JPH046937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明はステツプアンドリピート露光システム
（step−and−repeat alignment and exposure
system）における欠陥検出方法に関する。この
露光システムはレテイクル（reticle：焦点板）か
ら回路パターンを半導体ウエハに投射してプリン
トするために使われるシステムである。

Ｂ 従来の技術 ステツプアンドリピート露光システムは光感知
性フイルムを持つた半導体ウエハ上に、レテイク
ルの回路パターンをプリントするシステムであ
る。このステツプアンドリピート露光は化学的変
化を発生させる光線を使つて、レテイクルのイメ
ージを反覆して投射することによつて遂行され
る。このような投射システムは、使われるレテイ
クルが、ただ１枚のデバイスパターンの原画を含
んでおり、そのデバイスパターンは１より小さい
縮小率、代表的に言えば10：１又は５：１の縮小
率を有するデバイスを製造するために使われてい
る。レテイクルは問題を生ずることなく長期間の
使用に耐えるように、設計され、製作され、保守
されているけれども、重要な課題として汚染の問
題がある。回路パターンを反覆して露光すること
は、レテイクルのあらゆる欠陥がすべてのチツプ
位置にプリントされるので、レテイクルを無欠陥
で使用することは、全領域露光システム（full
field system）の場合よりもステツプアンドリピ
ート露光システムの方が特に顕著な結果を生ず
る。従つて、ステツプアンドリピート露光システ
ムにおいて、レテイクルの欠陥が各チツプ位置で
繰り返えされるので、レテイクルの汚点は製品の
歩留まりを悪化させるばかりでなく、最終的には
チツプ位置すべてが使用不能になることがある。

このような欠陥を最小限にとどめるために、
種々の技術が開示されている。1978年５月の「固
体回路技術」（Solid State Technology）Vol.21
の60頁乃至71頁の「ホトマスクの完全検査のため
の自動装置」（Automated Equipment for 100
％ Inspection of Photomasks）と題するレビ
ー（Levy）の文献及び1984年４月の「国際的半
導体」（Semiconductor International）の66頁
乃至73頁の「ホトマスク及びレテイクルの欠陥検
出」（Photomask and Reticle Defect
Detection）と題するシンガー（Singer）の文献
はこの問題の一般的な討論と、この技術における
将来期待される解決法について記載している。

米国特許第4443096号はウエハ上に回路パター
ンをプリントするための精密なステツプアンドリ
ピート露光システムに関する装置を開示してい
る。それは、１対の開口した光学検出器がレテイ
クルの投射イメージと同じ部分で整置され且つレ
テイクルのイメージを走査している。２つの光学
的検出器の電気的なイメージの間で生ずるすべて
の相異がレテイクルの中の汚点、即ち欠陥の存在
を表示する。

従つて、上述の米国特許に使われている光学的
な比較器はチツプのアレー上で隣接した２つのチ
ツプ位置のイメージを電子光学的な比較によつ
て、レテイクル中の欠陥を検出している。然しな
がら、光感知性被覆を有する半導体ウエハ上に、
レテイクルのイメージを繰り返し投射して回路パ
ターンをプリントするステツプアンドリピート露
光の技術の場合、レテイクルのすべての欠陥が各
チツプ位置に繰り返す。従つて、欠陥を検出する
ための通常の比較型の技術はステツプアンドリピ
ート露光システムでは機能しない。

レテイクルから汚染粒子を取り除く１つの技術
は、マスクの表面から或る距離のところでマスク
を被つて置かれた薄い透明な保護膜を使うことで
ある。ペリクル（pellicle）と呼ばれるこの薄膜
がマスクを保護するために用いられ、この薄膜上
にあるすべての汚染粒子は焦点面上でピンぼけに
される。ペリクルは米国特許第4131363号に開示
されている。然しながら、ペリクルは或る範囲ま
で、即ち与えられたオフセツトだけを保護する。
若し、欠陥がペリクル上に存在すれば、その欠陥
はウエハ上にプリントされたイメージに影響を与
える。従つて、ペリクルは或る程度までは効果的
であるけれども、然しペリクル自身上の或る大き
さの欠陥は検出し除去する必要がある。この問題
はデバイスのサイズが小さくなればなるほど、よ
り深刻になる。イメージ制御が厳密になると、デ
バイスはペリクルの小さな欠陥に対して、より損
傷を受け易くなる。上述した光学的比較器の技術
は一般にマスクの欠陥を検出するのに使われてい
るけれども、これはペリクルの欠陥を決めるため
或る限られた場合に使うことが出来る。

レビー等は、検出の一形式、即ちKLAインス
ツルーメント社により製造販売されている装置に
よつて他の型の光学比較システムを開示してい
る。本願の発明者は光学的ステツプアンドリピー
ト露光式の微小石版印刷システムに使われるペリ
クルの変数と関連する種々の欠陥のタイプを研究
した。その研究結果は1984年３月のSPIEの
Vol.470の「次期世代の光学式石版印刷の技術」
（Optical Multilithography Technology）
と題する文献に記載されている。これは、半導体
基体の全表面にわたつて繰り返し順序で発生され
たサブミクロンの向い合つたパターンについて、
いくつかの欠陥のタイプが探究されている。上述
のことから明らかなように、ステツパ用のレテイ
クルは繰り返しパターンを含まないので、従来技
術の比較器技術は上述の検査には使うことが出来
ない。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、レテイクル又はペリクルの内
部、又はそれらの表面上にある汚点によつて生ず
る欠陥を検出するのに適用される比較技術を提供
することにある。

Ｄ 問題点を解決するための手段 従来の技術の欠点に鑑みて、本発明は、他のす
べてのチツプ位置イメージを感知出来る程度まで
変化しないで、１つのチツプの位置中の欠陥イメ
ージを強調することによつて、ステツプアンドリ
ピート露光システムにおける欠陥検出の問題を解
決するものである。本発明は、レテイクルの或る
種の汚染のレベルは通常、回路パターンよりもコ
ントラストが低く、露光レベルを若干低下させる
事によりこの汚染が焼付けパターンに影響を及ぼ
さない事を見出したものである。この知見に基づ
き本発明のレテイクルの欠陥検出方法は次の通り
の構成である。

感光被膜面を有する透明基板にレテイクルから
回路パターンをステツプ・アンド・リピート方式
で投射するための露光システムに使用するレテイ
クルの欠陥を検出する方法であつて、 上記感光被膜面の第１の位置を適正な露光条件
の下に十分に露光するステツプと、究極的には欠
陥部分に感光膜が残存しうるような露光不足の条
件に下に上記感光被膜面の第２の位置を露光する
ステツプと、 上記第１及び第２の位置に存在する光学的像を
比較して、欠陥の存在と場所を判別するステツプ
と、 から成るレテイクルの欠陥検出方法。

更に説明を加えると、本発明に従つたステツプ
アンドリピート露光プリンタは、他の回路パター
ンのイメージのすべてを感知出来る程度まで変化
せず、回路パターンのイメージのうちの１つの欠
陥のイメージを強調するような方法で、マスク／
ペリクル組み合わせの２個以上のイメージをプリ
ントすることを用いている。１つの実施例でこの
結果を達成するために１つのイメージを通常の光
度レベルで露光する。これは、必要な忠実度です
べてのマスクパターンをプリントする結果を生ず
る。次に、同じレテイクルを使つて、チツプの第
２位置をより低い光度で露出する。代表的な露出
不足の率は、通常の光度レベルの10％の範囲であ
る。適当な露光材料を使うことによつて、若干の
露出不足は欠陥のある部分にホトレジストを残留
するけれども、無欠陥のパターン領域にはホトレ
ジストは残らない。代表的な露光材料はTNS
ホトレジストである。この技術は２つのチツプ位
置の光学像（optical imagery）を欠陥領域にお
いて顕著に異ならせる結果を生ずる。従つて、適
当な従来の比較技術を使つて、このようにして発
生されたイメージを比較することにより、欠陥位
置の存在を検出することが出来る。本発明の他の
実施例においては、欠陥を強調するために使われ
る露光不足の露光条件に加えて、露光条件の変更
として、露光する時間を変更すること、レテイク
ルを変更することが用いられている。

Ｅ 実施例 第１図を参照すると、マスク／ペリクル上に存
在する欠陥の共通した３種類のタイプが模式的に
示されている。第１図は、一方の側に形成された
クロム又は銀の表面層１２を有する水晶又はホウ
ケイ酸ガラスのような透明の支持体１４を有する
代表的なマスク１０を示している。クロム又は銀
の表面層１２が、図示していないが不透明領域と
透明領域とでパターンを与えていることに注意す
べきである。支持体１４上で支持されたスペーサ
１６を介してペリクル１８，２０がマスクの表面
から離隔して設けられ、クロム又は銀のパターン
を保護する。

第１図に示された３つのタイプの欠陥のうち第
１のタイプ２１はクロムパターン中に発生する欠
陥である。これはランダムにパターン中に生じる
欠陥であり、各チツプ位置に繰り返して発生す
る。

欠陥の第２のタイプはマスク面の何れかの表面
にある汚染である。第１の汚染場所はエレメント
２２で示され、第２の汚染場所はエレメント２４
で示されている。汚染が現われる対向しているマ
スク面の汚染の場所に依存して、一方の汚染は尖
鋭なピントを有し、他方の汚染２４は幾分かピン
ぼけである。最後に、欠陥の第３のタイプ、即ち
ペリクルの汚点がペリクル１８及び２０で夫々欠
陥２６及び２８として示されている。これらの３
つのタイプのすべての欠陥は、本発明に従つて検
出することが出来る。欠陥それ自身についてのよ
り完全な分析がフラムホツツ（Flamhotz）等に
より行なわれている。

第２図を参照して、種々のタイプの欠陥の検出
について、本発明の方法を以下に説明する。

主な欠陥はマスク／ペリクルにおけるものであ
る。第３図に示されたように、他のパターンイメ
ージのすべてを感知しうるほど変化せず、一つの
イメージ中の欠陥のイメージを強調するような態
様で、適当な露出パターンを使つて、マスク／ペ
リクルの２以上のイメージを交互にプリントす
る。従つて、第３図のＡに示されているように、
一つおきのイメージが露出不足でプリントされ
る。代表的な露出機器は５倍のレンズを使つた
GCA6000である。代表的なホトレジストはTNS
1.1ミクロンの厚さである。露光レベルは公称
レベルから、公称レベルの10％のレベルまでであ
る。その結果、欠陥場所は種々の露出レベルにお
いて明らかに相異しているのに反して、無欠陥の
場所は見かけ上は同じである。この事は、レテイ
クル上の汚点又は汚染等の欠陥が回路パターンに
比べて通常はコストラストが低いのでその画像の
存否が露光レベルの大小に依存するためと考えら
れる。ホトレジストが欠陥領域に残留している場
合には、一層明瞭な図形的差異が色及び形として
現られる。

本発明の全般的な方法論から言うと、マスク／
ペリクルの通常の条件からのデビエーシヨン（偏
倚）は異なつた条件の下で２以上のパターンを露
光することによつて決められる。然しながら、同
じような一般的なアプローチを利用したマスク／
ペリクルの他のデビエーシヨンも使うことが出来
る。

本発明の他の実施例は、欠陥場所の検出を時間
的な展開で行うものである。この実施例では、シ
ステムを使用している間で、マスク、又はマスク
とペリクルの組み合わせの欠陥のレベル（汚染の
程度）を時間の関数としてモニタすることが行わ
れている。この実施態様モードにおいて、時間１
において欠陥を持たないチツプ位置は時間２にお
いて汚染、即ち欠陥が累積する。従つて、同じ露
光による異なつた状態が経過時間により並べられ
る。実際には、マスク、又はマスク／ペリクルの
欠陥の時間的展開は以下に述べる技術によつてモ
ニタすることが出来る。

第３図を参照して説明すると、ステツプアンド
リピート露光プリンタ（ステツパ）を使つて、最
初に時間１で１列又は複数列の１つおきの行に露
光する。次に、後続する時間T2、T3、Tnにお
いて、未露光の行の１つにイメージを整置し、且
つ露光不足の光度レベルを使つて露光する。従つ
て、第２図の流れ図の第２番目のステツプに示さ
れた「露光条件の変更」中の「時間を変更する」
は、前述のように露光レベルの変更に加えて、時
間の関数として露光条件を変更する場合を示す。

この技術を使うことによつて、T1状態からの
変化と、マスク／ペリクルの欠陥レベルの時間的
経過とを、隣り合つた１対の行を比較することに
より検出して、マスク面の汚染レベルをモニタす
ることが出来る。この時に、第１の実施例と同じ
プロセスが取られる。即ち、露光による差異が生
じたか否かを決めるために、露光結果の相異を強
調し、次いで隣接する行を比較するプロセスが取
られる。明らかな相異が欠陥の証拠である。

第３の技術はマスク面にランダムに存在する欠
陥を決めることに関している。この技術自体は、
直接的には、本発明とは関係ないが、前述のよう
に露光レベルの変更の技術に加えて使用すると前
述の第１及び第３の欠陥を効果的に検出できるの
で参考のため説明する。これらの欠陥はマスクパ
ターン生成の結果として最初からマスク材料に生
じているものと、ペリクルを設けた後に付着した
ものとがある。これらの欠陥は回路パターンと同
じ尖鋭なイメージをウエハ面上に生じて、無欠陥
パターンの領域として投射する。従つて、これら
の欠陥は、通常の比較器技術によつても、又は上
述の２つの実施例の方法によつても検出すること
が出来ない。

マスク面にランダムに位置する欠陥の存在を決
定するためには、同じ設計で２つの異なつたバー
ジヨン（図形）のレテイクルを交番するペアーで
露光し、そして比較器により比較する。この実施
例が第３図のＣに模式的に示されている。マスク
A1は奇数行で露光され、第２のマスクA2は偶数
行で露光されている。第２図を参照して説明する
と、ステツプ２の露光条件の変更はレテイクルの
変更である。

欠陥はランダムに存在し、ランダムに持ち込ま
れたすべての汚染物質及びパターン欠陥は両方の
マスク（A1及びA2）の両方の同じ位置には生じ
ないので、この技術は両方のマスクを同時に検査
する。ステツパのレテイクル及びマスクは常にペ
アーで製作され、一方のものはバツクアツプ用と
して使用するので、この技術はレテイクルの検査
のために簡単で有効なプロシージヤを与える。こ
の技術においても、上述の２つの実施例と同じ態
様のプロセス、即ち欠陥の存在を決めるための処
理及び比較が行われる。

Ｆ 発明の効果 以上説明したように、本発明は、ステツプアン
ドリピート露光の原理を用いて欠陥を決定する技
術であつて、すべてのチツプ位置における将来の
欠陥がプリント出来る技術を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図はマスク／ペリクルシステムに生じる欠
陥の３つの共通するタイプを説明するための模式
図、第２図は本発明に従つたステツプアンドリピ
ート露光システムにおいて欠陥の位置を決めるス
テツプを説明するための図、第３図は欠陥を検出
するための露光パターンを説明するための図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 感光被膜面を有する透明基板にレテイクルか
   ら回路パターンをステツプ・アンド・リピート方
   式で投射するための露光システムに使用するレテ
   イクルの欠陥を検出する方法であつて、 上記感光被膜面の第１の位置を適性な露光条件
   の下に十分に露光するステツプと、究極的には欠
   陥部分に感光膜が残存しうるような露光不足の条
   件の下に上記感光被膜面の第２の位置を露光する
   ステツプと、 上記第１及び第２の位置に存在する光学的像を
   比較して、欠陥の存在と場所を判別するステツプ
   と、 から成るレテイクルの欠陥検出方法。