JP6891795B2 - フォトマスクブランクの欠陥検査方法、選別方法及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス（半導体装置）などの製造において使用されるフォトマスク（転写用マスク）を製造するために用いるフォトマスクブランクの欠陥検査方法に関し、特に、フォトマスクブランクに形成される厚さが１０ｎｍ以下の薄膜に存在するピンホール等の凹形状の判定に有効なフォトマスクブランクの欠陥検査方法に関する。また、本発明は、フォトマスクブランクの欠陥の凹欠陥検査方法を適用したフォトマスクブランクの選別方法及び製造方法に関する。

半導体デバイス（半導体装置）は、回路パターンが描かれたフォトマスクなどのパターン転写用マスクに露光光を照射し、マスクに形成されている回路パターンを、縮小光学系を介して半導体基板（半導体ウェハ）上に転写するフォトリソグラフィ技術を繰り返し用いることによって製造される。半導体デバイスの回路パターンの継続的な微細化に伴って、露光光の波長はフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ光を用いた１９３ｎｍが主流となっており、露光プロセスや加工プロセスを複数回組み合わせるマルチパターニングというプロセスを採用することにより、最終的には露光波長と比べて十分に小さい寸法のパターンを形成することができる。

パターン転写用マスクは、光学膜が形成された基板（マスクブランク）に、回路パターンを形成することで製造される。このような光学膜（薄膜）は、一般に、遷移金属化合物を主成分とする膜や、遷移金属を含有するケイ素化合物を主成分とする膜であり、目的に応じ、遮光膜として機能する膜や位相シフト膜として機能する膜などが選択される。更に、光学膜の高精度加工を目的とした加工補助膜であるハードマスク膜も含む。

フォトマスクなどの転写用マスクは、微細パターンを有する半導体素子を製造するための原版として用いられるので、無欠陥であることが求められ、このことは当然に、フォトマスクブランクについても無欠陥であることを要求することとなる。また、回路パターンを形成する際には、膜が形成されたフォトマスクブランク上に、加工のためのレジスト膜を形成して電子線描画法など、通常のリソグラフィ工程を経て、最終的にパターンを形成する。従って、レジスト膜にもピンホールなどの欠陥が無いことが要求される。このような事情から、フォトマスクやフォトマスクブランクの欠陥を検出する技術についての多くの検討がなされてきた。

特開２００１−１７４４１５号公報（特許文献１）や、特開２００２−３３３３１３号公報（特許文献２）には、レーザ光を基板に照射し、乱反射する光から欠陥や異物を検出する方法が記載され、特に、検出信号に非対称性を与えて、凸部欠陥であるか凹部欠陥であるかを判別する技術が記載されている。また、特開２００５−２６５７３６号公報（特許文献３）には、一般的な光学マスクのパターン検査を行なうために用いられるＤＵＶ（Deep Ultra Violet）光を検査光に使用する技術が記載されている。更に、特開２０１３−１９７６６号公報（特許文献４）には、検査光を複数のスポットに分割して基板上で複数のスポットを走査し、反射ビームをそれぞれ光検出素子により受光する技術が記載されている。一方、特開２００７−２１９１３０号公報（特許文献５）には、波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光を検査光とするＥＵＶマスクブランクの欠陥の凹凸形状を判定する技術が開示されている。

特開２００１−１７４４１５号公報 特開２００２−３３３３１３号公報 特開２００５−２６５７３６号公報 特開２０１３−１９７６６号公報 特開２００７−２１９１３０号公報

前記の特許文献１〜４に記載されている検査装置はいずれも光学的な欠陥方法を採用し、比較的短時間での広域欠陥検査と欠陥の凹凸判定を可能としている。更に、ＥＵＶマスクブランクに限れば、特許文献５に位相欠陥の凹凸を判断できる方法が記載されている。

しかし、本発明者らが検討したところ、原子間力顕微鏡や電子顕微鏡を併用した検査実験によれば、フォトマスクブランクの検査信号の明部と暗部との配置を調べる従来の方法では凹凸判定ができない場合があることが分かった。すなわち、ピンホール欠陥の検査信号において凹凸を区別するための明部と暗部の配置位置関係が不明瞭な場合がある。特に、先端マスクの加工の為に形成する加工補助層すなわち厚さが１０ｎｍ以下のハードマスク薄膜の欠陥検査においては、上記のような凹凸判定が困難という問題が発生しやすいことがわかった。

このような状況から、前記の特許文献１〜４に記載されている検査装置に基づく実際の検査実験によれば、必ずしも欠陥部表面の凹凸形状を高い精度で判断することができるとは限らないものである。また、特許文献５に記載されている方法はＥＵＶマスクブランク固有の位相欠陥に適用され、現在主流のＡｒＦリソグラフィに使用されるフォトマスクブランクには適用困難な方法である。そのため、従来の手法では困難であった、ハードマスク薄膜に存在する欠陥の凹凸形状を高い精度で判断する手法の確立が望まれていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光学的な欠陥検査方法を用いて、欠陥部の表面形状の凹凸を高い信頼性で判断することができるフォトマスクブランクの欠陥検査方法、特に、マスクパターン加工の際の加工補助層として用いられるハードマスク薄膜に存在する欠陥部の凹凸の判定方法、並びに、フォトマスクブランクの欠陥部の凹凸の判定方法を適用してピンホール欠陥を含む基板を排除するフォトマスクブランクの選別方法及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、種々の光学膜に存在する欠陥における検査信号の光強度分布を検査実験とシミュレーションの両面から検討を重ねた。その結果、上記の光学膜とその下層の光学膜の、検査光に対する複素屈折率の値に依存して、欠陥の観察画像の明暗の変化や明部と暗部の配置位置関係が異なることを見出し、更に種々検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

したがって、本発明は以下のフォトマスクブランクの欠陥検査方法、及びその方法を適用したフォトマスクブランクの選別方法及び製造方法を提供する。
〔１〕
光学的に透明な基板上に少なくとも１層の薄膜を表面に形成したフォトマスクブランクの該薄膜表面に検査光を照射し、検査光が照射された領域からの反射光を捉えてフォトマスクブランクの表面部に存在する欠陥を検査する方法であって、
（Ａ１）少なくとも１層の薄膜を有するフォトマスクブランクを準備する工程と、
（Ａ２）このフォトマスクブランクを移動させて該フォトマスクブランクの表面部に存在する欠陥を検査光学系の観察位置に移動させ、検査光を上記欠陥を含む領域に照射し、検査光が照射された領域からの反射光を、検査光学系を介して上記領域の拡大像として収集する工程と、
（Ａ３）上記拡大像の特徴量を抽出する工程と、
（Ａ４）上記特徴量とフォトマスクブランクの薄膜の態様との組み合わせに基づいて欠陥の形状を判断する工程と
を含み、（Ａ４）工程は、上記拡大像の特徴量とフォトマスクブランクの薄膜の態様との情報に基づいて、予め光学シミュレーションあるいは実験データに基づいて作成した、ピンホール欠陥か凸欠陥かを選択できるテーブルを参照して、欠陥の形状を判断する工程であることを特徴とするフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
〔２〕
（Ａ２）工程における拡大像は、反射光のうち検査光学系を通過する回折成分で生成されるとともに、反射光の０次回折成分（正反射成分）に対して正負の非対称な高次回折成分で形成される拡大像であることを特徴とする〔１〕記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
〔３〕
（Ａ３）工程は、上記拡大像における欠陥部の光強度レベルの変化を欠陥周辺部の光強度レベルと比較する処理工程を含み、光強度の高い明部と光強度の低い暗部の強度差及び明部と暗部の配置位置関係である欠陥検査画像の特徴量を抽出することを特徴とする〔１〕又は〔２〕記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
〔４〕
（Ａ３）工程において、欠陥の拡大像は明部が支配的な画像であるとの特徴量を抽出した場合、被検査フォトマスクブランクの最表面が検査光に対して透明な薄膜であれば、検出した欠陥はピンホール欠陥と判断することを特徴とする〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
〔５〕
（Ａ３）工程において、欠陥の拡大像は暗部が支配的な画像であるとの特徴量を抽出した場合、被検査フォトマスクブランクの最表面の薄膜の検査光反射率が下層の検査光反射率より高い膜構造であれば、検出した欠陥はピンホール欠陥と判断することを特徴とする〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
〔６〕
上記薄膜の膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
〔７〕
上記検査光が、波長２１０〜５５０ｎｍの光であることを特徴とする〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
〔８〕
光学的に透明な基板上に少なくとも１層の薄膜を形成したフォトマスクブランクの該薄膜表面に検査光を照射し、検査光が照射された領域からの反射光を捉えてフォトマスクブランクの表面部に存在する欠陥を検査する検査装置と、
〔１〕〜〔７〕のいずれかに示すフォトマスクブランクの欠陥検査方法の工程を実行するプログラムを有するコンピュータと
を含むフォトマスクブランクの欠陥検査システム。
〔９〕
〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法により判定された欠陥の凹凸形状に基づき、ピンホール欠陥を含まないフォトマスクブランクを選別することを特徴とするフォトマスクブランクの選別方法。
〔１０〕
光学的に透明な基板上に少なくとも１層の薄膜を形成する工程と、
〔９〕記載のフォトマスクブランクの選別方法により、上記薄膜にピンホール欠陥を含まないフォトマスクブランクを選別する工程と
を含むことを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。

本発明によれば、光学的な欠陥検査方法を用いてフォトマスクブランクにおける凹凸形状欠陥を高い信頼性で区別して、特に致命的な欠陥である凹欠陥ないしピンホール欠陥を特定することができる。また、本発明の欠陥検査方法を適用することにより、致命的な欠陥である凹欠陥を有するフォトマスクブランクを確実に排除することができ、致命的な欠陥を含まないフォトマスクブランクを、より低コスト、かつ高い歩留まりで提供することができる。

フォトマスクブランクに欠陥が存在する例を示す断面図であり、（Ａ）、（Ｂ）は凹欠陥であるピンホール欠陥が存在するフォトマスクブランクを、（Ｃ）は凸欠陥が存在するフォトマスクブランクを示す図である。 フォトマスクブランクスの欠陥検査に用いられる検査装置の構成の一例を示す図である。 フォトマスクブランクの表面に存在する凸欠陥とその検査画像の一例を示す図であり、（Ａ）は欠陥部のフォトマスクブランク平面図、（Ｂ）は欠陥部のフォトマスクブランク断面図、（Ｃ）はその凸欠陥の検査画像、（Ｄ）は検査画像の光強度分布の断面図を示す図である。 フォトマスクブランクの表面に存在する凹欠陥とその観察画像の例を示す図であり、（Ａ）は欠陥部のフォトマスクブランク断面図、（Ｂ）は検査画像の光強度分布の断面図を示す図である。 第１の膜態様における構造と検査画像の断面プロファイルを示す図であり、（Ａ）は最上層膜に凹欠陥のピンホール欠陥が存在するフォトマスクブランク断面図、（Ｂ）は欠陥の検査画像を示す図である。 第１の膜態様における構造と検査画像の断面プロファイルを示す図であり、（Ａ）は最上層から２番目の層に凹欠陥が存在するフォトマスクブランク断面図、（Ｂ）は付着異物欠陥が存在するフォトマスクブランク断面図、（Ｃ）は最上層と同じ材質の凸欠陥が存在するフォトマスクブランク断面図、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す欠陥の検査画像を示す図である。 第２の膜態様における構造と検査画像の断面プロファイルを示す図であり、（Ａ）は最上層膜にピンホール欠陥が存在するフォトマスクブランク断面図、（Ｂ）はその欠陥の検査画像の光強度断面プロファイルを示す図である。 フォトマスクブランクの欠陥検査方法の工程の一例を示すフローチャートである。 欠陥検査像の特徴量及び膜態様と、欠陥形状とを対応させたテーブルである。 フォトマスクブランクの良品を判定する工程の一例を示すフローチャートである。 検査用の照明スポットを走査する状況を示す図である。 （Ａ）は実施例１の凹欠陥を有するフォトマスクブランクの断面図であり、（Ｂ）は検査画像の光強度分布の断面プロファイルを示す図である。 （Ａ）は実施例１の凸欠陥を有するフォトマスクブランクの断面図であり、（Ｂ）は検査画像の光強度分布の断面プロファイルを示す図であり、（Ｃ）は異なるサイズの欠陥検査画像の光強度分布の断面プロファイルを示す図である。 （Ａ）は実施例２の凹欠陥を有するフォトマスクブランクの断面図であり、（Ｂ）は検査画像の光強度分布の断面プロファイルを示す図である。 （Ａ）は実施例２の凸欠陥を有するフォトマスクブランクの断面図であり、（Ｂ）は検査画像の光強度分布の断面プロファイルを示す図である。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
フォトマスクブランクの薄膜にピンホールなどの欠陥が存在すると、これを用いて製作したフォトマスク上のマスクパターンの欠陥の原因となる。典型的なフォトマスクブランクの欠陥の例を図１に示す。図１（Ａ）は、透明基板１０１上に、遮光膜あるいはハーフトーン位相シフトマスク用の位相シフト膜などとして機能する光学薄膜１０２が形成されているフォトマスクブランク１００を示す図である。ここで、光学薄膜１０２にはピンホール欠陥ＤＥＦ１が存在している。図１（Ｂ）は、透明基板１０１上に、遮光膜あるいはハーフトーン位相シフトマスク用の位相シフト膜などとして機能する光学薄膜１０２と、光学薄膜１０２の高精度な加工を行なうための加工補助薄膜１０３が形成されているフォトマスクブランク１００を示す図である。ここで、加工補助薄膜１０３にはピンホール欠陥ＤＥＦ２が存在している。このようなフォトマスクブランクから通常の製造工程によりフォトマスクを製造すると、フォトマスクブランク由来の欠陥が存在するフォトマスクとなってしまう。そして、この欠陥はフォトマスクを用いた露光において、パターン転写エラーを引き起こす原因となる。そのため、フォトマスクブランクの欠陥は、フォトマスクブランクを加工する前の段階で検出して、欠陥を有するフォトマスクブランクを排除したり、欠陥の修正を施したりする必要がある。

一方、図１（Ｃ）はフォトマスクブランクの凸欠陥の例を示す図であり、光学薄膜１０２の上に凸欠陥ＤＥＦ３が存在するフォトマスクブランク１００の例を示す図である。欠陥ＤＥＦ３は、光学薄膜１０２と一体化した凸欠陥、あるいはパーティクルのような付着異物凸欠陥の場合がある。このようなフォトマスクブランクから通常の製造工程によりフォトマスクを製造しても、必ずしも致命的なピンホール欠陥は形成されない。また、表面に付着した異物欠陥は洗浄で除去可能であれば、致命的な欠陥とはならない。

このように、フォトマスクブランクに存在する欠陥が、致命的な欠陥であるピンホールなどの凹欠陥か、必ずしも致命的な欠陥ではない凸欠陥かの判定は、フォトマスクブランクの品質保証と、フォトマスクブランク製造における歩留りのカギを握ることになる。そこで、光学的な検査手法により短時間の処理で、かつ高い信頼性で欠陥の凹凸形状を区別できる方法が望まれる。更に、現在主流となっている露光光の波長がフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ光を用いた１９３ｎｍであることを考慮すると、マスクブランク上でサイズが２００ｎｍ以下、望ましくは１００ｎｍ以下の欠陥の凹凸形状を区別できる方法が望まれる。

まず、フォトマスクブランクの欠陥検査に好適に用いられる検査装置、具体的には、フォトマスクブランクの表面部における欠陥の凹凸形状を判定するために好適に用いられる検査装置について説明する。図２は欠陥検査装置１５０の基本構成の一例を示す概念図であり、検査光学系１５１、制御装置１５２、記録装置１５３、表示装置１５４が主な構成要素である。検査光学系１５１は、検査光を発する光源ＩＬＳ、ビームスプリッタＢＳＰ、対物レンズＯＢＬ、フォトマスクブランクＭＢを載置し移動できるステージＳＴＧ及び画像検出器ＳＥを備えている。光源ＩＬＳは、波長が２１０ｎｍ〜５５０ｎｍ程度の光を射出することができるように構成されており、この光源ＩＬＳから射出された検査光ＢＭ１は、ビームスプリッタＢＳＰで折り曲げられ、対物レンズＯＢＬを通してフォトマスクブランクＭＢの所定領域を照射する。フォトマスクブランクＭＢ表面で反射した光ＢＭ２は対物レンズＯＢＬで集められるとともに、ビームスプリッタＢＳＰ、レンズＬ１を透過して画像検出器ＳＥの受光面に到達する。このとき、画像検出器ＳＥの受光面にマスクブランクＭＢの表面の拡大検査画像が形成されるように画像検出器ＳＥの位置が調整されている。そして、画像検出器ＳＥで収集された拡大検査画像のデータは、画像処理演算を施すことにより、欠陥の寸法演算や凹凸形状の判定がなされ、それらの結果は欠陥情報として記録されるようになっている。検査装置１５０は制御装置１５２により制御されて稼働する。制御装置１５２は、制御プログラムや各種の画像演算プログラムを有している。更に、検査データを格納する記録装置１５３や各種の表示を行なう表示装置１５４の動作も制御する。

拡大検査画像は、例えば、画像検出器ＳＥを、ＣＣＤカメラのような多数の光検出素子を画素として配列した検出器とし、フォトマスクブランクＭＢの表面で反射した光ＢＭ２が対物レンズＯＢＬを介して形成する拡大像を２次元画像として一括して収集する直接法で収集することができる。また、検査光ＢＭ１をフォトマスクブランクＭＢ表面で収束させて照明スポットを生成すると共に、検査光を発する光源ＩＬＳに走査機能を持たせて照明スポットを走査し、反射光ＢＭ２の光強度を、逐次、画像検出器ＳＥで収集し、光電変換して記録して、全体の２次元画像を生成する方法を採用してもよい。

更に、欠陥の凹凸を判断させるために反射光ＢＭ２を収集する際に０次回折成分（正反射成分）に対して（正反射成分を中心に）正負の高次回折成分を非対称に収集してもよい。具体的には、フォトマスクブランクＭＢ表面を照明する検査光ＢＭ１の主光線を斜入射にする方法、あるいは主光線は垂直照明であるが反射光ＢＭ２の光路の一部を遮蔽する空間フィルタＳＰＦを設けて、拡大検査画像を画像検出器ＳＥで捉える方法が採用できる。これらの方法を採用することにより、一般的には検査画像光強度分布の明暗の位置関係又は光強度の差から、欠陥の凹凸形状を判定することができる。

次に、検査光ＢＭ１を、その主光線を垂直照明としてフォトマスクブランクＭＢ表面で収束させるとともに走査し、反射光ＢＭ２の光強度を逐次収集して得られる検査画像において、凸欠陥と凹欠陥の検査画像の相違について説明する。反射光ＢＭ２の光強度を収集する際に、空間フィルタＳＰＦの作用により、画像検出器ＳＥに向かう反射光ＢＭ２の右半分が遮蔽されているものとする。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、各々、凸欠陥ＤＥＦ４を有するフォトマスクブランク１００の平面図及び断面図である。これらは、検査光に対して透明な石英基板などの透明基板１０１上に、ＭｏＳｉ系材料からなる光学薄膜１０２が形成されており、その表面ＭＢＳにＭｏＳｉ系材料あるいは他の材料からなる凸欠陥ＤＥＦ４が存在している状態を示している。

この凸欠陥ＤＥＦ４を有するフォトマスクブランクの表面ＭＢＳに、検査光ＢＭ１収束させて照明するとともに走査させ、空間フィルタＳＰＦを介して反射光を収集すると、図３（Ｃ）に示される光強度分布の検査画像が得られる。図３（Ｃ）のＡ−Ａ’線に沿った断面における光強度分布は、図３（Ｄ）に示されるような断面プロファイルＰＲ１となる。断面プロファイルＰＲ１は、凸欠陥ＤＥＦ４の左側は明部、右側は暗部となる凸欠陥に特有な形状を有する。

同様に、図４（Ａ）は、凹欠陥ＤＥＦ５を有するフォトマスクブランク１００の断面図であり、図４（Ｂ）は、この場合に得られる検査画像の光強度分布の断面プロファイルＰＲ２を示す図である。断面プロファイルＰＲ２は、凹欠陥ＤＥＦ５の左側は暗部、右側は明部となる凹欠陥に特有な形状を有する。
しかし、フォトマスクブランクの膜の態様によっては、上述した検査画像の明暗の位置関係だけでは、欠陥が凹欠陥か凸欠陥かを正しく判定できない場合がある。このような場合の例について、以下に説明する。

〔第１の膜態様〕
図５（Ａ）は、凹欠陥を有するフォトマスクブランク１００の断面図である。これは、検査光に対して透明な石英基板などの透明基板１０１上に、ＭｏＳｉ系材料からなる光学薄膜１１２、Ｃｒ系材料からなる光学薄膜１１３、及び厚さ５〜１０ｎｍ程度の検査光に対して実質的に透明な材料、例えば酸化ケイ素からなるハードマスク薄膜１１４が形成されており、ハードマスク薄膜１１４に、ピンホール欠陥などの凹欠陥ＤＥＦ６が存在している状態を示している。この凹欠陥ＤＥＦ６に対して、図２に示される検査光学系を用いて、フォトマスクブランクの表面に上方から検査光を収束照射して走査し、空間フィルタＳＰＦを介して反射光を収集した場合、検査画像の光強度分布の断面プロファイルは図５（Ｂ）に示されるプロファイルＰＲ３となる。この場合、検査画像の光強度分布は、凹欠陥ＤＥＦ６の部分で、実質的には明部のみであり、図４に示される典型的な凹欠陥の検査画像の光強度分布のような明瞭な明暗の位置関係が現われない。

尚、膜構造が図５（Ａ）に示す構造と同じでも欠陥の種類により、様々な検査画像が得られる例を図６に示す。図６（Ａ）は、Ｃｒ系材料からなる光学薄膜１１３に凹欠陥がすでに存在し、その上に欠陥の無い均一な膜厚のハードマスク薄膜１１４が形成され、結果的に表面に凹形状の欠陥ＤＥＦ７が存在する状態を示す。また、図６（Ｂ）はハードマスク薄膜１１４の形成まで無欠陥であるが、その表面にシリコンを主成分とする異物が凸欠陥ＤＥＦ８として付着した状態を示す。更に図６（Ｃ）は、ハードマスク薄膜１１４の表面の一部が凸状の欠陥ＤＥＦ９として存在する状態を示す。これらの欠陥ＤＥＦ７、ＤＥＦ８、ＤＥＦ９の検査画像の断面プロファイルは、それぞれ、図６（Ｄ）に示すプロファイルＰＲ４、図６（Ｅ）に示すプロファイルＰＲ５、図６（Ｆ）に示すプロファイルＰＲ６となる。プロファイルＰＲ４は典型的な凹欠陥の検査画像であるが最表面のハードマスク薄膜１１４には欠陥が存在しないときの検査画像、プロファイルＰＲ５は典型的な凸欠陥の検査画像、更に、プロファイルＰＲ６は一見凹欠陥の検査画像に見えるが、第１の膜態様の場合にこのプロファイルＰＲ６が得られる場合は検査光に対して透明なハードマスク薄膜１１４の凸欠陥である。

以上から、第１の膜態様における欠陥の検査画像において、明部が支配的な検査画像が得られた場合には致命的な欠陥であるピンホール欠陥が存在すると判定できる。第１の膜態様における欠陥の凹凸の判定基準は、図３及び図４に示される典型的な凸欠陥及び凹欠陥の場合と異なる基準であり、第１の膜態様の場合に特有の判定基準である。更に、検査光に対して実質的に透明な材料からなる膜の膜厚が薄い場合、例えば、膜厚が１０ｎｍ以下、特に５〜１０ｎｍの場合に好適である。

〔第２の膜態様〕
図７（Ａ）は、凹欠陥を有するフォトマスクブランク１００の断面図である。これは、検査光に対して透明な石英基板などの透明基板１０１上に、ＭｏＳｉ系材料からなる光学薄膜１２２、及び厚さ１０ｎｍ程度のＣｒ系材料からなるハードマスク薄膜１２３が形成されており、ハードマスク薄膜１２３にピンホール欠陥などの凹欠陥ＤＥＦ１０が存在している状態を示している。ハードマスク薄膜１２３の検査光反射率が光学薄膜１２２の検査光反射率より高いことが、第２の膜態様の特徴である。この凹欠陥ＤＥＦ１０に対して、フォトマスクブランクの表面に上方から検査光を収束照射して走査し、空間フィルタＳＰＦを介して反射光を収集した場合、検査画像の光強度分布の断面プロファイルは図７（Ｂ）に示されるプロファイルＰＲ７となる。この場合、検査画像の光強度分布は、凹欠陥ＤＥＦ１０の部分で、実質的には暗部のみであり、図４に示される典型的な凹欠陥の検査画像の光強度分布のような明瞭な明暗の位置関係が現われない。この場合の凹欠陥が暗部のみとして観察される理由は、凹欠陥ＤＥＦ１０の深さが浅いため欠陥の側面からの反射光の光量が少なく、光強度変化に対して検査光の反射率の影響の方が大きいためであると考えられる。

尚、ハードマスク薄膜１２３に凸欠陥が存在する場合、その検査画像は図３（Ｄ）に示すプロファイルＰＲ１と同等の明部と暗部とが並ぶ検査画像になる。

以上から、第２の膜態様における欠陥の検査画像において、暗部が支配的な検査画像が得られた場合には致命的な欠陥であるピンホール欠陥が存在すると判定できる。第２の膜態様における欠陥の凹凸の判定基準は、図３及び図４に示される典型的な凸欠陥及び凹欠陥の場合と異なる基準であり、第２の膜態様の場合に特有の判定基準である。

次に、本発明の欠陥検査方法を、図８に示されるフローチャートに沿って、更に具体的に説明する。まず、（Ａ１）工程として、欠陥を有する検査対象のフォトマスクブランク（被検査フォトマスクブランク）を準備する（工程Ｓ２０１）。次に、フォトマスクブランク上に存在する欠陥の位置座標情報を取り込む（工程Ｓ２０２）。欠陥の位置座標は、別途、公知の欠陥検査方法により特定された欠陥の位置座標を用いることができる。

次に、（Ａ２）工程として、検査光学系の検査位置に欠陥の位置を合わせ、検査光を、対物レンズを介してフォトマスクブランクの上方から照射し（工程Ｓ２０３）、検査光が照射された領域の反射光を検査光学系の対物レンズを介して欠陥を含む領域の拡大像として収集する（工程Ｓ２０４）。位置合わせは、検査対象のフォトマスクブランクをその面内方向に移動できるステージに載置し、検査対象のフォトマスクブランクの欠陥の位置座標に基づいてステージを上記面内方向に移動させて、欠陥が上記検査光学系の対物レンズの合焦点面に維持させる方法で実施してもよい。

次に、収集した拡大像の光強度分布（画像データ（検査画像）や断面プロファイルなど）から、欠陥部における検査画像の光強度の変化部分の特徴、すなわち拡大像の特徴量を抽出する（工程Ｓ２０５）。

その後、（Ａ４）工程として、工程Ｓ２０５で抽出した拡大像の特徴量と、フォトマスクブランクの膜構造（膜態様）に基づいて欠陥の凹凸形状を判定する（工程Ｓ２０６）。凹凸形状の判定工程の具体例については後述する。尚、検査画像に公知の画像処理を施すことにより、欠陥サイズを予測することもできる。これらの欠陥の凹凸形状や欠陥サイズの予測値を欠陥位置座標とともに欠陥情報として記録する（工程Ｓ２０７）。

次に、予め取り込んだ欠陥位置座標情報に基づく全ての欠陥に対して検査が終了したかを判断し（判断Ｄ２０１）、未了であれば、新たな欠陥の位置を指定して（工程Ｓ２０８）、工程Ｓ２０３に戻り、検査画像データの収集と欠陥の凹凸判断を繰り返す。そして、予め取り込んだ全ての欠陥に対して検査が終了したと判断した場合（判断Ｄ２０１）は、欠陥検査が終了する。

次に、凹凸形状の判定工程の具体例について説明する。図２に示す欠陥検査装置の制御装置に接続される記録装置１５３には、欠陥情報とともに、図９に示すような、欠陥を検出した時の検査信号の特徴と様々なフォトマスクブランクの光学膜（薄膜）の構造との関係を表すテーブルが格納されている。検査信号の特徴とは、欠陥部において明部が支配的な画像、暗部が支配的な画像、左側が明部で右側が暗部の画像、左側が暗部で右側が明部の画像、などである。また、光学膜（薄膜）の構造として、例えば膜構造Ａとは前記の膜態様１であり、検査光に対して透明で膜厚が１０ｎｍ以下のハードマスク薄膜が最表面に形成される構造である。また、膜構造Ｂは前記の膜態様２であり、最表面に形成された膜厚１０ｎｍ以下のハードマスク薄膜の検査光反射率がその下層の光学薄膜の検査光反射率より高い場合である。また、膜構造Ｃとは、最表面にＭｏＳｉ系材料からなる光学薄膜が形成されている構造、更に膜構造Ｄとは、最表面に厚さが２０ｎｍ以上のＣｒ系材料からなる光学薄膜が形成されている構造である。

図９に示すテーブルを参照すると、種々の膜構造において、欠陥検査で得られる検査画像の特徴を抽出すると、その欠陥が致命的なピンホール欠陥であるか、あるいは凸欠陥であるかを識別することができる。すなわち、前記の工程Ｓ２０５で拡大像の特徴量を抽出しているので、欠陥の凹凸形状を判定する工程Ｓ２０６では、被検査基板の膜構造と拡大像の特徴とから欠陥の種類を特定するための、図９に示すテーブルを参照して、欠陥の凹凸形状を識別することができる。特に、致命的なピンホール欠陥であるか否かの判定もできる。

尚、図９に示すテーブルにおける凹欠陥の判断基準は、空間フィルタＳＰＦの光の遮蔽の状況に依存して変化する場合がある。例えば、膜構造Ｃや膜構造Ｄにおいては、空間フィルタの光の遮蔽部分を左右逆に設定すると、拡大像の特徴である明部と暗部の配置位置に対応した凹欠陥と凸欠陥の判定も逆になる。
また、テーブルは検査画像の断面プロファイルに限定されず、２次元光強度分布の画像でも良い。更に、過去の欠陥検査実績や新規の膜態様の導入に応じて逐次追加も可能である。

次に、本発明の欠陥検査方法を採用したフォトマスクの選別方法を、図１０に示されるフローチャートに沿って説明する。まず、被検査フォトマスクブランクを準備し（工程Ｓ２１１）、続いて上記に示したフォトマスクブランクの欠陥検査を実施し、検出された全ての欠陥の凹凸形状とサイズを含む欠陥情報を記録する（工程Ｓ２１２）。その後、記録された欠陥情報のなかに、ピンホール欠陥などの凹欠陥を含むか否かを調べる（判断Ｄ２１１）。凹欠陥が含まれていれば、そのフォトマスクブランクは不良品として選別される（工程Ｓ２１３）。凹欠陥が含まれていない場合は、更に欠陥のサイズ予測値が所定の許容値以下と判断されれば（判断Ｄ２１２）、そのフォトマスクブランクは良品として選別される（工程Ｓ２１４）。逆に、欠陥のサイズ予測値が所定の許容値以上と判断されれば（判断Ｄ２１２）、そのフォトマスクブランクは不良品として選別される（工程Ｓ２１３）。

本発明の欠陥検査方法によれば、フォトマスクブランクの最表面部にハードマスク薄膜などの、例えば膜厚が１０ｎｍ以下の薄膜が形成されている場合に、欠陥検査画像（拡大像）の特徴量を抽出し、膜態様に固有の欠陥凹凸形状を定めるテーブルを参照することにより、欠陥の凹凸形状を高い信頼性で区別することができる。

欠陥の凹凸形状を、高い信頼性で区別できる本発明の欠陥検査方法を、フォトマスクブランクの製造工程に適用することにより、凹欠陥、特にピンホール欠陥を有するフォトマスクブランクを、高い信頼性で抽出して、ピンホール欠陥などの凹欠陥を含まないフォトマスクブランクを選別することができる。また、本発明の欠陥検査方法で得られた欠陥の凹凸形状の情報は、検査票を付帯させることなどの方法により、フォトマスクブランクに付与することができる。

従来は、膜構造に依存してピンホール欠陥の観察画像が異なることの理解が不十分であったため、致命的なピンホール欠陥を見逃したり、あるいは必ずしも致命的な欠陥ではない欠陥を有するフォトマスクブランクを不良品として排除する可能性があった。このことが歩留り低下の要因となっていたが、本発明の欠陥検査方法により、フォトマスクブランクに存在する致命的な欠陥となる凹欠陥を有するフォトマスクブランクを選択的に排除することができるため、製品仕様に合致したフォトマスクブランクを、歩留りよく提供することができる。

以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
第１の膜態様の凹欠陥及び凸欠陥を含むフォトマスクブランクの欠陥検査を実施した。検査装置として、図２に示される検査光学系１５１を含む装置を用いた。光源ＩＬＳから発する検査光の波長は５３２ｎｍ、対物レンズＯＢＬの開口数ＮＡは０．９５である。検査光ＢＭ１は対物レンズＯＢＬを介してフォトマスクブランクＭＢを上方から収束照明する。図１１に示すように、収束された照明スポットは走査手段（図示せず）で欠陥ＤＥＦ６を含むフォトマスクブランク１００の表面ＭＢＳを一方向に走査する。一方、フォトマスクブランクＭＢを載せたステージＳＴＧは前記の走査方向とは直交する方向に間欠的あるいは連続的に移動する。これらの照明スポットの走査とステージの移動との組み合わせにより、照明スポットを欠陥部を含む所定領域内を２次元的に走査した。そして、個々の照明スポットで得られるフォトマスクブランクからの反射光を、対物レンズＯＢＬと反射光の右半分を遮蔽する空間フィルタＳＰＦとレンズＬ１とを通過させて収束させ、その光強度を光検出器ＳＥで収集した。収集した光強度を照明スポットの位置に合わせて２次元的に配置することにより、欠陥の検査画像（拡大像）を生成した。ここで、マスクブランクの表面における照明スポットのサイズは約４００ｎｍであり、欠陥部を含む２次元捜査領域は約３０μｍ×３０μｍの矩形領域とした。

図１２（Ａ）は、第１の膜態様のピンホール欠陥を含むフォトマスクブランク１００の断面図であり、検査光に対して透明な石英基板１０１上に、ＭｏＳｉ系材料からなる厚さ７５ｎｍの光学薄膜１１２、Ｃｒ系材料からなる厚さ４４ｎｍの光学薄膜１１３、及び酸化ケイ素からなる厚さ１０ｎｍのハードマスク薄膜１１４が形成されており、ハードマスク薄膜１１４に直径Ｗ１のピンホール欠陥ＤＥＦ６が存在している状態を示している。欠陥サイズ（＝直径）Ｗ１＝８０ｎｍと３００ｎｍを想定したとき、これらの欠陥を含む領域を上記の照明スポットで走査し、走査位置に対応する反射光強度の配列として得られる検査拡大像の欠陥を含む領域の断面プロファイルを図１２（Ｂ）に示す。この拡大像の特徴は、いずれの欠陥サイズＷ１においても、欠陥の無い領域の反射光強度を基準にして暗部はほとんど現れず、明部が支配的なプロファイルとなったことである。ハードマスク薄膜１１４は検査光に対して実質的に透明なので、反射防止膜の作用がある。そのためハードマスク薄膜１１４の表面は反射率が低下し、その下層面が露出するピンホール欠陥部の反射率が周辺部の反射率より高くなる。その結果、検査画像のピンホール部が明部となった。フォトマスクブランクを検査する段階では、欠陥の真の凹凸形状は不明であるが、被検査フォトマスクブランクが第１の膜態様の光学薄膜構造であることと、欠陥観察像（拡大像）の特徴が明部が支配的であることとに基づいて、図９に示すテーブルを参照すると、欠陥はピンホール欠陥であると判定された。

一方、図１３（Ａ）は、図１２（Ａ）に示す膜構造と同一の第１の膜態様であって凸欠陥ＤＥＦ８を含むフォトマスクブランク１００の断面図である。凸欠陥部の組成として、酸化ケイ素からなるハードマスク薄膜１１４と同一の組成と、アモルファスシリコン（Ｓｉ）の２種を指定した。凸欠陥ＤＥＦ８の幅Ｗ１を８０ｎｍとし、高さＨ１を１０ｎｍ及び３０ｎｍとしたときの検査拡大像の欠陥を含む領域の断面プロファイルを図１３（Ｂ）に示す。Ｗ１＝８０ｎｍの凸欠陥の検査拡大像では、高さや組成に依存して強度レベルは変化するものの、欠陥部は暗部が支配的な検査像となり、図１２（Ｂ）に示すピンホール欠陥の検査像とはプロファイルが異なる。したがって、ピンホール欠陥との区別ができた。

更に、図１３（Ｃ）は、凸欠陥サイズをＷ１＝４００ｎｍｍとしたときの、検査拡大像の欠陥を含む領域の断面プロファイルを示す図である。ここでは、組成が酸化ケイ素のとき欠陥高さをＨ１＝３０ｎｍ、組成がアモルファスシリコンの場合はＨ１＝１０ｎｍとした。この場合、組成が酸化ケイ素のときは欠陥部が暗部となる検査像が得られ、組成がアモルファスシリコンのときは、欠陥部は明部と暗部とが並ぶ検査像が得られた。いずれもピンホール欠陥の検査像とは異なるので、区別できる。

ここで、検査画像のプロファイルや画像のコントラストを利用した演算処理により、検査画像から欠陥サイズを予測することができる。マスクブランクス製造における欠陥検査工程において、図１３（Ｃ）の検査像が得られた場合、欠陥サイズは３００ｎｍを超える値と推定することができる。ここで、例えば許容欠陥サイズを１００ｎｍとすれば、致命的なピンホール欠陥ではないが許容値以上の凸欠陥が存在すると判断して、そのフォトマスクブランクを不良品として選別できる。

以上から、光学薄膜の上に反射防止膜として作用する薄膜のハードマスク薄膜が形成されたフォトマスクブランクにおいては、欠陥の検査画像の光強度分布が明部が支配的であれば致命的なピンホール欠陥、暗部が支配的あるいは左側が明部で右側が暗部であれば凸欠陥である。これらの情報を予め膜構造Ａにおける検査拡大像の特徴として、図９に示すテーブルに格納した。そして、第１の膜態様における欠陥検査においては、テーブルにおける膜構造Ａを参照して正しい凹凸判定を行なうことができ、致命的なピンホール欠陥を特定することができた。

［実施例２］
第２の膜態様の凹欠陥及び凸欠陥を含むフォトマスクブランクの欠陥検査を実施した。検査装置として、図２に示される検査光学系１５１を含む装置を用いた。ただし、検査波長は３５５ｎｍ、対物レンズＯＢＬの開口数ＮＡは０．８５であり、実施例１で使用した検査光学系より解像度が高いので、照明スポットサイズは約３８０ｎｍとなった。２次元走査領域は、上記の実施例１と同一である。図１４（Ａ）に示されるフォトマスクブランク１００は、検査光に対して透明な石英基板１０１上に、ＭｏＳｉ系材料からなる膜厚７５ｎｍの光学薄膜１２２、及び厚さ１０ｎｍのＣｒ系材料からなるハードマスク薄膜１２３が形成されており、ハードマスク薄膜１２３にピンホール欠陥などの凹欠陥ＤＥＦ１０が存在している状態を示している。

凹欠陥ＤＥＦ１０の幅を８０ｎｍとし、深さＤ２を５ｎｍ（ハードマスク薄膜１２３を貫通していない凹欠陥）と１０ｎｍ（ハードマスク薄膜１２３を貫通した凹欠陥）との２種類としたときの、検査画像の光強度の欠陥を含む領域の断面プロファイルを図１４（Ｂ）に示す。いずれの深さにおいても、欠陥検査像は暗部が支配的なプロファイルであり、明部は現れなかった。

一方、図１５（Ａ）は、図１４（Ａ）に示す膜構造と同一の第２の膜態様における凸欠陥ＤＥＦ１１を含むフォトマスクブランク１００の断面図である。凸欠陥ＤＥＦ１１の組成をＣｒ系材料からなるハードマスク薄膜１２３そのものとシリコン異物（パーティクル）も２種とし、その幅Ｗ２を８０ｎｍ、高さＨ２を１０ｎｍとしたときの検査拡大像の欠陥を含む領域の断面プロファイルを図１５（Ｂ）に示す。凸欠陥の検査拡大像は、いずれの組成でも、欠陥部の左側が明部、右側が暗部となった。組成に依存して強度レベルは変化するものの、図３（Ｄ）に示される典型的な凸欠陥の光強度分布（断面プロファイルＰＲ１）と同様の明暗の位置関係となる。

以上から、光学薄膜の上に高反射率材料からなるハードマスク薄膜などの薄膜が形成されたフォトマスクブランクにおいては、欠陥の検査画像の光強度分布が暗部が支配的であれば致命的なピンホール欠陥、左側が明部で右側が暗部であれば凸欠陥である。

検査波長を３５５ｎｍとしたときのこれらの情報を予め膜構造Ｂにおける検査拡大像の特徴として、図９に示すテーブルに格納した。そして、第２の膜態様における欠陥検査においては、テーブルにおける膜構造Ｂを参照して正しい凹凸判定を行なうことができ、致命的なピンホール欠陥を特定することができた。

１００ フォトマスクブランク
１０１ 透明基板
１０２、１０３、１１２、１１３、１２２ 光学薄膜
１０３、１１４，１２３ 加工補助薄膜又はハードマスク薄膜
１５０ 欠陥検査装置
１５１ 検査光学系
１５２ 制御装置
１５３ 記録装置
１５４ 表示装置
ＢＭ１ 検査光
ＢＭ２ 反射光
ＢＳＰ ビームスプリッタ
ＤＥＦ１、ＤＥＦ２、ＤＥＦ５、ＤＥＦ６、ＤＥＦ７、ＤＥＦ１０ 凹欠陥ないしピンホール欠陥
ＤＥＦ３、ＤＥＦ４、ＤＥＦ８、ＤＥＦ９、ＤＥＦ１１ 凸欠陥
ＩＬＳ 光源
Ｌ１ レンズ
ＭＢ フォトマスクブランク
ＯＢＬ 対物レンズ
ＳＥ 光検出器
ＳＴＧ ステージ
ＳＰＦ 空間フィルタ

Claims (10)

1. 光学的に透明な基板上に少なくとも１層の薄膜を表面に形成したフォトマスクブランクの該薄膜表面に検査光を照射し、検査光が照射された領域からの反射光を捉えてフォトマスクブランクの表面部に存在する欠陥を検査する方法であって、
   （Ａ１）少なくとも１層の薄膜を有するフォトマスクブランクを準備する工程と、
   （Ａ２）このフォトマスクブランクを移動させて該フォトマスクブランクの表面部に存在する欠陥を検査光学系の観察位置に移動させ、検査光を上記欠陥を含む領域に照射し、検査光が照射された領域からの反射光を、検査光学系を介して上記領域の拡大像として収集する工程と、
   （Ａ３）上記拡大像の特徴量を抽出する工程と、
   （Ａ４）上記特徴量とフォトマスクブランクの薄膜の態様との組み合わせに基づいて欠陥の形状を判断する工程と
   を含み、（Ａ４）工程は、上記拡大像の特徴量とフォトマスクブランクの薄膜の態様との情報に基づいて、予め光学シミュレーションあるいは実験データに基づいて作成した、ピンホール欠陥か凸欠陥かを選択できるテーブルを参照して、欠陥の形状を判断する工程であることを特徴とするフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
2. （Ａ２）工程における拡大像は、反射光のうち検査光学系を通過する回折成分で生成されるとともに、反射光の０次回折成分（正反射成分）に対して正負の非対称な高次回折成分で形成される拡大像であることを特徴とする請求項１記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
3. （Ａ３）工程は、上記拡大像における欠陥部の光強度レベルの変化を欠陥周辺部の光強度レベルと比較する処理工程を含み、光強度の高い明部と光強度の低い暗部の強度差及び明部と暗部の配置位置関係である欠陥検査画像の特徴量を抽出することを特徴とする請求項１又は２記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
4. （Ａ３）工程において、欠陥の拡大像は明部が支配的な画像であるとの特徴量を抽出した場合、被検査フォトマスクブランクの最表面が検査光に対して透明な薄膜であれば、検出した欠陥はピンホール欠陥と判断することを特徴とする請求項１、２又は３記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
5. （Ａ３）工程において、欠陥の拡大像は暗部が支配的な画像であるとの特徴量を抽出した場合、被検査フォトマスクブランクの最表面の薄膜の検査光反射率が下層の検査光反射率より高い膜構造であれば、検出した欠陥はピンホール欠陥と判断することを特徴とする請求項１、２又は３記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
6. 上記薄膜の膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
7. 上記検査光が、波長２１０〜５５０ｎｍの光であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法。
8. 光学的に透明な基板上に少なくとも１層の薄膜を形成したフォトマスクブランクの該薄膜表面に検査光を照射し、検査光が照射された領域からの反射光を捉えてフォトマスクブランクの表面部に存在する欠陥を検査する検査装置と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に示すフォトマスクブランクの欠陥検査方法の工程を実行するプログラムを有するコンピュータと
   を含むフォトマスクブランクの欠陥検査システム。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項記載のフォトマスクブランクの欠陥検査方法により判定された欠陥の凹凸形状に基づき、ピンホール欠陥を含まないフォトマスクブランクを選別することを特徴とするフォトマスクブランクの選別方法。
10. 光学的に透明な基板上に少なくとも１層の薄膜を形成する工程と、
    請求項９記載のフォトマスクブランクの選別方法により、上記薄膜にピンホール欠陥を含まないフォトマスクブランクを選別する工程と
    を含むことを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。

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