JP5322841B2

JP5322841B2 - マスク欠陥の形状測定方法及びマスク良否判定方法

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Publication number: JP5322841B2
Application number: JP2009189250A
Authority: JP
Inventors: 武山根; 恒男寺澤; 稔彦田中
Original assignee: Toshiba Corp; Renesas Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Renesas Electronics Corp
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: US20110043811A1; JP2011040681A; US8384888B2

Description

本発明は、極端紫外線による半導体露光用マスク等の位相欠陥をブランクマスクの状態で測定するマスク欠陥の形状測定方法及びマスク良否判定方法に関する。

極端紫外線による半導体露光用マスクは反射型のマスクであり、ガラス基板上に多層膜と呼ばれる反射率の異なる２種類の層を交互に積層し、多層膜上に吸収体と呼ばれる膜を形成し、吸収体を加工することにより回路パターンを形成する構造となっている。多層膜を形成する際、ガラス基板上に付着物などがあった場合、その上に形成される多層膜を局所的に隆起又は陥没させ反射光の位相が乱れる領域（位相欠陥）が発生し、露光する際にこの領域がウェハ上に転写されてしまう問題がある。このため、吸収体を形成する前のブランクマスクと呼ばれる状態にて、位相欠陥が存在するかどうかを検査する必要がある。

ブランクマスクの位相欠陥を検査する技術として、極端紫外光をブランクマスクに照射し、ブランクマスク上に欠陥が存在する場合に発生する散乱光を検出することによって、欠陥の位置を特定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、一般に位相欠陥のサイズはＣＣＤ画素よりも遙かに小さいため、検出された信号から位相欠陥の形状を特定することは困難である。ＣＣＤ画素を十分に小さくすれば形状を特定できる欠陥の最小サイズも小さくなるが、マスク全面の位相欠陥を検査するために要する時間はＣＣＤ画素サイズに反比例して増大するため、検査コストが増大する。さらに、ＣＣＤ画素を小さくしても位相欠陥の高さに関する情報を得ることは困難である。

また、ブランクマスクに入射する光の反射光を検出部に結像させ、その光路途中に置かれた遮蔽板によって反射光の一部を遮蔽し、検出部の強度によりブランクマスクの凹凸を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この技術では、欠陥の検出と形状特定の作業を同じ装置で行うことが可能であるが、欠陥が凹凸の何れであるかを特定することのみが可能であり、形状測定としては十分ではない問題がある。

また、シュツバルツシルト光学系を用いたＥＵＶマスクブランクスの欠陥検査方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この技術は、散乱光強度の角度分布から、欠陥の重大性（転写されるリスクのレベル）を出力するものであり、欠陥形状を特定する手法ではない。つまり、角度分布から想定される幾つかの欠陥形状のうち、転写される欠陥形状の割合のようなものを出力している。例えば、想定される欠陥形状のうち半分が転写される場合は転写リスク５０％、想定される全ての欠陥形状が転写されない場合は転写リスク０％というように適用されるものであり、リスク０％又は１００％以外の場合は、転写するかどうかを正確に判定することはできない。

特開２００３−１１４２００号公報特開２００３−４６５４号公報特開２００７−１７１６４０号公報

本発明は、露光用マスク上に存在する位相欠陥の表面形状を効率的に測定することができ、露光用マスクの生産効率向上に寄与し得るマスク欠陥の形状測定方法及びマスク良否判定方法を提供する。

本発明の一態様は、露光用マスク上に存在する位相欠陥の形状を測定する方法であって、前記マスクに入射する任意波長の検査光が前記マスク上の位相欠陥によって散乱される光の角度範囲のうち、前記位相欠陥上における散乱領域の幅を予測することのできる角度範囲を予め求めておき、該角度範囲に散乱する光の強度を測定する第１のステップと、予め定めた関係式を用いて、前記第１のステップで測定された散乱光強度から前記位相欠陥の径を算出する第２のステップと、次いで前記第１のステップで測定する散乱光の角度範囲を変更し、該角度範囲における散乱光強度を測定する第３のステップと、予め定めた散乱光強度と散乱断面積との関係式を用いて、前記第３のステップで得られた散乱光強度から散乱断面積を算出する第４のステップと、前記第３のステップと前記第４のステップを前記散乱光強度が飽和するまで繰り返す第５のステップと、次いで予め定めた位相欠陥の形状モデルに従い、前記第２のステップで得られた位相欠陥の径と前記第４のステップで得られた各散乱断面積を用いて前記マスク上の位相欠陥の形状を決定する第６のステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の別の一態様は、露光用マスク上に存在する位相欠陥の位置を検知し、該位相欠陥の形状を測定する方法であって、前記マスク上で任意の光を走査し、前記マスクからの散乱光が発生する位置を位相欠陥の位置として検知する第１のステップと、前記第１のステップで検知された欠陥位置で前記マスクに任意波長の検査光を入射し、前記マスク上の位相欠陥によって散乱される光の角度範囲のうち前記位相欠陥上における散乱領域の幅を予測することのできる角度範囲を予め求めておき、該角度範囲に散乱する光の強度を測定する第２のステップと、予め定めた関係式を用いて、前記第２のステップで測定された散乱光強度から前記位相欠陥の径を算出する第３のステップと、次いで前記第２のステップで測定する散乱光の角度範囲を変更し、該角度範囲における散乱光強度を測定する第４のステップと、予め定めた散乱光強度と散乱断面積との関係式を用いて、前記第４のステップで得られた散乱光強度から散乱断面積を算出する第５のステップと、前記第４のステップと前記第５のステップを前記散乱光強度が飽和するまで繰り返す第６のステップと、次いで予め定めた位相欠陥の形状モデルに従い、前記第３のステップで得られた位相欠陥の径と前記第４のステップで得られた各散乱断面積を用いて前記マスク上の位相欠陥の形状を決定する第７のステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の更に別の一態様にかかわるマスク良否判定方法は、上記のマスク欠陥の形状測定方法を用いて測定された欠陥形状と予め定めた欠陥形状の許容範囲とを比較することによりマスクの良否を判定することを特徴とする。

本発明によれば、露光用マスク上に存在する位相欠陥の表面形状を効率的に測定することができ、露光用マスクの生産効率向上に寄与するマスク欠陥の形状測定方法及びマスク良否判定方法を提供することが可能となる。

マスク上の位相欠陥の傾き角、散乱断面積、及び散乱光の放射角の関係を示す図。第１の実施形態に係わるマスク欠陥の形状測定方法を実施するための装置構成を示す図。第１の実施形態におけるマスク欠陥の形状測定方法を説明するためのフローチャート。予め想定した位相欠陥の断面形状を示す図。予め想定した位相欠陥の高さ情報を示す等高線図。第１の実施形態によって得られる位相欠陥の断面形状を示す図。バックグラウンド強度と開口径との関係を示す図。第２の実施形態おけるマスク欠陥の形状測定方法を説明するためのフローチャート。

発明の実施形態を説明する前、本発明の基本原理について説明する。

図１は、ブランクマスク上の位相欠陥の傾き角、散乱断面積、及び散乱光の放射角の関係を示す図である。ここで、ブランクマスクは、極端紫外線による反射型の半導体露光用マスクの基体として用いられるものであり、ガラス基板上に反射率の異なる２種類の層を交互に積層したものである。

任意波長の検査光１０１をマスク（ブランクマスク）１０４に対して垂直方向に入射し位相欠陥１０３によって散乱される光１０２を、微小領域における反射光の集合と見なす。図１に示すように、入射光１０１と各反射光１０２との成す角は各微小領域の傾き角の２倍となり、各反射光１０２の強度Ｉは微小領域を入射方向に垂直な面に投影した面積Ｓ（以下、散乱断面積）、反射率Ｒ、単位面積当たりの入射光強度Ｉ_iを用いて以下のように求められる。

Ｉ＝ＳＲＩ_i …（１）
放射角度がθ_in未満の散乱光を中心遮光部によって遮光し、任意の放射角θ_out を超える散乱光を可変開口部によって遮光することにより、放射角がθ_in以上θ_out 以下の散乱光の強度を測定する。得られた強度と（１）式を用いることによって傾き角がθ_in／２以上θ_out ／２以下の微小領域の散乱断面積Ｓ_in-outを求めることができる。

可変開口部の開口径を変更することによってθ_outを任意に変更し、（１）式を用いて散乱断面積を求め、微小領域の傾き角範囲と散乱断面積の組み合わせを求める行為を少なくとも２回以上行えば、得られた組み合わせと予め定めておいた形状モデルを用いて該位相欠陥の形状を決定することが可能となる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係わるマスク欠陥の形状測定方法を実施するための装置構成を示す図である。

マスク（ブランクマスク）２０４は、マスク２０４を任意位置に移動させるマスクステージ２０５上にセットされ、マスク２０４及びマスクステージ２０５の上方には平面鏡２０３が設けられている。そして、極端紫外光を放出する光源２０１から発せられた光は、楕円鏡２０２により収束され、更に平面鏡２０３により反射されて、マスク２０４上にマスク面と垂直方向から照射されるようになっている。このときの光照射は、予想される欠陥の大きさよりも大きな面積の一括照射である。

平面鏡２０３の上方には、マスク２０４によって散乱される光のうち放射角が任意角度を超える散乱光を遮蔽し、該任意角度を変更することのできる可変開口部２０６が設けられている。この可変開口部２０６としては、後述する凸面鏡と凹面鏡から構成される光学系の瞳面と呼ばれる位置に設置され、開口の径を変える機構を有しているものであれば良い。また、可変開口部２０６の開口の形状は、平面鏡２０３の設置位置を中心とする円形となっている。

平面鏡２０３の上方には、マスク２０４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を遮蔽し、且つ可変開口部２０６を透過した散乱光を後述する凹面鏡と共に結像させる遮蔽部（凸面鏡）２０７が設けられている。即ち、平面鏡２０３による光照射位置の中心点の直上に凹面鏡２０７が配置され、この凹面鏡２０７の裏面が遮蔽部として機能するようになっている。

可変開口部２０６及び凸面鏡２０７の上方には、可変開口部２０６を透過した散乱光を結像させる凹面鏡２０８が設けられている。そして、凹面鏡２０８で反射された散乱光は、凸面鏡２０７により反射され、検出器２０９上に結像するようになっている。

検出器２０９は、例えばＣＤＤ撮像素子であり、検出器２０９の検出出力はパーソナルコンピュータ２１０に供給される。そして、このパーソナルコンピュータ２１０により、検出部２０９にて検出された該散乱光の強度を取り込み、散乱部傾き範囲と散乱断面積を計算し、位相欠陥の形状モデルを用いて該位相欠陥の形状を決定するようになっている。

次に、上記の装置を用いたマスク位相欠陥の形状測定方法を実施する際のフローチャートを図３に示し、以下に説明する。

ここで、多層膜表面上の位相欠陥例として、図４及び図５に示す形状を想定する。図４は予め想定した位相欠陥の断面形状を示す図であり、図５は予め想定した位相欠陥の高さ情報を示す等高線図である。断面形状は、境界部４０１，４０３、側壁部４０２、平坦部４０４から構成され、境界部４０１と４０３はそれぞれ１８０度反転した既知の形状であり、側壁部４０２の幅と高さ、平坦部４０４の幅は未知であるとする。境界部４０１，４０３と側壁部４０２の傾き角は、側壁中心４０５が最大（θ_n ／２）であり、上部又は下部に向かって均等に緩やかになっているとする。

まず、境界部からのみ発生する散乱光を以下のように測定する。放射角がθ₀未満の散乱光は遮蔽部２０７によって遮蔽されるので、可変開口部２０８の開口径を変更することにより（図３のフローチャートにおけるステップＳ１）、放射角θ₀ 以上θ₁以下の散乱光強度Ｉ₁を測定する（ステップＳ２）。（１）式を用いて、傾き角θ₀／２以上θ₁／２以下の領域５０１の散乱断面積Ｓ₁を求める。このとき、散乱光強度と散乱断面積の比例係数を実験的に予め求めておき、該比例係数を用いて散乱光強度Ｉ₁から断面積Ｓ₁を求めることも可能である。領域５０１は境界部の一部であるため、その幅Δ₁は既知であるとする。得られた断面積Ｓ₁と幅Δ₁を用いて、位相欠陥の半径ｒは以下のように求められる（ステップＳ３）。

ｒ＝Ｓ₁／（４πΔ₁） …（２）
即ち、領域５０１が半径ｒの地点から内側と外側に同じ距離αだけ離れて位置するものとすると、２つの領域５０１の総面積Ｓ１は、
Ｓ₁＝２π（ｒ＋α）Δ₁＋２π（ｒ−α）Δ₁
＝４πｒΔ₁
_{となり、これから半径ｒは前記（２）式で求められることになる。}
次いで、可変開口部２０６の開口径を変更し（ステップＳ４）、放射角θ₀以上θ₂以下の散乱光強度Ｉ₂を測定する（ステップＳ５）。これにより、放射角θ₁を超えθ₂以下の散乱光強度Ｉ_2-1 は（Ｉ₂−Ｉ₁）によって得られる。得られた強度Ｉ_2-1 から（１）式により傾き角θ₁／２を超えθ₂／２以下の領域５０２の散乱断面積Ｓ_2-1を求める。得られたＳ_2-1、散乱光強度Ｉ₁から得られた半径ｒ、及び前記（２）式を用いて領域５０２の幅Δ_2-1を求める。最大傾き角はθn／２であるため放射角θn 以上では散乱光強度が飽和することを利用し、得られた散乱光強度が飽和するまで、可変開口部の開口径を変更し、散乱断面積と幅を求める工程を繰り返す（ステップＳ６，Ｓ７）。

このようにして得られた傾き角範囲と幅の組み合わせにより、以下のように該位相欠陥の断面形状を出力する（ステップＳ８）。具体的には、傾き角θ₁／２以下の断面形状は既知であり、傾き角θ₁／２を超えθ₂／２以下の領域は、傾き角(θ₁＋θ₂)／４、幅Δ_2-1 の直線で表し、同様に傾き角θ_n-1／２を超えθn／２以下の領域は、傾き角(θ_n-1＋θ_n)／４、幅Δ_n-(n-1)の直線で表すことにより、図６に示す断面形状６０１，６０２，６０３を得る。そして、中心軸６０５を中心に断面形状６０１，６０２，６０３を回転させた形状を、位相欠陥の形状として出力する。

上記例では、ブランクマスクの表面隆起を想定したものであるが、図４の上下反転した表面陥没についても同様の手法で形状を求めることが可能である。

なお、ブランクマスクの表面ラフネスと呼ばれる細かな起伏等の原因によって、無欠陥であっても微弱な散乱光（バックグラウンド）が発生し、該バックグラウンドの強度は可変開口部の開口径によって変化する場合がある。この場合、図７のようにバックグラウンド強度と可変開口部の関係を予め求めておき、上記散乱光強度からバックグラウンド強度を差し引いた値を上記散乱光強度として用いると、より高精度な測定が可能となる。

このように本実施形態によれば、ＣＣＤ画素サイズに比べて非常に小さな位相欠陥の形状を測定することが可能になり、検査コストの低減に効果がある。

露光装置にてマスク上に形成された回路パターンを半導体ウェハに転写する際、特許文献１，２などの技術によって検出された欠陥の全てがウェハ転写パターンに致命的な影響を与える訳ではなく、露光装置の開口数などの露光条件や転写されるパターンなどによっては、影響が無視できる場合もある。従って、本実施形態のように欠陥の形状を正確に把握できることは、露光の際に欠陥がどの程度の影響を及ぼすかを見積もることができ、マスクの生産効率向上のために非常に重要である。

また本実施形態では、先に説明した特許文献３では実現できない、欠陥形状を出力することを可能としているため、転写リスク０％又は１００％以外の場合においても、正確に転写できるかどうかを判定することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係わるマスク位相欠陥の形状測定方法を、図８のフローチャートを参照して説明する。なお、本実施形態に用いる装置の構成は前記図１と同様である。

まず、マスク上の位相欠陥の形状測定を行う前に、マスク上の位相欠陥の有無及びその位置を検出する（ステップＳ１１）。測定者は、図２の装置のマスクステージ２０５にブランクマスク２０４をセットする。光源２０１から発せられる光は楕円鏡２０２と平面鏡２０３によってブランクマスク面を照射する。可変開口部２０６を任意に設定し、検出器２０９にて散乱光が検知された場合は、欠陥がブランクマスク２０４上に存在すると判断し、ステージ２０５の位置座標と検出器２０９にて得られる画像のピクセル位置をパーソナルコンピュータ２１０に記憶する。マスクステージ２０５を移動させ、該ブランクマスク全面を走査することによって、該ブランクマスク上に存在する全ての欠陥位置を特定する。

次いで、全ての欠陥位置で欠陥形状を測定したか否かを判定し（ステップＳ１２）、終了していなければ、マスクステージ２０５によって得られた欠陥位置に移動し（ステップＳ１３）、第１の実施形態と同様の手法（ステップＳ１〜Ｓ８）を用いて欠陥の形状を測定する。そして、上記欠陥位置での欠陥形状の測定が終了したらステップＳ１２に戻り、次の欠陥位置に移動し、欠陥の形状を測定する工程を、得られた全ての欠陥位置について行う。

このように本実施形態によれば、先の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、マスクブランクス上の欠陥位置の特定と、欠陥の形状測定を同一の装置で行うことが可能となり、欠陥位置特定と形状測定に要する時間を大幅に短縮できる効果がある。

（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、マスクの位相欠陥の形状測定を行ったが、予め欠陥形状の許容範囲を定めておけば、測定された欠陥形状と該形状の許容範囲とを比較することにより、マスクの良否を判定することも可能である。

また、マスクからの散乱光を検出するための装置構成は、前記図２に示すような可変開口部、遮光部、凹面鏡、凸面鏡等を用いた構成に何ら限定されるものではなく、所定角度範囲の散乱光を検出できるものであればよい。さらに、マスクを傾けることにより、角度範囲を変えることも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

１０１…入射光
１０２…散乱光
１０３…位相欠陥
１０４…マスク（ブランクマスク）
２０１…光源
２０２…楕円鏡
２０３…平面鏡
２０４…マスク
２０５…マスクステージ
２０６…可変開口部
２０７…遮光部（凸面鏡）
２０８…凹面鏡
２０９…検出器
２１０…パーソナルコンピュータ
４０１，４０３…境界部
４０２…側壁部
４０４…平坦部
４０５…側壁中心
５０１…傾き角θ₀／２を超えてθ₁／２以下の領域
５０２…傾き角θ₁／２を超えてθ₂／２以下の領域
５０３…傾き角θ_n-1／２を超えてθ_n／２以下の領域
６０１…傾き角θ₀／２を超えてθ₁／２以下の領域
６０２…傾き角θ₁／２を超えてθ₂／２以下の領域
６０３…傾き角θ_n-1／２を超えてθ_n／２以下の領域
６０５…中心軸

Claims

露光用マスク上に存在する位相欠陥の形状を測定する方法であって、
前記マスクに入射する任意波長の検査光が前記マスク上の位相欠陥によって散乱される光の角度範囲のうち、前記位相欠陥上における散乱領域の幅を予測することのできる角度範囲を予め求めておき、該角度範囲に散乱する光の強度を測定する第１のステップと、
予め定めた関係式を用いて、前記第１のステップで測定された散乱光強度から前記位相欠陥の径を算出する第２のステップと、
次いで前記第１のステップで測定する散乱光の角度範囲を変更し、該角度範囲における散乱光強度を測定する第３のステップと、
予め定めた散乱光強度と散乱断面積との関係式を用いて、前記第３のステップで得られた散乱光強度から散乱断面積を算出する第４のステップと、
前記第３のステップと前記第４のステップを前記散乱光強度が飽和するまで繰り返す第５のステップと、
次いで予め定めた位相欠陥の形状モデルに従い、前記第２のステップで得られた位相欠陥の径と前記第４のステップで得られた各散乱断面積を用いて前記マスク上の位相欠陥の形状を決定する第６のステップと、
を含むことを特徴とするマスク欠陥の形状測定方法。
前記第４のステップで用いる関係式として、前記散乱光強度と散乱断面積は比例の関係にあるとし、比例係数を予め定めておくことを特徴とする、請求項１記載のマスク欠陥の形状測定方法。
前記位相欠陥の形状モデルを、位相欠陥の断面形状が既知である領域と未知である領域で構成し、位相欠陥の等高線を円形としたことを特徴とする、請求項１記載のマスク欠陥の形状測定方法。
前記第２のステップでは、予め定めた散乱光強度と散乱断面積との関係式及び予め定めた散乱断面積と位相欠陥の径との関係式を用いて、前記第１のステップで測定された散乱光強度から散乱断面積を算出し、該算出した散乱断面積から前記位相欠陥の径を算出することを特徴とする、請求項１記載のマスク欠陥の形状測定方法。
前記第２のステップでは、前記第１のステップで測定された散乱光強度から、前記角度範囲に対応する領域の散乱断面積Ｓ₁を求め、領域の幅Δ₁は既知であるとし、Ｓ₁と幅Δ₁を用いて、位相欠陥の半径ｒを、
ｒ＝Ｓ₁／（４πΔ₁）
と云う関係式を用いて算出することを特徴とする、請求項４記載のマスク欠陥の形状測定方法。
露光用マスク上に存在する位相欠陥の位置を検知し、該位相欠陥の形状を測定する方法であって、
前記マスク上で任意の光を走査し、前記マスクからの散乱光が発生する位置を位相欠陥の位置として検知する第１のステップと、
前記第１のステップで検知された欠陥位置で前記マスクに任意波長の検査光を入射し、前記マスク上の位相欠陥によって散乱される光の角度範囲のうち前記位相欠陥上における散乱領域の幅を予測することのできる角度範囲を予め求めておき、該角度範囲に散乱する光の強度を測定する第２のステップと、
予め定めた関係式を用いて、前記第２のステップで測定された散乱光強度から前記位相欠陥の径を算出する第３のステップと、
次いで前記第２のステップで測定する散乱光の角度範囲を変更し、該角度範囲における散乱光強度を測定する第４のステップと、
予め定めた散乱光強度と散乱断面積との関係式を用いて、前記第４のステップで得られた散乱光強度から散乱断面積を算出する第５のステップと、
前記第４のステップと前記第５のステップを前記散乱光強度が飽和するまで繰り返す第６のステップと、
次いで予め定めた位相欠陥の形状モデルに従い、前記第３のステップで得られた位相欠陥の径と前記第４のステップで得られた各散乱断面積を用いて前記マスク上の位相欠陥の形状を決定する第７のステップと、
を含むことを特徴とするマスク欠陥の形状測定方法。
請求項１〜６の何れかに記載のマスク欠陥の形状測定方法を用いて測定された欠陥形状と予め定めた欠陥形状の許容範囲とを比較することによりマスクの良否を判定することを特徴とする、マスク良否判定方法。