JP2016170327A - 光反射型リソグラフィマスク、その検査方法、検査装置およびマスクブランク - Google Patents
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Abstract
【課題】実施形態は、高アスペクト比の反射層を有し、マスクパターンの欠陥検出を容易にした反射型リソグラフィマスク、その検査方法、検査装置およびマスクブランクを提供する。【解決手段】実施形態に係る反射型リソグラフィマスクは、基板と、前記基板の第1面に設けられ、第1の光を受けて電子を発することが可能な第1の層と、前記第1の層上に設けられ、所定のパターンに対応する開口部を有し、第2の光を反射可能な第2の層と、を備える。前記第1の層は、前記第2の層に覆われない部分において、前記基板を透過した前記第1の光により励起された電子を放出する。【選択図】図1
Description
実施形態は、光反射型リソグラフィマスク、その検査方法、検査装置およびマスクブランクに関する。
半導体装置の高集積化のために波長13.5nm近傍の極端紫外光(Extreme Ultra Violet:EUV)を用いたリソグラフィ技術の開発が進められている。このような極超短波長領域におけるリソグラフィには、所望のマスクパターンに加工された反射層を備えた反射型リソグラフィマスクが用いられる。この反射層には、例えば、モリブデン(Mo)膜とシリコン(Si)膜を交互に積層した多層膜が用いられる。しかしながら、マスクパターンの微細化に伴い、このような反射型リソグラフィマスクの構造では、そのアスペクト比が大きくなる。このため、電子顕微鏡などを用いた反射型リソグラフィマスクの欠陥検査において、パターンの底にある欠陥や、エッチング残りのハーフ欠陥などの検出が難しくなり、半導体装置の製造歩留りを低下させる恐れがある。
実施形態は、高アスペクト比の反射層を有し、パターンの底にある欠陥や、エッチング残りのハーフ欠陥などの欠陥検出を容易にした反射型リソグラフィマスク、その検査方法、検査装置およびマスクブランクを提供する。
実施形態に係る反射型リソグラフィマスクは、基板と、前記基板の第1面に設けられ、第1の光を受けて電子を発することが可能な第1の層と、前記第1の層上に設けられ、所定のパターンに対応する開口部を有し、第2の光を反射可能な第2の層と、を備える。前記第1の層は、前記第2の層に覆われない部分において、前記基板を透過した第1の光により励起された電子を放出する 。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
さらに、各図中に示すX軸、Y軸およびZ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。X軸、Y軸、Z軸は、相互に直交し、それぞれX方向、Y方向、Z方向を表す。また、Z方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。
図1は、実施形態に係る反射型リソグラフィマスク(以下、リソグラフィマスク1)を示す模式断面図である。リソグラフィマスク1は、例えば、基板10と、第1の層(以下、光電層20)と、第2の層(以下、反射層30)と、を備える。
基板10には、例えば、ガラス基板を用いる。基板10は、好ましくは、チタニウム(Ti)などをドーピングした低熱膨張ガラス(LTEM)である。これにより、EUV光の照射による熱膨張を抑えることができる。ここでEUV光は、例えば、紫外光である。
図1に示すように、光電層20は、基板10の上面10aを覆う。光電層20には、例えば、タンタル(Ta)、ルテニウム(Ru)、金(Au)、モリブデン(Mo)、シリコン(Si)、クロム(Cr)、白金(Pt)、ロジウム(Pd)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)、ジルコニウム(Zr)を含む群から選択された少なくともいずれか1つの元素を含む材料を用いる。光電層20には、例えば、アルカリ金属のような仕事関数の小さい材料を用いることが好ましい。
反射層30は、光電層20の上に交互に積層された第1の膜33および第2の膜35を含み、EUV光を反射する。第2の膜35は、EUV光に対して第1の膜とは異なる屈折率を有する。例えば、第1の膜33は、モリブデン膜であり、第2の膜35は、シリコン膜である。反射層30には、例えば、モリブデン膜とシリコン膜のペアを40程度積層した多層膜を用いることができる。また、反射層30と、光電層20と、の間に他の層を介在させても良い。
図1に示すように、反射層30は、開口部37を有する。そして、反射層30は、その上面視において所定のマスクパターン30aを有する。
リソグラフィマスク1は、基板10の下面10bを覆う導電膜40をさらに備える。リソグラフィマスク1は、導電膜40を備えることにより、露光装置のマスクステージに静電チャックを用いて固定することが可能となる。導電膜40は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電膜を用いることが好ましい。また、導電膜40には、例えば、窒化クロム(CrN)などの導電膜を用いても良い。導電膜40が後述する検査光EL(図3参照)を透過しない場合は、マスクパターンの欠陥検査を実施した後に導電膜40を形成する。
図2を参照して、実施形態に係るリソグラフィマスク1の製作方法を説明する。図2(a)〜図2(c)は、リソグラフィマスク1の製作過程を順に示す模式断面図である。
リソグラフィマスク1は、図2(a)に示すマスクブランク3を用いて製作される。マスクブランク3は、基板10と、基板10の上面10aを覆う光電層20と、光電層20を覆う反射層30と、を備える。反射層30は、第1の膜33と、第2の膜35と、を交互に積層した構造を有する。
マスクブランク3は、反射層30の上に設けられたキャップ層50をさらに備える。キャップ層50は、例えば、ルテニウム(Ru)膜と、窒化タンタル(TaN)膜と、酸化タンタル(TaO)膜と、を順に積層した多層構造を有する。反射層30の最上層は、例えば、シリコン層であり、ルテニウム層は、シリコン層の上に直接形成される。
次に、図2(b)に示すように、例えば、電子ビーム露光により形成されたレジストマスクを用いてキャップ層50を選択的に除去し、エッチングマスク50aを形成する。エッチングマスク50aは、その上面視においてマスクパターン30aの形状を有する。
図2(c)に示すように、エッチングマスク50aを用いて、反射層30を選択的に除去し、開口部37を形成する。これにより、反射層30は、その上面視においてマスクパターン30aを有する形状に加工される。また、開口部37の底面に光電層20を露出させる。光電層20は、反射層30に覆われない状態において、基板10を透過した光により励起される光電子を放出することができる。
続いて、エッチングマスク50aを除去し、さらに、基板10の下面10b上に導電膜40を形成することにより、リソグラフィマスク1を完成させる。エッチングマスク50aは、反射層30の上に残しても良い。
図3は、実施形態に係るリソグラフィマスク1の検査方法を示す模式断面図である。図3(a)は、反射層30に欠陥が無い場合を示し、図3(b)は、反射層30が欠陥D1およびD2を含む場合を示している。
図3(a)に示すように、基板10の下面10bに検査光ELを照射する。検査光ELは、例えば、波長257ナノメートル(nm)のDUV(Deep Ultra Violet)光である。導電膜40および基板10を透過した検査光ELは、光電層20に到達し、電子を励起する。検査光ELにより励起された光電子は、光電層20から開口部37に放出され、電子検出部107(図4参照)により検出される。
図3(b)に示すように、開口部37の中に欠陥D1もしくはD2が存在する場合には、光電子の放出が阻害され、例えば、電子検出部107で取得される光電子像の明度が低下する。これにより、反射層30の欠陥を検出することができる。
欠陥D1は、例えば、開口部37の底部に反射層30の一部が残ったハーフ欠陥であり、光電層20から表面に放出される光電子の量を減少させる。したがって、光電子像の該当する部分では、光電子像の明度が低下する。また、欠陥D2は、開口部37の底部に存在する異物であり、放出される光電子の量を減少させる。このため、光電子像の明度が低下する。
反射層30が微細化され、そのアスペクト比が大きくなると、開口部37が深くなり、底部の欠陥D1およびD2の検出が難しくなる。例えば、反射層30の上面に検査光を照射する光学式欠陥検査法では、反射層30の底部に検査光を到達させ、その反射光を検出することが難しくなる。ここで、「アスペクト比」とは、反射層30底面の幅に対する高さの比であり、反射層30が高くなるにつれてアスペクト比は大きくなる。
また、光学式欠陥検査法では、EUV光を用いて露光するパターンサイズを解像することも難しくなる。さらに、電子顕微鏡などの電子線を用いる欠陥検査方法であっても、開口部37の底に電子線を照射することが難しくなる。
これに対し、本実施形態に係る欠陥検査方法では、基板10の下面10b側から光電層20に検査光ELを照射する。このため、反射層30は検査光の障害にはならず、開口部37の底部に存在する欠陥D1およびD2を高い確率で検出することができる。
検査光ELは、波長257nmのDUV光に限定される訳ではなく、例えば、193nm以上、1064nm以下の波長帯の光を用いても良い。また、導電膜40が光を透過しない場合には、基板10の下面10bに導電膜40を形成する前に、上記の欠陥検査を実施する。
図4は、実施形態に係るリソグラフィマスク1の検査装置5を示す模式図である。検査装置5は、例えば、検査ユニット100と、制御ユニット200と、を備える。
検査ユニット100は、例えば、減圧容器101と、検査ステージ103と、光照射部105と、電子検出部107と、を備える。減圧容器101の内部は、例えば、真空ポンプなどを用いて減圧され、周囲よりも低い気圧に保持される。検査ステージ103および電子検出部107は、減圧容器101の内部に配置される。
マスク保持部は、例えば、検査ステージ103であり、図示しない駆動部を備える。検査ステージ103は、X方向、Y方向およびZ軸を中心とした回転方向に可動である。リソグラフィマスク1は、検査ステージ103の上面103aに載置される。また、検査ステージ103は、光照射部105から放射される光を透過する光透過部103cを有する。光透過部103cは、例えば、検査光ELを透過するガラスである。光透過部103cは、ステージに設けられた貫通孔であっても良い。
光照射部105は、例えば、波長257nmのDUV光を放射するUVレーザである。図4に示すように、光照射部105から放射されるDUV光は、レンズ121により集光され平行光となる。そして、減圧容器101に設けられた光学窓122からその内部に導入される。
DUV光は、減圧容器101の内部において、例えば、ミラー123により反射された後、レンズ125により集光され、検査ステージ103の下面103bを照射する。さらに、DUV光は、光透過部103cを通過し、リソグラフィマスク1の下面側を照射する。これにより、リソグラフィマスク1の光電層20から光電子を放出させる。
検査ステージ103の上方には、電子検出部107が配置される。電子検出部107は、例えば、TDI(Time Delay Integration)センサを用いることができる。電子検出部107は、リソグラフィマスク1から放出される光電子を検出する。例えば、TDIセンサと同期させて検査ステージ103を移動させることにより、電子の検出感度を向上させることができる。
検査ステージ103と、電子検出部107と、の間には、例えば、静電レンズ115と、絞り117と、を配置する。静電レンズ115および絞り117は、電子を電子検出部107に集める。静電レンズ115および絞り117は、フォーカスや倍率を調整し、リソグラフィマスク1より放出された光電子を効率良く電子検出部107に入射させる。
さらに、静電レンズ115と、リソグラフィマスク1と、の間に、電極113を配置する。例えば、電極113を正電位に保持することにより、リソグラフィマスク1から光電子を引き出し、電子検出部107に導くことができる。
制御ユニット200は、例えば、ステージ制御部201と、コントローラ203と、画像比較部205と、基準画像生成部207と、データベース209と、備える。制御ユニット200は、電子検出部107の検査画像を基にマスクパターンの欠陥の有無を判定し、欠陥情報として出力する。コントローラ203は、例えば、CPUもしくはマイクロプロセッサである。
例えば、データベース209は、マスクパターンの設計データ、アライメント情報、キャリブレーション情報、検査領域、検査モードなどの情報を保持している。そして、基準画像生成部207は、データベース209に保持された設計データを基に基準画像を生成し、画像比較部205に出力する。画像比較部205は、例えば、電子検出部107から光電子像を取得し、基準画像と比較する。これにより、マスクパターンの欠陥の有無を判定する。
実施形態はこれに限定されず、例えば、電子検出部107で取得した検査位置の光電子像を、その周りのパターンや隣接マスクパターンの光電子像と比較することにより欠陥の有無を判定しても良い。
コントローラ203は、データベース209に保持された検査位置、検査条件、検査領域、検査モードなどの情報を基に、ステージ制御部201介して検査ステージ103を適宜移動させる。なお、これらの情報は、必ずしもデータベース209に保持されている必要はなく、外部から入力しても良い。
画像比較部205は、欠陥の有無をコントローラ203に出力する。そして、コントローラ203は、画像比較部205の欠陥情報と、ステージ制御部201の位置情報と、を基に欠陥の位置を決定する。また、コントローラ203は、画像比較部205から取得した画像と、欠陥の位置情報と、をデータベース209に記録する。
次に、図4および図5を参照して、実施形態に係るリソグラフィマスク1の検査方法を説明する。図5は、実施形態に係るリソグラフィマスク1の検査方法を示すフロー図である。
ステップS01:リソグラフィマスク1をマスクローダー(図示しない)にセットする。
ステップS02:アライメント座標、検査領域、検査モードなどの検査レシピをコントローラ203に入力する。ここで、検査モードとは、画像比較部205において実施する光電子像と基準画像の比較方法を意味する。
検査モードとしては、例えば、Cell to Cell、Die to Die、Die to databaseなどのモードがある。Cell to Cellモードでは、電子検出部107により取得される検査位置の光電子像と、その周囲のパターンの光電子像を比較することにより欠陥の有無を判定する。Die to Dieモードでは、電子検出部107により取得される検査位置の光電子像と、隣接するチップパターンの光電子像を比較することにより欠陥の有無を判定する。Die to Databaseモードでは、電子検出部107により取得される光電子像と、データベース209に保持された設計データに基づいて生成される基準画像を比較することにより、欠陥の有無を判定する。
ステップS03:リソグラフィマスク1を検査ステージ103に移送する。リソグラフィマスク1は、検査ステージ103の上に載置され、一時的に固定される。
ステップS04:コントローラ203は、ステージ制御部201を介して検査ステージ103をアライメント座標に移動させ、リソグラフィマスク1の位置調整を行う。例えば、光学顕微鏡(図示しない)を用いてマスクパターンをモニターしながらX方向、Y方向およびZ軸を中心とした回転方向のアライメントを行う。また、光学顕微鏡を用いたアライメントに加えて、電子検出部107の光電子像やその他の画像を用いたより高精度なアライメントを実施しても良い。
ステップS05:コントローラ203は、ステージ制御部201を介して検査ステージ103を検査位置に移動させる。その後、光照射部105を起動しリソグラフィマスク1の下面に検査光を照射させる。例えば、オペレータは、電子検出部107の光電子像をモニターし、その明度およびセンサゲインなどに基づいて検査条件を決定し、コントローラ203に入力する。
ステップS06:コントローラ203は、入力された検査領域の情報に基づき、ステージ制御部201を介して検査ステージ103の駆動部を動作させ、リソグラフィマスク1の検査領域をスキャンを開始する。
ステップS07:コントローラ203は、電子検出部107を制御して光電子像を取得する。さらに、画像比較部205を介して取得した光電子像と、ステージ制御部201を介して取得したリソグラフィマスク1上の位置データと、を対応づけてデータベース209に記憶させる。
画像比較部205は、電子検出部107から取得した光電子像を解析し、欠陥の有無を判定する。例えば、検査モードがCell to Cellの場合、検査対象位置の光電子像と、その周囲の光電子像と、の間の明度差画像を生成し、予め設定した閾値に基づいて欠陥の有無を判定する。また、複数の閾値を設定し、欠陥の種類を判定しても良い。検査モードがDie to Dieの場合、隣接するチップパターンの同一部分に対する明度差画像を生成し、欠陥の有無もしくは種類を判定する。また、検査モードがDie to Databaseの場合、基準画像生成部207は、データベース209に保持されたマスクパターンの設計情報に基づいて基準画像を生成し、画像比較部205は、電子検出部107の光電子像と、基準画像と、の間の明度差画像を生成し、欠陥の有無もしくは種類を判定する。基準画像は、電子検出部107のセンササイズに基づいて生成される。
このような欠陥判定は、リアルタイムで実施しても良いし、検査領域をスキャンした後に実施しても良い。また、判定結果は、コントローラ203を介してデータベース209に保存される。
ステップS08:リソグラフィマスク1の検査領域のスキャンを終了後、コントローラ203は、光照射部105に検査光の照射を停止させ、ステージ制御部201を介して検査ステージ103をマスクアンロード位置に移動させる。
上記の検査フローは1つの例であり、実施形態はこれに限定される訳では無い。また、コントローラ203は、ステージ制御部201、画像比較部205、基準画像生成部207およびデータベース209を制御し、上記の検査フローを実行する。
図6(a)〜図6(c)を参照して、検査装置5の光電子の引き出し動作を説明する。図6(a)〜図6(c)は、リソグラフィマスク1の断面を表す模式図である。
図6(a)に示すように、光電層20から光電子が放出される方向はランダムである。したがって、開口部37が深い場合、光電子は反射層30の側面に衝突し、そのエネルギーを失う。この結果、開口部37の外へ放出される光電子の数は限られる。
本実施形態では、図6(b)に示すように、リソグラフィマスク1の上方に電極113を配置する。そして、電極113にプラス電位を与える。開口部37の内部の光電子は、電極113により生じる電界に引き寄せられて開口部37の外に放出される。これにより、電子検出部107により検出される光電子の量を増やすことができる。
また、図6(c)に示すように、反射層30にマイナス電位を与えても良い。例えば、反射層30および光電層20は、導電性を有する。したがって、反射層30および光電層20の電位はマイナスとなる。このため、光電層20から放出された光電子は、開口部37中の電界に弾かれて外に放出される。これにより、電子検出部107により検出される光電子の量を増やすことができる。
例えば、リソグラフィマスク1の反射層30に接する電極端子60を検査ステージ103に設けることができる。これにより、反射層30および光電層20にマイナス電位を与えることができる。また、図6(b)に示す電極113と、検査ステージ103の電極端子60を併用しても良い。
図7は、実施形態に係る検査装置5の別の動作を示す模式図である。図7は、リソグラフィマスク1の断面を表す模式図である。
例えば、基板10に使用する低熱膨張ガラス(LTEM)は、チタニウムなどの不純物ドーピングに起因する欠陥SD、所謂、脈理を含むことがある。これにより、検査光ELが散乱され、所望の検査位置に照射されないことが懸念される。この場合、入射角および照射位置の少なくともいずれかを変化させた検査光EL1およびEL2を照射し、欠陥SDの影響を抑えることが望ましい。
例えば、検査装置5は検査ステージ103の下方にミラー123の角度およびレンズ125の位置を変化させる照射調整機構127を有する。これにより、検査光ELの光路を変化させ、検査ステージ103の下面103bに対する入射角および照射位置を変化させることができる。
例えば、電子検出部107では、光電子像を形成するために所定の時間内に検出された光電子量を積算する。この間において、検査光ELの入射角および照射位置の少なくともいずれかを変化させ、基板10中の欠陥SDの影響を低減することができる。
上記の実施形態では、光反射型リソグラフィマスク1は、基板10と、反射層30と、の間に光電層20を備える。これにより、基板10の下面10b側から検査光ELを照射するマスクパターンの欠陥検査を実施することが可能となる。そして、本実施形態に係るマスクパターンの検査方法では、微細加工された反射層30のアスペクト比に影響されることなく、マスク欠陥の検出が可能となる。これにより、光反射型リソグラフィマスクの製造歩留りを向上させると共に、半導体装置の製造歩留りを向上させ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。
1・・・リソグラフィマスク、 3・・・マスクブランク、 5・・・検査装置、 10・・・基板、 10a、103a・・・上面、 10b、103b・・・下面、 20・・・光電層、 30・・・反射層、 30a・・・マスクパターン、 33・・・第1の膜、 35・・・第2の膜、 37・・・開口部、 40・・・導電膜、 50・・・キャップ層、 50a・・・エッチングマスク、 60・・・電極端子、 100・・・検査ユニット、 101・・・減圧容器、 103・・・検査ステージ、 103c・・・光透過部、 105・・・光照射部、 107・・・電子検出部、 113・・・電極、 115・・・静電レンズ、 117・・・絞り、 121、125・・・レンズ、 122・・・光学窓、 123・・・ミラー、 127・・・照射調整機構、 200・・・制御ユニット、 201・・・ステージ制御部、 203・・・コントローラ、 205・・・画像比較部、 207・・・基準画像生成部、 209・・・データベース、 EL・・・検査光
Claims (8)
- 基板と、
前記基板の第1面に設けられ、第1の光を受けて電子を発することが可能な第1の層と、
前記第1の層上に設けられ、所定のパターンに対応する開口を有し、第2の光を反射可能な第2の層と、
を備えた光反射型リソグラフィマスク。 - 前記第1の層は、タンタル、ルテニウム、金、モリブデン、シリコン、クロム、白金、パラジウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、ジルコニウム、セシウムおよびフランシウムからなる群の少なくともいずれか1つを含む請求項1記載の光反射型リソグラフィマスク。
- 前記第2の層は、第1の膜と、前記第1の膜と交互に積層され前記第1の膜とは異なる屈折率を有する第2の膜と、を含む請求項1または2に記載の光反射型リソグラフィマスク。
- 基板と、
前記基板の第1面に設けられ、第1の光を受けて電子を発することが可能な第1の層と、
前記第1の層上に設けられ、第2の光を反射可能な第2の層と、
を備えたマスクブランク。 - 基板と、
前記基板の第1面に設けられ、第1の光を受けて電子を発することが可能な第1の層と、
前記第1の層上に設けられ、所定のパターンに対応する開口部を有し、第2の光を反射可能な第2の層と、
を有する光反射型リソグラフィマスクの検査方法であって、
前記基板の第2面側から前記第1の層に第1の光を照射する工程と、
前記第1の光を受けて前記第1の層から発せられた前記電子を、前記基板の第1面側に配置された検出器により検出する光反射型リソグラフィマスクの検査方法。 - 前記基板に対する前記第1の光の入射角および入射位置の少なくともいずれか一方を変えて前記第1の光を前記第1の層に照射し、前記第1の層から発せられる前記電子を検出する請求項5記載の光反射型リソグラフィマスクの検査方法。
- 基板と、前記基板の第1面に設けられ、第1の光を受けて電子を発することが可能な第1の層と、前記第1の層上に設けられ、所定のパターンに対応する開口部を有し、第2の光を反射可能な第2の層と、を有する光反射型リソグラフィマスクの検査装置であって、
減圧容器と、
前記減圧容器の中に設けられ、マスクを保持するマスク保持部と、
前記マスク保持部の一方の側に第1の光を照射する光照射部と、
前記マスク保持部の他方の側に配置され、電子を検出する電子検出部と、
前記マスク保持部と、前記電子検出部と、の間に配置された電極と、
前記電子検出部で検出した前記電子の像の画像情報を取得し、前記マスクの欠陥の有無を判定する制御部と、
を備えた光反射型リソグラフィマスクの検査装置。 - 前記マスク保持部に入射させる前記第1の光の入射角および入射位置の少なくともいずれか一方を変化させる機構をさらに備える請求項7記載の光反射型リソグラフィマスクの検査装置。
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