる。また、ピーク強度のばらつきがステージの位置に対して単調減少している場合には、マイナス方向に合焦位置があると予測することができる。そこで、予測された方向にステージを所定の移動幅で移動させて、ピーク強度のばらつきを求める。そして、このようにして得られたプロット３０１に対してフィッティング処理を行い、近似曲線３０２を得る。得られた近似曲線３０２の極大位置３０３を、合焦位置として判定する。このような方法を用いることにより、合焦位置を検出する時間を短縮することが可能である。

また、上述した実施形態では、強度取得箇所を複数の画素（上述した例では、３×３画素）で構成したが、強度取得箇所を１つの画素で構成してもよい。

また、上述した実施形態では、撮像手段として暗視野光学系を用い、基板としてマスクブランクを用いているが、上述した方法はこれらに限定されるものではない。取得される欠陥像が輝点及び／又は暗点で構成されるものであれば、上述した方法を適用することが可能である。例えば、撮像手段として走査型電子顕微鏡のような撮像系を用いることも可能である。

また、上述した実施形態の方法は、フォトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法に適用可能である。

図７は、フォトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法を示したフローチャートである。まず、上述した実施形態の方法によってマスクブランクの合焦位置を検出する（Ｓ３１）。次に、検出され合焦位置でマスクブランクを検査する（Ｓ３２）。次に、検査されたマスクブランクを用いてフォトマスクを製造する（Ｓ３３）。さらに、製造されたフォトマスクを用いて半導体装置を製造する（Ｓ３４）。具体的には、フォトマスク上に形成されたマスクパターン（回路パターン）を半導体基板上のフォトレジストに転写する。続いて、フォトレジストを現像してフォトレジストパターンを形成する。さらに、フォトレジストパターンをマスクとして用いて導電膜、絶縁膜或いは半導体膜等をエッチングする。

また、上述した実施形態では、最適撮像位置検出方法として合焦位置の検出方法について述べたが、上述した実施形態の方法は、光学系構成部品の最適撮像位置の検出に適用することも可能である。例えば、ＴＤＩカメラの最適回転角を検出する場合に、上述した実施形態の方法を適用することが可能である。

ＴＤＩカメラの回転角が最適である場合、すなわち回転角に基づくＴＤＩカメラの撮像位置が最適である場合には、欠陥像（欠陥信号）は鋭いピーク強度を有している。一方、ＴＤＩカメラの回転角が最適回転角からずれるにしたがって、欠陥像はしだいに伸張してゆき、欠陥信号のピーク強度はしだいに低下する。したがって、マスクブランクに対するＴＤＩカメラの距離を変える代わりに、ＴＤＩカメラの回転角を変えることで、上述した実施形態の方法と同様の方法を用いて最適回転角を検出することが可能である。すなわち、回転角に基づく複数の撮像位置でピーク強度のばらつきを算出し、ピーク強度のばらつきが最大となる撮像位置（回転角）を最適撮像位置（最適回転角）として判定する。

このように、上述した実施形態で述べた最適撮像位置検出方法と同様の方法を、ＴＤＩカメラの最適回転角の検出等の光学系構成部品の最適撮像位置の検出に用いることで、最適な撮像位置で欠陥の検出等を行うことが可能である。

以上のように、本実施形態によれば、最適な合焦位置や光学系構成部品の最適位置といった最適撮像位置を的確に検出することが可能となる。

本発明のいく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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１１…光源 １２…楕円鏡 １３…平面鏡
１４…マスクブランク １５…ステージ １６…遮蔽部（凸面鏡）
１７…凹面鏡 １８…ＴＤＩカメラ １９…パーソナルコンピュータ
３１…像取得部 ３２…ピーク強度算出部 ３３…ばらつき算出部
３４…繰り返し実行部 ３５…合焦位置判定部
３６…検査領域像取得部 ３７…欠陥判定部
１０１…マスクブランク １０２…一部領域
１０３…一部領域の内側の領域 １０４…検査領域
２０１…強度取得箇所 ２０２…中心画素
２０３…平均信号強度取得領域
３０１…プロット ３０２…近似曲線 ３０３…極大位置

Claims (9)

1. 基板表面の所定領域の像を取得する工程と、
   前記所定領域の像に基づいて、前記所定領域に含まれる複数の強度取得箇所それぞれについて、前記強度取得箇所の信号強度から、前記強度取得箇所の外側の領域の平均信号強度を減算した値に対応するピーク強度を算出する工程と、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて算出されたピーク強度のばらつきを算出する工程と、
   前記所定領域の像を取得する工程、前記ピーク強度を算出する工程及び前記ピーク強度のばらつきを算出する工程を、複数の撮像位置それぞれで実行する工程と、
   前記複数の撮像位置それぞれで得られた前記ピーク強度のばらつきに基づき、ピーク強度の最大ばらつき位置を最適撮像位置であると判定する工程と、
   を備え、
   前記強度取得箇所は、複数の画素を含み、
   前記ピーク強度を算出する工程は、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて、前記強度取得箇所に含まれる画素毎に信号強度を取得する工程と、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて、前記強度取得箇所に含まれる画素毎に取得された信号強度から前記平均信号強度を減算する工程と、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて、前記画素毎に減算によって得られた値の総和を算出する工程と、
   を含み、
   前記基板は、マスクブランクであり、
   前記基板表面の所定領域の像は、暗視野光学系を用いて取得される
   ことを特徴とする最適撮像位置検出方法。
2. 基板表面の所定領域の像を取得する工程と、
   前記所定領域の像に基づいて、前記所定領域に含まれる複数の強度取得箇所それぞれについて、前記強度取得箇所の信号強度から、前記強度取得箇所の外側の領域の平均信号強度を減算した値に対応するピーク強度を算出する工程と、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて算出されたピーク強度のばらつきを算出する工程と、
   前記所定領域の像を取得する工程、前記ピーク強度を算出する工程及び前記ピーク強度のばらつきを算出する工程を、複数の撮像位置それぞれで実行する工程と、
   前記複数の撮像位置それぞれで得られた前記ピーク強度のばらつきに基づき、ピーク強度の最大ばらつき位置を最適撮像位置であると判定する工程と、
   を備えたことを特徴とする最適撮像位置検出方法。
3. 前記強度取得箇所は、複数の画素を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の最適撮像位置検出方法。
4. 前記ピーク強度を算出する工程は、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて、前記強度取得箇所に含まれる画素毎に信号強度を取得する工程と、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて、前記強度取得箇所に含まれる画素毎に取得された信号強度から前記平均信号強度を減算する工程と、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて、前記画素毎に減算によって得られた値の総和を算出する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の最適撮像位置検出方法。
5. 前記基板は、マスクブランクである
   ことを特徴とする請求項２に記載の最適撮像位置検出方法。
6. 前記基板表面の所定領域の像は、暗視野光学系を用いて取得される
   ことを特徴とする請求項２に記載の最適撮像位置検出方法。
7. 基板表面の所定領域の像を取得する像取得部と、
   前記所定領域の像に基づいて、前記所定領域に含まれる複数の強度取得箇所それぞれについて、前記強度取得箇所の信号強度から、前記強度取得箇所の外側の領域の平均信号強度を減算した値に対応するピーク強度を算出するピーク強度算出部と、
   前記複数の強度取得箇所それぞれについて算出されたピーク強度のばらつきを算出するばらつき算出部と、
   前記所定領域の像を取得すること、前記ピーク強度を算出すること及び前記ピーク強度のばらつきを算出することを、複数の撮像位置それぞれで実行する実行部と、
   前記複数の撮像位置それぞれで得られた前記ピーク強度のばらつきに基づき、ピーク強度の最大ばらつき位置を最適撮像位置であると判定する最適撮像位置判定部と、
   を備えたことを特徴とする最適撮像位置検出装置。
8. 請求項５に記載の方法によって最適撮像位置が検出されたマスクブランクを用いてフォトマスクを製造する
   ことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
9. 請求項８に記載の方法によって製造されたフォトマスクを用いて半導体装置を製造する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images