JPS6337617A - レティクルの欠陥検出方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は多段反覆露光システム（５ｔｏｐ−ａｎｄ−ｒ
ｅ−ｐｅａｔ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｌｌｄ　ｅｘｐ
ｏｓｕｒｅ　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ィクル（ｒｅｔｉｃｌ
ｅ　：焦点板）から回路パターンを半導体ウェハに投射
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 多段反覆露光システムは光感知性フィルムを持った半導
体ウェハ上に、レティクルの回路パターンをプリントす
るシステムである。この多段反覆露光は化学的変化を発
生させる光線を使って、レティクルのイメージを反覆し
て投射することによって遂行される。このような投射シ
ステムは、使われるレティクルが、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ハ
１より小さい縮小率、代表的に言えば１ｏｌｌ又は５：
ｌ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。レティクルは問題を生ずることなく長期間の使用
に耐えうるように、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、レティクルのあら
ゆる欠陥がすべてのチップ位置にプリントされるので、
レティ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
よりも多段反覆露光システムの方が特に顕著な結果を生
ずる。

従って、多段反覆露光システムにおいて、レティクルの
欠陥が各チップ位置で繰り返えされるので、レティクル
の汚点は製品の歩留まりを悪化させるばかりでなく、最
終的にはチッ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Ｊ
　　（Ｓｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　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Ｊ　　（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ
　Ｅｑｕｉｐｍ−ｅｎｔ　ｆｏｒ　１００％工ｎ５ｐｅ
ｃｔｉｏｎ　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Ｊ　　（Ｓｅｌｎｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｉｎ
ｔｅｒ−ｎａｔｉｏｎａｌ　）の６６頁乃至７３頁の１
ホトマスク及びレティクルの欠陥検出Ｊ　　（Ｐｈｏｔ
ｏｍａｓｋ　ａｎｄＲｅｔｉｃｌｅ　Ｄｅｆｅｃｔ　Ｄ
ｅｔｅｃｔｉｏｎ）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号はウェハ上に回路パターン
をプリントするための精密な多段反覆露光システムに関
する装置を開示している。それは、１対の開口した光学
検出器がレティクルの投射イメージと同じ部分で整置さ
れ且つレティ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
異がレティクルの中の汚点、即ち欠陥の存在を表示する
。

従って、上述の米国特許に使われている光学的な比較器
はチップのアレー上で隣接した２つのチップ位置のイメ
ージを電子光学的な比較によって、レティクル中の欠陥
を検出している。然しなから、光感知性被覆を有する半
導体ウェハ上に、レティ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多段反覆露光の技術の
場合、レティクルのすべての欠陥が各チップ位置に繰り
返す。

従って、欠陥を検出するための通常の比較型の技術は多
段反覆露光システムでは機能しない。

レティクルから汚染粒子を取り除く１つの技術は、マス
クの表面から成る距離のところでマスクを被って置かれ
た薄い透明な保護膜を使うことである。ペリクル（ｐｅ
ｌｌｉｃｌｅ　）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。然しなから、ペリ
クルは成る範囲まで、即ち与えられたオフセットだけを
保護する。若し、欠陥がペリクル上に存在すれば、その
欠陥はウェハ上にプリントされたイメージに影響を与え
る。従って、ペリクルは成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成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、より損傷を受は易くなる。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成る限
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って他の型の
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多段反ｍｇ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
ｓｐ工ＥのＶｏｌ、　４７０　の「次期世代の光学式石
版印刷工エエの技術Ｊ　　（Ｏｐｔｉｃａ１Ｍｕｌｔｉ
ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙエエエ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って繰り返し順序で発生されたサブ
ミクロンの向い合っ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、ステッパ用のレティ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。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、レティ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っ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。

Ｄ０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
ップ位置イメージを感知出来る程度まで変化しないで、
１つのチップの位置中の欠陥イメージを強調することに
よって、多段反覆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。換言すれば、本発明に従った多
段反Ｎ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、同じレティクルを使って
、チップの第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って、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ＴＮＳＮＳエトレジストである。

この技術は２つのチップ位置の光学像（ｏｐｔｉｃａｌ
ｉ＋ｎａｇｅｒｙ　）を欠陥領域において顕著に異なら
せる結果を生ずる。従って、適当な従来の比較技術を使
って、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、レティクルを変更
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１１Ｎは、一方の側に形成されたクロム又は銀の表面
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。適当
なカバープレート１６がクロム又は銀層の上に置がれ、
そしてペリクル１８．２０はクロム又は銀のパターンを
保護するようにマスクの表面から離れている。

第１図はクロムパターン中にある第１の欠ｔ５Ｇのタイ
プ１２を示している。これは各チップ位置上に繰り返す
パターン中にランダムに生ずる欠陥である。

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２１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、本発明に従って検出することが
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　）　等ニヨり行われてい
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。

主す欠陥はマスク／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
使って、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。

従って、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倍のレンズを使ったＧＯＡ６００ｏである。代表
的なホトレジストはＴＮＳエエ１．１ミクロンの厚さで
ある。露光レベルは公称レベルかう、公称レベルの１０
％のレヘルマでである。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。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われる。

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ョン（偏倚）は異なった
条件の下で２以上のパターンを露光することによって決
められる。然しなから、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ョンも使
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ｌにおいて欠陥を持たないチップ位置は時間
２において汚染、即ち欠陥が累積する。従って、同じ露
光による異なっ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ってモニタすることが出来
る。

第２図を参照して説明すると、多段反覆露光プリンタ（
ステッパ）を使って、最初に時間ｌ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、Ｔ
３、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って露光する。従っ
て、第１図の２番目のボックスに示された２番目のステ
ップ「時間を変更する」は、時間の関数として露光条件
を変更することである。これは、露光レベルを変化する
第１の実施例とは異なる露光条件の変更である。

この技術を使うことによって、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
合った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スることが出来る。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に尖鋭なイメージをウェハ
面上に生じて、無欠陥パターンの領域として投射する。

従って、これらの欠陥は、通常の比較器技術によっても
、又は上述の２つの実施例の方法によっても検出するこ
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つの異なったバージョン（図形）
のレティクルを交番するベアーで露光し、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、ステップ２の露光条件の変更はレティクル
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（Ａｌ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。ステッパのレティク
ル及びマスクは常にベアーで製作され、一方のものはバ
ックアップ用として使用するので、この技術はレティク
ルの検査のために簡単で有効なプロシージャを与える。

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。

Ｆ３発明の詳細 な説明したように、本発明は、多段反覆露光の原理を用
いて欠陥を決定する技術であって、すべてのチップ位置
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
発明に従った多段反覆露光システムにおいて欠陥の位置
を決めるステッ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
。 出願　　人　　インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・フーホシーション汚桑の状ｗｌＯ１２ 第１図 口・・・通常の３薮 ロー１１尼 ロロロロロロ Ｔｌ　　　　丁２　　　　ｎ　　　　Ｔ３　　　　ＴＩ
　　　　Ｔ４欠陥倹獣／）ｒＪ）の亀血パクーン 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上で汚染物質に晒されるレテイクルか
   ら回路パターンを投射するための多段反覆露光システム
   において、欠陥を検出する方法であつて、 （ａ）第１の露光条件を達成するために、上記レテイク
   ルを透過する輻射光線により、光感知性フィルムで被わ
   れた上記基体の第１の位置を露光するステップと、 （ｂ）第２の露光条件を達成する輻射線により、上記光
   感知性フィルムで被われた上記基体の第２の位置を露光
   するステップと、 （ｃ）上記第１及び第２の位置に存在する光学的像の相
   異によつて、欠陥の存在と場所を判別するため、第１及
   び第２の位置を比較器により比較するステップと、 から成る半導体基板上の欠陥検出方法。
2. （２）上記第１の露光条件は上記光感知性フィルムの完
   全露光の露光度であり、且つ上記第２の露光条件は上記
   光感知性フィルムの露出不足の露光度であることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導体基板上の
   欠陥検出方法。
3. （３）上記露出不足の露光度は完全露光の露光度の１０
   ％であることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記
   載の半導体基板上の欠陥検出方法。