JPS63307728A - Ｘ線マスク検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子の製造に用いるＸ線リソグラフィ
用の転写マスクおよびその検査装置に係シ、特に検査に
おける焦点合せに好適なＸマスク検査装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、Ｘ線露光に用いるマスク（以下、Ｘ線マスクと呼
ぶ）の構造については、セミコンダクタ・インタナショ
ナル、１９８３年版９月号、第６０頁から第６７頁（Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌ。

Ｓｅｐ、１９８３　、　ｐ、　６０〜６７　）において
論じられている。第３図にその断面構造の一例を示す。

図中、１はシリコン基板、２はボロン窒化物またはシリ
コン窒化物などの重原子からなる厚さ６〜６μｍ程度の
Ｘ線透過膜、３はポリイミドからなる厚さ２μｍ程度の
Ｘ線透過膜、４は金、メンタル等の重原子からなる厚さ
１μｍ程度のＸ線吸収体パターン、２０はポリイミドか
らなる厚さ２μｍ程度の保護膜である。このＸ線マスク
は、シリコン基板１上にＸ線透過膜２，６を形成し、さ
らに、その上にＸ線吸収体パターン４を形成、パターニ
ングをした後、保護膜２０を被着し、その後、Ｘ線吸収
体パターンが形成された領域のシリコン基板をエツチン
グにより除去して作成される。保護膜２０はない場合も
ある。

第４図にＸ線露光の原理を示す。Ｘ線マスク１０は、Ｘ
線感光レジスト２３を塗布したウエノ・２２上に、１０
数μｍの間隔で、シリコン基板１を上にして配置される
。ＸＷＭマスク１０上の上方に十分能して置かれたＸ線
源２１からＸ線が照射され、Ｘ線マスク１０上のパター
ンとパターンの間からマスクを透過したＸ線がレジスト
２３を感光させパターンを転写する。

Ｘ線マスクは、そのパターンが大量のウエノ・に転写さ
れるので、Ｘ線マスク上に欠陥がおると、大量の不良を
生じてしまう。このため、半導体の歩留り向上にはマス
クパターンの検査・修正力不可欠でちる。

Ｘ線マスクパターンは第４図に示したようにウェハ上に
１：１の大きさで転写されるため、マスクパターン線幅
はウェハ上のパターン線幅と同じ大きさのＱ、５μｍ以
下であり、検査・修正すべき欠陥の大きさは（１，１μ
ｍ以下である。したがって、従来の光学式マスク検査装
置は、解像度が不足し、利用できない。このため、より
解像度の高い電子ビームやイオンビームを用いて検査・
修正を行なう。

第５図に電子ビームを用いたマスク検査装置の構成を示
す。図中、６は電子銃、７はコンデンサレンズ、８は偏
向コイル、９は対物レンズ、１０はＸ線マスク、１１は
透過電子検出器、１２は欠陥判定回路、１３は偏向回路
、１４は励磁電流制御回路、１５はＸＹテーブル、１６
は制御用コンピュータ、１８は微分回路、１９はピーク
検出回路である。電子銃６から照射された電子ビームは
、コンデンサレンズ７および対物レンズ９により、Ｘ線
マスク１０上にスポット状に集束される。偏向コイル８
は偏向回路１３が発する鋸歯状波により駆動され、電子
ビームスポットをＸ線マスク１０上で２次元的に走査す
る。透過電子検出器１１は、Ｘ線マスク１０の下方に配
置され、Ｘ線１０を透過した電子を検出する。電子ビー
ムが原子番号の大きいＸ線吸収体パターンに当ると、大
きく散乱または反射されるので、透過電子検出器１１に
入射する電子数は少なく、原子番号の小さいＸ線透過膜
では電子ビームがわずかしか散乱しないので、検出電子
数が多くなる。したがって、透過電子検出器１１の串力
信号は、電子ビームがＸ線吸収体パターンに入射してい
るときは小さく、Ｘ線透過膜に入射しているときは大き
い値をとる。検査は、透過電子検出器の出力信号と、Ｘ
線マスクの設計情報から創成された理想パターン信号と
を比較し、その不一致部分から欠陥を判定することによ
って行なう。偏向コイル８で走査可能な範囲は限られて
いるので、その走査可能な範囲の検査が終了すると、Ｘ
Ｙテーブル１５によりＸ線マスク１０を動かし、新たな
検査領域を検査する。このようにＸＹテーブル１５によ
る移動と検査をくり返し、マスク全面にわたって検査を
行なう。

マスク全面を検査するには数時間を要する。したがって
、電子光学系の熱変形、マスクのたわみ等の影響を受け
ずに、マスクパターンを高解像度で検査するには、自動
焦点合せ機構が不可欠である。従来の自動焦点合せは、
マスク上の検査すべきパターンを用いて行なわれていた
。第６図にパターンの一例を、第７図にマスク上のビー
ム径を変えた場合のパターン検出信号の例を示す。第６
図のパターンを図中矢印で示すように電子ビームで走査
すると、第７図（ａ）に示すように、ビーム径が小さい
ほど信号の立上シが急となシ、この状態が焦点が合って
いる状態である。したがって、検出信号を微分回路１８
で微分すれば、第８図に示すような信号が得られ、ビー
ム径が小さいほど、微分回路出力信号のピーク値が大き
くなることがわかる。以上から、合焦点位置を求めるに
は、対物レンズ９の励磁電流を励磁電流制御回路１４で
少しずつ変化させて、変化前と変化後のパターン検出信
号の微分信号のピーク値を比較することにより、そのピ
ーク値が最大となる励磁電流を求めればよい。このよう
な電子光学系の自動焦点合せ・　機構については、特公
昭５９−１７４９６号に開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術には次に述べるような問題点があった。

すなわち、Ｘ線マスクに描画されるパターン密度は一定
ではなく、検査領域によっては、必ずしも焦点合せに使
用できるパターンがあるとは限らないし、またパターン
密度が低い場合には、ビームを一定の場所で１次元的に
走査しても、パターンを検出できない場合がある。第９
図に示すコンタクトホールパターンがその一例で１、こ
の場合は、ビームを２次元的に走査してパターンを検出
しなければならない。前述したように１合焦点位置を求
めるには、対物レンズの励磁電流を少しずつ変えて何回
もパターンを検出しなければならないので、ビームを２
次元にわたって走査すると。

合焦点位置を求めるのに長時間を要する。

本発明の目的は、検査領域内でのＸ線吸収体パターンの
有無、パターン密度にかかわらず、マスク検査に用いる
電子ビームの合焦点位置を高速で求めることができるＸ
線マスク検査装置を提供することＫある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明のＸ線マスクは。

Ｘ線吸収体パターン上に、低原子番号でかつ２次電子発
生効率の高い物質によシ、Ｘ線露光の障害とならない程
度に薄いしま状パターンをマスク検査領域全域にわたっ
て形成したことを特徴とするものである。

また、本発明のＸ線マスク検量装置は、上記マスクを透
過するに十分なエネルギーを持つ電子ビームを発生する
手段と、その電子ビームをマスク上に集束する手段と、
電子ビームを走査する手段と、マスクを透過した電子を
検出する手段と、透過電子検出信号をＸ線マスク設計情
報から創成された理想パターンの信号と比較し、その不
一致部分から欠陥を判定する手段と、マスクから発生す
る２次電子を検出する手段と、次電子検出信号号を微分
する手段と、電子ビームの１走査における次電子検出信
号号微分値のピーク値を検出する手段と、電子ビームの
集束位置をビーム軸方向に変更する手段と、電子ビーム
１走査ごとにビーム集束位置を１ステップずつ変化゛さ
せて、その変化前と変化後における次電子検出信号号微
分値のピーク値を比較することによシ、そのピーク値が
最大となるビーム集束位置を求め、これを合焦点位置と
して保持する焦点合せ制御手段を備えたことを特徴とす
るものである。

〔作用〕

第１０図に本発明によるＸ線マスクの断面構造およびそ
の中の電子の挙動を示す。図中％　５は低原子番号で、
かつ２次電子発生効率が高い、例えばアルミニウムのよ
うな物質で形成した焦点合せ用しま状パターンである。

第１１図はこれを上方から見た図であり、マスク１０に
は第１１図の符号２６で示したピンホール欠陥、符号２
７で示したパターン残り欠陥が存在するものとする。焦
点合せ用パターン５は、電子ビーム走査方向と直角とな
るようにマスク検査領域全域にわたって形成され、その
パターン膜厚はＸ線露光に支障のない程度の薄さとする
。

第１０図に示すように、検査時に電子ビーム２４がマス
ク１０に入射すると、焦点合せ用パターン５から２次電
子２５が発生するとともに１入射した電子は焦点合せ用
パターン５をつき抜けて本来のＸ線吸収体パターン４ま
たはＸ線透過膜２，５に入射し、マスクの下方に配置さ
れた透過電子検吊器１１に達する。焦点合せ用パターン
５は、低原子番号の物質による、Ｘ線吸収体パターン４
に比べて十分薄い膜で形成されているので、焦点合せ用
パターン５による電子ビームの散乱はわずかである。し
たがって、透過電子検出器１１の検出信号は、第１２図
に示すように、欠陥２６．２７を検出した場合と焦点合
せ用パターン５を検出した場合とでは信号の変化量が異
なるので１両者は容易に識別でき、欠陥判定に支障を生
じない。また、マスク１０の全面に焦点合せ用パターン
５がビームの走査方向と直角になるように形成されてい
るので、マスク１０の上方に配置された２次電子検出器
１７には、電子ビームの１走査ごとに必ず焦点合せ用パ
ターン５からの２次電子が検出される。

第１３図にその検出例を示す。焦点合せは、電子ビーム
の各１次元走査ごとにビーム集束位置変更手段である対
物レンズの励磁電流を少しずつ変え、２次電子検吊器出
力微分信号（第１４図に示す）のピーク値が最大となる
励磁電流を求めること忙よって行なう。したがって、従
来の２次元走査ごとに励磁電流を変えて合焦点励磁電流
を求める方式に比べ、高速で自動焦点合せができる。

また、マスク全面に焦点合せ用パターンが存在するので
、本来のＸ線吸収体パターンに依存せずに、確実に合焦
点位置が求められる。

〔実施例〕

第１図に本発明のＸ線マスクの一実施例を示す。

図中、１はシリコン基板、２は厚さ２μｍのボロン窒化
物忙よるＸ線透過膜、３は厚さ２μｍのポリイミドによ
るＸ線透過膜、４は厚さ１μｍの金によるＸ線吸収体パ
ターン、５は厚さα１μｍのアルミニウムによる焦点合
せ用しま状パターンである。

焦点合せ用パターン５は、Ｘ＠吸収体パターン４の形成
後、スパッタリング等により形成、バターニングをする
。線幅はＸ線吸収体パターンのように微細である必要は
なく２〜３μｍ程度で十分である。ただし、パターンエ
ツジは、電子ビーム径と同程度にシャープに立上るよう
に加工する。パターンの方向は、第１１図に示したよう
Ｋ、電子ビーム走査方向に対し直角とする。パターン密
度は、電子ビームの１走食ごとに必ず数本検出されるよ
うに設定する。

第２図に本発明のＸ線マスク検査装置の一実施例を示す
。図中、６は電子銃（電子ビーム発生手段）、７はコン
デンサレンズ（を子ビーム集束手段）、８は偏向コイル
（電子ビーム走査手段）、９は対物レンズ（電子ビーム
集束手段）、１０は第１図に示した本発明によるＸ線マ
スク、１１は透過電子検出器（透過電子検出手段）、１
２は欠陥判定回路（欠陥判定手段）、１６は偏向回路（
電子ビーム走査手段）、１４は対物レンズ励磁電流制御
回路（電子ビーム集束位置変更手段）。

１６は制御用コンピュータ（焦点合せ制御手段）。

１７は２次電子検出器（２次電子検出手段）、１８は微
分回路（次電子検出信号号微分手段）。

１９はピーク検出回路（微分値ピーク検出手段）。

１５はＸ線マスク１０を移動させるためのＸＹテーブル
である。

本装置において、電子銃６から発した電子ビームは、コ
ンデンサレンズ７、対物レンズ９により、Ｘ線マスク１
０上にスポット状に集束される。偏向コイル８は偏向回
路１３によシ駆動され、検査時には電子ビームスポット
をＸ線マスク１ｏ上に２次元的に走査する。Ｘ線マスク
１０を透過した電子ビームはＸ線マスク１０の下に配置
された透過電子検出器１１で検出され、その信号は欠陥
判定回路１２で欠陥のない理想パターンの信号と比較さ
れ、両者のレベル差が焦点合せ用パターンによる検出信
号よシも大きいとき、欠陥ありと判定される。

Ｘ線マスク１０から発生した２次電子は、対物レンズ９
中をもどり、対物レンズ９の上方に配置された２次電子
検出器１７で検出される。次電子検出信号号は微分回路
１日で微分され、さらに、ピーク検出回路１９で電子ビ
ームの各１次元走査ごとに２次電子検吊器出力微分信号
のピーク値が求められ、そのピーク値が制御用コンピュ
ータ１６に入力される。偏向回路１３、励磁電流制御回
路１４、ＸＹテーブル１５には制御用コンピュータ１６
から制御指令が出される。

Ｘ線マスク１０がＸＹテーブル１５によシ対物しンズ下
に配置されると、まず以下の手順で焦点合せが行なわれ
る。

（１）対物レンズ励磁電流を初期値、すなわちＸ線マス
クのたわみ、焦点位置の変動がない場合の合焦点位置で
ビーム径が最小となるような値とする。

（２）電子ビームを１次元的に第１図に示した焦点合せ
パターン５と直角方向に１回走査し、そのときの２次電
子検出器出力微分信号のピーク値、すなわちピーク検出
回路１９の出力値を制御用コンピュータ１６に入力し記
憶させる。その値をＰ。とする。

（３）次に１対物レンズ９の焦点深度内でわずかに励磁
電流を減少させ、再び電子ビームを１次元的に走査して
、そのときの２次電子検出器出力微分信号のピーク値を
制御用コンピュータ１６に入力し、その値をＰ。とする
。

（４）　　もし、ＰｌがＰｏよシも大きければ、再び（
３）の手順を実行し、そのときのピーク値Ｐ１や、を制
御用コンピュータ１６に入力する。

（５）以降、新たに求めたピーク値Ｐ、＋１が前回求め
たピーク値ＰＫより小さくなるまで（４）の手順をくり
返す。

＜６）ＰＫ＋ｌがＰ、より小さくなった時、Ｐ工の値を
与える励磁電流を合焦点励磁電流として保持するように
、励磁電流を１ステップ前にもどした後、検査を開始す
る。

（７）　　（４）の時点でＰヤがＰ。よシ小さい場合は
、励磁電流をＰ。を与える励磁電流よりもわずかに増加
させ、再び電子ビームを１次元的に走査して。

そのときの２次電子検出器出力微分信号のピーク値を制
御用コンピュータ１６に入力し、その値をＰ工とする。

（８）　　ＰＫがＰ。より大きかったら、再び励磁電流
をわずかに増加させて走査を行ない、そのときの２次電
子検出器出力微分信号のピーク値ＰＫ＋１を求める。こ
れを、新たに求めたピーク値Ｐお、が前回求めたピーク
値ＰＫより小さくなるまでくり返す。

（９）Ｐエヤ、がＰ１Ｊ小さくなった時、ＰＫの値を与
える励磁電流を合焦点励磁電流として保持するように、
励磁電流を１ステップ前にもどした後、検査を行なう。

偏向コイル８で走査可能な領域を検査し終ったら％ＸＹ
テーブル１５を制御用コンピュータ１６からの指令によ
り動作させ、未検査領域が検査されるようＸ線マスク１
０を移動させる。移動が終ったら、再び前述の手順で合
焦点励磁電流を求め。

検査を行なう。以降、未検査領域へのＸ線マスクの移動
、合焦点励磁電流算出設定、検査をくり返し、Ｘ線マス
クの必要な検査領域全域を検査する。

以上のシーケンスは、制御用コンピュータ１６によって
実行される。

本実施例のＸ線マスクは、焦点合せ用パターンを導電性
物質であるアルミニウムで形成しであるので、その焦点
合せ用パターンをＸＹテーブル１５を介してアースに接
続すれば、帯電によるパターン検出信号波形の劣化を防
止することができる。

Ｘ線マスクに保護膜を被着する必要がある場合には、検
査終了後、焦点合せ用パターンを除去せずに被着してよ
い。保護膜があると、焦点合せ用パターンから生じた２
次電子が捕えられ、焦点合せ用パターンを検出できない
恐れがあるので、検査は保護膜を被着する前に行なう。

Ｘ線露光時に焦点合せ用パターンが残っていても、焦点
合せ用パターンは低原子番号の物質で薄く形成されてい
るので、Ｘ線の透過の障害にならず、Ｘ線吸収体パター
ンを正しく転写できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、検査領域内でのＸ線吸収体パターンの
有無、パターン密度にかかわらず、高速かつ安定に電子
ビームの合焦点位置が求められるので、検査速度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線マスクの一実施例を示す断面図、
第２図は本発明のＸ線マスク検査装置の一実施例を示す
概略図、第３図は従来のＸ線マスクの断面図、第４図は
Ｘ線露光の原理図、第５図は従来のＸ線マスク検査装置
の概略図、第６図はＸ線マスクパターンの一例を示す図
、第７図はビーム径を変えた場合のパターン検出信号の
一例を示す図、第８図はビーム径を変えた場合のパター
ン検出信号の微分波形を示す図、第９図はコンタクトホ
ールパターンの一例を示す図、第１０図は本発明のＸ′
ｍマスクにおける電子の挙動を示す図。 第１１図はそのマスクパターンの平面図、第１２図は第
１１図に対応する透過電子検出信号の波形図、第１３図
は同次電子検出信号号の波形図、第１４図はその微分信
号の波形図である。 １・・・シリコン基板 ２．５・・・Ｘ線透過膜 ４・・・Ｘ線吸収体パターン ５・・・焦点合せ用しま状パターン ６・・・電子銃 ７・・・コンデンサレンズ ８・・・偏光コイル ９・・・対物レンズ １０・・・Ｘ線マスク １１・・・透過電子検出器 １２・・・欠陥判定回路 １３・・・偏向回路 １４・・・励磁電流制御回路 １５・・・ＸＹテーブル １６・・・制御用コンピュータ １７・・・２次電子検出器 １８・・・微分回路 １９・・・ピーク検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板部、Ｘ線透過膜およびＸ線吸収体パターンを有
   し、該Ｘ線吸収パターン上に、低原子番号で、かつ２次
   電子発生効率の高い物質により、Ｘ線露光の障害となら
   ない程度に薄い、しま状パターンをマスク検査領域全域
   にわたって形成したマスクを透過するに十分なエネルギ
   ーを持つ電子ビームを発生する手段と、その電子ビーム
   をマスク上に集束する手段と、電子ビームを走査する手
   段と、マスクを透過した電子を検出する手段と、透過電
   子検出信号をＸ線マスク設計情報から創成された理想パ
   ターンの信号と比較し、その不一致部分から欠陥を判定
   する手段と、マスクから発生する２次電子を検出する手
   段と、２次電子検出信号を微分する手段と、電子ビーム
   の１走査における２次電子信号微分値のピーク値を検出
   する手段と、電子ビームの集束位置をビーム軸方向に変
   更する手段と、電子ビーム１走査ごとにビーム集束位置
   を１ステップずつ変化させて、その変化前と変化後にお
   ける２次電子検出信号微分値のピーク値を比較すること
   により、そのピーク値が最大となるビーム集束位置を求
   め、これを合焦点位置として保持する焦点合せ制御手段
   を備えたことを特徴とするＸ線マスク検査装置。 ２、上記しま状パターンを形成する物質が導電性物質で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線
   マスク検査装置。