JP3282790B2 - 位相シフトマスクの欠陥検査装置 - Google Patents
位相シフトマスクの欠陥検査装置Info
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Description
の欠陥検査装置、特に位相シフトマスクの欠陥を正確に
検出できる位相シフトマスクの欠陥検査装置に関するも
のである。ここで、位相シフトマスクとは、透明基板
と、この透明基板上に形成され、複数の光透過開口を規
定する遮光パターンとを具え、互いに隣接する光透過開
口を透過する露光光間に所望の位相差を与える位相シフ
タが形成されているフォトマスクを意味するものとす
る。
上に繰り返し縮小投影して所望のLSIパターンを形成
する光リソグラフィ技術が実用化されている。この光リ
ソグラフィ技術で用いられるフォトマスクは透明基板で
あるガラス基板を有し、ガラス基板上にマスクパターン
を構成する遮光パターンが形成されている。このような
フォトマスクを介して照明光を照射すると、回折効果に
より遮光パターンの縁部に光が回り込むので、ウエファ
上ではなだらかに変化する干渉波形となってしまう。す
なわち、フォトマスクを通過した光の電場は空間的に分
離した光がウエファ上で互いに重なり合ってしまうた
め、パターンの解像に限界がある。一方、パターン密度
に寄与する解像限界Rは次式で表される。 R=kλ/NA ここで、kはウエファ上のレジストのプロセスに依存す
る定数であり、0.5程度まで小さくすることが可能で
ある。λは露光に用いられる光の波長であり、NAは投
影レンズの開口数である。上式より、定数k及び波長λ
を小さくし、レンズの開口数を大きくすれば解像限界R
を小さく(すなわち、解像度は高くなる)することがで
きる。現在の技術では、i線(λ=0.365μm)を
用いて開口数を0.5まで高くすることができるので、
解像限界Rの値は0.4μm程度まで小さくすることが
できる。しかしながら、LSIの線幅の縮小化に伴って
さらに解像限界を一層小さくすることが要請されてい
る。
法として、位相シフタを有するフォトマスクである位相
シフトマスクを用いて露光する方法が提案されている。
図1Aは位相シフトマスクの一例の構成、マスク上での
電場及び位相シフトマスクを通過した光の強度を示すを
線図である。位相シフトマスクは透明基板1を有し、こ
の透明基板1上に遮光パターン2及び光透過開口パター
ン3が形成されている。光透過開口3には1個おきに位
相シフタ4が形成されている。この位相シフタ4は、光
透過開口を透過した光のうち、位相シフタが形成されて
いる開口を透過した光と位相シフタが形成されていない
開口を透過しない光との間でλ/2の位相差を与える機
能を有する。従って、マスクを通過した光の電場の強度
分布は交互に位相が反転し、図示のように反転パルス状
になる。この結果、ウエハ上の光強度はパターン像が隣
接して重なり合う部分で光強度が相殺されるため、より
高い解像度のパターンを投影することができ、実験的に
は最小解像パターン幅を約半分にすることができる。
を線図的に示す。ガラス基板1上に遮光パターン2及び
光透過開口パターン3が形成されている。光透過パター
ン3は交互に形成した開口3a及び3bを有し、開口3
aはガラス基板1の表面がそのまま露出し、開口3bは
d=λ/2(n−1)(nはガラス基板の屈折率)の深
さの凹部が形成され、開口3aを通過した光と開口3b
を通過した光との間でλ/2の位相差が与えられてい
る。従って、この実用的な位相シフトマスクでは、凹部
が位相シフタとして又は凹部が形成されていないガラス
基板材料が位相シフタとして機能する。
スクにおいて、位相シフタが形成されている開口を透過
した光と位相シフタが形成されていない開口を透過した
光との間の位相差はλ/2に設計されており、λ/2か
らずれるにしたがって解像度が低下し露光パターンの品
質が低下してしまう。このため、位相シフトマスクの製
造工程において位相シフトパターンの欠陥検査が強く要
請されている。
検査は極めて困難であった。この場合、位相シフタの厚
さ又は凹部の深さは数100nm程度であるため、顕微
鏡を用いて欠陥検査しようとしても、通常の顕微鏡はこ
のような微細な深さを正確に検出することが困難であ
り、しかも顕微鏡は光の位相に対して感度を有していな
いため、通常の顕微鏡をそのまま使用したのでは位相シ
フトマスクの欠陥を正確に検出するのが極めて困難であ
った。
クの欠陥を正確検査できる位相シフトマスクの欠陥検査
装置を提供することにある。
マスクの欠陥検査装置は、透明基板と、この透明基板上
に形成され、複数の光透過開口を規定する遮光パターン
とを具え、互いに隣接する光透過開口を透過する露光光
間に位相差を与える位相シフタが形成されている位相シ
フトマスクの欠陥検査装置であって、照明光を放出する
光源と、この光源からの照明光により、前記遮光パター
ンの表面からの反射光と前記光透過開口の透明基板の表
面からの反射光との差分干渉画像を形成する差分干渉光
学系と、この差分干渉像を電子的な像に変換する画像検
出器と、前記画像検出器から出力される強度信号を基準
画像情報と比較して位相シフトマスクの欠陥を検出する
信号処理回路とを具え、前記差分干渉光学系により形成
される照明光の横ずらし量を前記位相シフタの寸法のほ
ぼ半分に設定したことを特徴とする。
る凹部の深さは数100nmであり、通常の顕微鏡では
その微小な厚さ又は深さを検出することはできない。し
かしながら、本発明者が種々の実験及び解析をした結
果、開口を規定する遮光パターンの表面からの反射光と
開口の透明基板の表面からの反射光との干渉により上記
微小な厚さ又は深さを検出できることを見い出した。す
なわち、透明基板に形成されている遮光パターンは全面
にわたって均一な厚さに形成されているので、遮光パタ
ーンの表面を基準にして位相シフタの厚さ又は深さを位
相情報として取り出せば位相シフタの欠陥を正確に検出
できる。位相情報として取り出すため、本発明では差分
干渉光学系を用いる。この差分干渉光学系により形成さ
れる差分干渉像は、開口に形成した位相シフタの厚さ又
は深さの微小な変化を画像強度の変化として表示するの
で、得た差分干渉画像を基準画像情報と比較することに
より欠陥の存在を正確に検出することができる。
装置の一実施例は、差分干渉光学系により形成される2
個の照明光の横ずらし量を位相シフタの寸法のほぼ半分
に設定したことを特徴とする。位相シフタがガラス基板
に形成した凹部で構成される場合、横ずらし量とパター
ン寸法との関係で微小な像が発生すると、疑似欠陥が発
生してしまう。この疑似欠陥の発生を最小にするため、
照明光の横ずらし量を位相シフタの寸法の約1/2に設
定する。
装置は、透明基板と、この透明基板上に形成され、複数
の光透過開口を規定する遮光パターンとを具え、互いに
隣接する光透過開口を透過する露光光間に位相差を与え
る位相シフタが形成されている位相シフトマスクの欠陥
検査装置であって、レーザ光を放出するレーザ光源と、
このレーザ光を主走査方向に偏向するビーム偏向手段
と、ビーム偏向手段から出射したレーザ光により、検査
すべき位相シフトマスクの遮光パターンの表面からの反
射光と光透過開口の透明基板の表面からの反射光との差
分干渉画像を形成する差分干渉光学系と、検査すべき位
相シフトマスクを支持するステージを少なくとも前記主
走査方向と直交する副走査方向に駆動する駆動機構と、
複数の受光素子が前記主走査方向と対応する方向にライ
ン状に配列され、前記差分干渉光学系により形成された
差分干渉像を1ラインごとに電子的な像に変換するリニ
アイメージセンサと、前記リニアイメージセンサから出
力される強度信号を基準画像情報と比較して位相シフト
マスクの欠陥を検出する信号処理回路とを具え、前記差
分干渉光学系により形成される照明光の横ずらし量を前
記位相シフタの寸法のほぼ半分に設定したことを特徴と
する。
ポットで走査し、位相シフトマスクからの反射光をリニ
アイメージセンサで受光することにより共焦点型の顕微
鏡が構成される。この共焦点型の顕微鏡は解像度が極め
て高いので、微細な寸法の開口パターンが形成されてい
る位相シフトマスクについても正確に欠陥を検出するこ
とができる。
クの一例の構成を示すものであり、図2Aは線図的平面
図、図2Bは図2AのII−II線断面図である。フォトマ
スク10はガラス基板11及びその上に形成した遮光パ
ターン12を有する。遮光パターン12により光透過開
口13を形成する。図2Bに示すように、光透過開口は
ガラス基板11の表面がそのまま露出した第1の光透過
開口13aと、凹部が形成されている第2の光透過開口
13bとを有し、これら第1及び第2の開口をx及びy
方向に沿って交互に形成する。従って互いに隣接する第
1の開口と第2の開口をそれぞれ通過した露光光間には
λ/2の位相差が生ずる。尚、図2Aにおいて、凹部が
形成されている第2の開口13bには破線を付して図示
する。
査装置の一例の構成を示す線図である。本例では、検査
画像を撮像する検査画像光学系と、基準画像を得るため
の基準画像光学系とを具え、検査画像光学系からの画像
情報と基準画像光学系からの基準画像とを比較して欠陥
検査を行なう。尚、検査画像光学系と基準画像光学系は
同一構成の光学系とし、これら光学系は、同一のフォト
マスクの隣接するチップを撮像するものとする。
画像光学系とし、右側の光学系を基準光学系とする。照
明光を発生する光源として水銀ランプ20を用いる。水
銀ランプ20から放出された光ビームは集光レンズ21
を経てバンドパスフィルタ22に入射し、特定の波長域
の放射光が選択的に透過する。透過光は偏光ビームスプ
リッタ23に入射する。偏光ビームスプリッタ23は、
入射した光のうち特定の偏光状態の光だけを反射し、対
物レンズと共に差分干渉光学系を構成するノマルスキー
プリズム24に入射させる。ノマルスキープリズム24
は偏光の方向に対して楔の角度が45°になるようにセ
ットする。従って、ノマルスキープリズム24から45
°横方向にずれた互いにコヒーレントな2個の照明光
(正常光による照明光と異常光による照明光)が出射
し、これら照明光は対物レンズ25に入射する。後側焦
点はノマルスキープリズム24の正常光と異常光との交
点と一致するように配置する。
横方向にずれた2個の照明光が出射し、ステージ26上
に配置した欠陥検査されるべき位相シフトマスク10に
垂直に入射する。この結果、位相シフトマスク10は互
いにコヒーレントで互いにずれた2個の照明光により照
明されることになる。位相シフトマスク10からの2個
の反射光は対物レンズ25を経てノマルスキープリズム
24により合成され、偏光ビームスプリッタ23及びチ
ューブレンズ27を経て画像検出器28に入射する。画
像検出器28には、ノマルスキープリズム24により画
像合成された合成画像が投影されることになる。合成さ
れる2個の画像は互いにコヒーレントな照明光による画
像であるから、合成された画像は干渉画像となる。従っ
て、画像検出器28の出力信号は、反射光の振幅と位相
情報により決定される強度となる。
が2次元アレイ状に配列された2次元撮像装置とするこ
とができ、画像検出器28の出力信号を順次読み出し、
画像信号増幅回路29を経て比較回路30に供給する。
また、基準画像光学系からの基準画像信号も画像信号増
幅器を経て比較回路30に供給する。比較回路30にお
いて、検査画像信号と基準画像信号とを比較して欠陥検
出信号を出力する。
像を示す線図である。ノマルスキープリズム24は偏光
方向に対して楔の角度が45°になるように設定されて
いるから、2個の画像は45°横方向にずれて合成され
る。この横ずらし量は、ノマルスキープリズム24によ
る正常光線と異常光線とのなす偏角と対物レンズ25の
焦点距離とによって自在に設定でき、本例では光透過開
口23の幅の半分に設定する。この結果、図4に示す合
成画像が画像検出器上に投影されることになる。
により形成された2個の画像の合成であるから、画像検
出器から出力される画像信号は振幅だけでなく位相情報
も含む干渉画像信号となる。ここで、得られる干渉画像
は以下の通りである。
像 遮光パターンからの反射光と第1の光透過開口13a
の表面からの反射光との干渉画像 遮光パターンからの反射光と第2の光透過開口13b
の表面からの反射光との干渉画像 第1の光透過開口13aの表面からの反射光同士の干
渉画像 第2の光透過開口13bの表面からの反射光同士の干
渉画像
種々の実験及び解析を行なった結果、これら5種類の干
渉画像の画像強度は互いに相異することが判明した。す
なわち、ノマルスキープリズムを調整してレターデーシ
ョン量=λ/2とし、遮光パターンの反射率は約13%
であり、ガラス基板表面(光透過開口の表面)は約4%
である。そして、遮光パターンからの反射光同士につい
ては位相差が含まれておらず、互いに逆相になるため、
遮光パターンからの反射光同士の干渉画像は低い強度と
なる。遮光パターンからの反射光と第1及び第2の光透
過開口13a及び13bのガラス表面からの反射光との
干渉画像は、ガラス表面の反射率が低いが位相差を含む
ため、遮光パターンからの反射光同士の干渉画像よりも
高い画像強度となる。さらに、遮光パターンからの反射
光と第1の光透過開口13aのガラス表面からの反射光
との干渉画像と、遮光パターンからの反射光と第2の光
透過開口13bのガラス表面からの反射光との干渉画像
との間には、振幅に基づく作用は同一であるが、位相差
の作用が異なるため、これら干渉画像間に強度差が発生
する。すなわち、遮光パターンからの反射光と第1の光
透過開口13aの表面からの反射光との間の位相差と、
遮光パターンからの反射光と第2の光透過開口13bの
表面からの反射光との間の位相差との間には差異があ
り、これら位相差が互いに一致することはほとんどない
ことである。従って、これら干渉画像間には位相差の作
用が生じ、画像強度に差異が発生する。本発明者が実際
に実験したところ、第1の光透過開口のガラス表面から
の反射光と遮光パターンからの反射光との干渉画像によ
り高い画像強度が得られた。ただし、遮光パターンの膜
厚によって画像強度が逆転するケースも予想される。次
に光透過開口のガラス基板表面からの反射光同士の干渉
画像は、λ/2の位相差があり且つガラス表面の反射率
が低いため、最も低い画像強度となる。
しており、実際の位相差を測定するのではなく、位相差
が生ずることに起因して差分干渉画像間に画像強度の差
異が生ずることに基づいて欠陥検査を行なうものであ
る。例えば、光透過開口が形成されるべき位置に開口が
形成されず遮光パターンが残存している場合、差分干渉
画像の明るさが所定の明るさからはずれるので、欠陥が
生じていると判定できる。また、光透過開口に凹部が形
成されるべき位置に凹部が形成されていない場合、凹部
の深さが基準値からずれている場合、さらに凹部の底面
が傾斜して形成されている場合、得られた差分干渉画像
の強度が基準値からずれるため欠陥であると判定され
る。これらの欠陥は、画像強度として、すなわち明るさ
の差異として表わされるので、基準画像情報と比較する
ことにより、欠陥の存在及びそのアドレスを検出するこ
とができる。
れた画像検出器からの出力信号を示す。画像検出器から
x方向に沿う受光素子から順次電荷を読み出し、y方向
に沿って読出を繰り返す。従って、図5において、横軸
は画像のx方向の位置アドレスを示し、各検査ラインa
〜cはy方向の位置アドレスを示す。図5から明らかな
ように、検査されるべき位相シフトマスタの各位置の画
像強度が明確に得ることができる。従って、撮像された
位相シフトマスクの差分干渉画像の各位置の画像強度を
基準画像の各位置の画像強度と比較することにより欠陥
の有無及びそのアドレスを検出することができる。
今、図2に示す位相シフトマスクのDで示す光透過開口
に凹部が形成されていないものとする。この場合の検査
ラインaにおける画像検出器からの出力信号を図6Aに
示し、基準画像の出力信号を図6Bに示し、比較回路3
0の出力信号を図6Cに示す。欠陥が存在しない場合、
比較回路30の出力は零レベルになるが、欠陥がある場
合、正又は負の出力信号が発生し、欠陥の存在を明確に
判定できる。さらに、比較回路30からの出力信号波形
により欠陥の種類や形状を判別することができる。例え
ば、比較回路30から図6Dに示すような出力信号が生
じた場合、図2AのEで示す位置に底面が傾斜した凹部
が形成されているものと判断され、欠陥として検出され
る。
について説明する。例えば1GbDRAMの製造におい
ては、ウエハ上のパターンの寸法は0.18μmであ
り、4倍レチクルを用いる場合でも検査すべきフォトマ
スクのパターンは0.72μmである。この4倍レチク
ルについてパターンの半分の横ずらし量を与えて検査す
る場合に観察される最小の構造は0.36μmである。
一方、通常の顕微鏡の解像力Rは以下の式で表わされ
る。 R=0.6λ/NA ここで、λは検査光の波長であり、NAは対物レンズの
開口数であり、例えばλ=546mm、NA=0.60
とすることができ、この場合R=0.546μmとな
り、従って上述した微細構造のパターンを有するフォト
マスクについて良好に欠陥検査することができない。こ
のような事情を鑑み、本例では共焦点型顕微鏡の原理を
利用して解像力を一層高め、1GbDRAMの製造に用
いられる位相シフトマスクの欠陥を高精度に検出できる
欠陥検査装置を実現する。
成を示す線図である。照明光源としてレーザ発振器40
を用いる。レーザ発振器40から放出されたレーザをエ
クスパンダ及びコリメータレンズ(図示せず)を経て音
響光学素子41に入射させ、主走査方向(x方向)に高
速で偏向する。この高速振動するレーザビームはリレー
レンズ42を経て偏光ビームスプリッタ43に入射し、
その偏光面で反射し差分干渉光学系を構成するノマルス
キープリズム44に入射する。レーザ光はノマルスキー
プリズムにより横ずらしされた2本のビームが発生し、
これら2本のビームは、ノマルスキープリズムと共に差
分干渉光学系を構成する対物レンズ45に集束され、ス
テージ46上に載置した検査すべき位相シフトマスク4
7に入射する。ステージ46には、主走査方向及びこれ
と直交する方向にステージを移動させる駆動機構を有す
るx−yステージとする。従って、位相シフトマスク4
7は互いに変位した2本の集束ビームにより形成された
2個の微小スポットにより2次元的に走査される。
ーザビームは対物レンズ45で集光され、ノマルスキー
プリズム44により合成される。合成された反射ビーム
は偏光ビームスプリッタ43を透過し、チューブレンズ
48を経てリニアイメージセンサ49に入射する。この
リニアイメージセンサは、主走査方向と対応する方向に
ライン状に配列した複数の受光素子を有する。従って、
位相シフトマスク47からの反射ビームがリニアイメー
ジセンサ48を高速で走査することになる。リニアイメ
ージセンサ49の各受光素子はマスクされた微小な光入
射面を有しているから、コンフォーカル光学系を形成
し、従ってフレア光が除去された高い分解能の差分干渉
画像を撮像することができる。
を1ライン毎に読み出し画像信号増幅器50に供給し、
その出力信号のうち一方の出力信号は遅延回路51を経
て比較器52に供給し、他方の出力信号は直接比較回路
52に供給する。遅延回路51の遅延量は、検査すべき
パターンの周期性を考慮して自在に設定できる。比較回
路52は、直接供給された画像信号と遅延された画像信
号とを比較し、前述した処理と同様に処理して欠陥検出
信号を発生する。
生回路60から供給される同期信号により行なう。同期
信号発生回路60からAOドライバ61にAO同期信号
を供給し、AOドライバ61により音響光学素子41を
駆動制御する。同期信号発生回路60からステージ駆動
回路62に同期信号を供給してxy駆動機構(図示せ
ず)によりステージ46をx及びy方向に移動させる。
さらに、同期信号発生回路60からCCDドライバ63
に同期信号を供給してリニアイメージセンサ49の各受
光素子に蓄積された電荷を1ライン毎に読み出す。さら
に、欠陥座標記憶メモリ64に同期信号発生回路60か
ら同期信号を供給すると共に欠陥検出信号も供給し、欠
陥が存在するアドレスを特定すると共にそのアドレスを
記憶する。このように構成することにより、欠陥が生じ
ているアドレスを正確に検出することができる。
種々の変更や変形が可能である。例えば基準画像情報と
して、検査すべき位相シフトマスクの全体の画像信号を
メモリ記憶しておき、検査工程で得られた画像信号をメ
モリに記憶されている画像信号と比較することにより欠
陥の存在を検出することもできる。
学系を構成する光学素子としてノマルスキープリズムを
用いたが、ウォラストンプリズムやロッションプリズム
のような2光束を発生させる光学素子を用いることもで
きる。さらに、上述した実施例では、λ/2の位相差を
与える位相シフタの欠陥検査について説明したが、λ/
6,λ/3,2λ/3等の所望の位相差を与える位相シ
フタが形成されている位相シフトマスクの欠陥検査にも
適用できる。
差分干渉光学系を用いて遮光パターンの表面からの反射
光と光透過開口のガラス表面からの反射光との差分干渉
画像を撮像しているから、得られた画像の強度から光透
過開口のガラス表面の高さ情報を位相の変化として検出
することができ、この結果数10nm程度の深さの位相
シフタの欠陥検査を自動的に行なうことができる。
を示す線図である。
図である。
の一例の構成を示す線図である。
線図である。
ための線図である。
置の構成を示す線図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 透明基板と、この透明基板上に形成さ
れ、複数の光透過開口を規定する遮光パターンとを具
え、互いに隣接する光透過開口を透過する露光光間に位
相差を与える位相シフタが形成されている位相シフトマ
スクの欠陥検査装置であって、 照明光を放出する光源と、 この光源からの照明光により、前記遮光パターンの表面
からの反射光と前記光透過開口の透明基板の表面からの
反射光との差分干渉画像を形成する差分干渉光学系と、 この差分干渉像を電子的な像に変換する画像検出器と、 前記画像検出器から出力される強度信号を基準画像情報
と比較して位相シフトマスクの欠陥を検出する信号処理
回路とを具え、 前記差分干渉光学系により形成される照明光の横ずらし
量を前記位相シフタの寸法のほぼ半分に設定したことを
特徴とする位相シフトマスクの欠陥検査装置。 - 【請求項2】 前記差分干渉光学系を、ノマルスキープ
リズムと対物レンズで構成したことを特徴とする請求項
1に記載の位相シフトマスクの欠陥検査装置。 - 【請求項3】 透明基板と、この透明基板上に形成さ
れ、複数の光透過開口を規定する遮光パターンとを具
え、互いに隣接する光透過開口を透過する露光光間に位
相差を与える位相シフタが形成されている位相シフトマ
スクの欠陥検査装置であって、 レーザ光を放出するレーザ光源と、 このレーザ光を主走査方向に偏向するビーム偏向手段
と、 ビーム偏向手段から出射したレーザ光により、検査すべ
き位相シフトマスクの遮光パターンの表面からの反射光
と光透過開口の透明基板の表面からの反射光との差分干
渉画像を形成する差分干渉光学系と、 検査すべき位相シフトマスクを支持するステージを少な
くとも前記主走査方向と直交する副走査方向に駆動する
駆動機構と、 複数の受光素子が前記主走査方向と対応する方向にライ
ン状に配列され、前記差分干渉光学系により形成された
差分干渉像を1ラインごとに電子的な像に変換するリニ
アイメージセンサと、 前記リニアイメージセンサから出力される強度信号を基
準画像情報と比較して位相シフトマスクの欠陥を検出す
る信号処理回路とを具え、 前記差分干渉光学系により形成される照明光の横ずらし
量を前記位相シフタの寸法のほぼ半分に設定したことを
特徴とする位相シフトマスクの欠陥検査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP33952296A JP3282790B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 位相シフトマスクの欠陥検査装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP33952296A JP3282790B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 位相シフトマスクの欠陥検査装置 |
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JPH10177246A JPH10177246A (ja) | 1998-06-30 |
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