JP2001153637A - マスク検査装置及び検査方法 - Google Patents

マスク検査装置及び検査方法

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JP2001153637A
JP2001153637A JP33734199A JP33734199A JP2001153637A JP 2001153637 A JP2001153637 A JP 2001153637A JP 33734199 A JP33734199 A JP 33734199A JP 33734199 A JP33734199 A JP 33734199A JP 2001153637 A JP2001153637 A JP 2001153637A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子線露光装置を利用してマスク検査を行う
ことを可能とし、これにより検査装置を独立して設ける
必要を無くすことが可能なマスク検査装置とマスク検査
方法を提供する。 【解決手段】 電子線EBを出射する電子銃11と、出
射された電子線をマスクMに照射する照射光学系12
と、マスクMを透過した電子線をウェハWに結像するた
めの結像光学系16とを備える電子線露光装置1におい
て、マスクMの直下位置にローディング機構21により
内装及び離脱可能とされ、内装されたときにマスクMを
透過した電子線を検出する電子検出器20と、電子検出
器20で検出した電子線に基づいてマスクMの欠陥を検
査するコンピュータ30とを備える。マスク検査装置を
独立した装置として構成する必要がなくなり、半導体装
置の製造工場等における設備スペースの低減、及び半導
体装置を製造する装置全体のコスト削減に有利となる

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を用いてパ
ターン転写を行うための電子線露光装置に用いられるマ
スクの欠陥を検査するための検査装置と検査方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電子線露光装置で用いられるマス
クのパターンを検査する方法として、マスクに対してレ
ーザ光を照射し、その透過光あるいは反射光により得ら
れるパターンを正規パターンと比較してマスク欠陥を検
出する手法がとられている。しかしながら、近年の電子
線露光装置で用いられているメンブレンマスクやステン
シルマスクのマスク欠陥を検査する場合では、レーザ光
はメンブレンを透過しないため、反射光を用いる方法し
かない。レーザ光の反射光による欠陥検査は簡便である
が、メンブレンマスクの散乱体重金属の膜厚が一般に薄
いためレーザ光の波長を下回り、検出不能となる恐れが
ある。
【0003】そのため、メンブレンマスクの欠陥検査に
は、電子線を利用して欠陥を検査する透過型電子顕微鏡
(TEM)を用いている。このTEMは、図7に概略構
成を示すように、マスクMの上方に配置した電子銃51
から出射される電子線EBを電子レンズ53,54を含
む照射光学系52により収束させてマスクMに対して照
射し、マスクMを透過した電子線をCu材からなるアパ
ーチャ55を通した上で電子検出器56で検出し、検出
した電流値に基づいて前記マスクMのパターンを検出
し、その検出した検出パターンを正規パターンと比較す
ることによりマスク欠陥を検査する。このように電子線
を用いることにより、メンブレンマスクやステンシルマ
スクのマスク欠陥の検査が実現可能になる。このような
技術としては、メンブレンマスクやステンシルマスクに
ついて特に言及されていないが、例えば特開平4−36
1544号公報に記載の技術がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のマス
ク欠陥を検査する装置は、マスク検査を行う専用の装置
として構成されている。そのため、半導体装置の製造工
場では、半導体装置の製造装置とは別にマスク検査装置
を装備する必要があり、また製造工場に検査装置を設備
するためのスペースを確保する必要もある。また、この
種のマスク検査装置では、マスクに対して電子線を照射
するための電子銃や照射光学系として、電子線露光装置
と同様な構成が必要であり、マスク検査装置が大型化
し、かつ高価なものになるという問題もある。
【0005】また、従来のマスク欠陥の検査では、マス
クを透過した電子線を電子検出器で検出することでマス
クのパターンを検出し、検出したパターンを正規パター
ンと比較してマスク欠陥を検査しているため、マスク欠
陥検査の信頼性に問題が生じるおそれがある。すなわ
ち、検出パターンを微細化した領域単位で2値化した信
号とし、これを正規パターンの対応する領域単位の2値
化信号と比較し、両者が不一致の部分が欠陥であると判
定する手法がとられるが、この場合に、検出パターンを
2値化する際の基準レベルに誤差が生じていると、検出
パターンの2値化した信号自体の信頼性が低下され、欠
陥の信頼性が低下されることになる。
【0006】本発明の目的は、電子線露光装置を利用し
てマスク検査を行うことを可能とし、これにより検査装
置を独立して設ける必要を無くすことが可能なマスク検
査装置を提供するものである。また、本発明の目的は、
マスク欠陥の検査の信頼性を高めたマスク検査方法を提
供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のマスク検査装置
は、電子線を出射する電子銃と、前記電子銃から出射さ
れた電子線をマスクに照射する照射光学系と、前記マス
クを透過した電子線をウェハに結像するための結像光学
系とを備える電子線露光装置において、前記電子線露光
装置の前記マスクの直下位置に内装又は離脱可能とさ
れ、内装されたときに前記マスクを透過した電子線を検
出する電子検出器と、前記電子検出器で検出した電子線
に基づいて前記マスクの欠陥を検査するコンピュータと
を備える構成とする。ここで、前記コンピュータは、前
記マスクに対して電子線が照射される位置を設定制御す
る手段と、前記マスクのパターンデータに基づいて当該
電子線が照射される検査領域のパターンの面積率を算出
する手段と、前記電子検出器で発生される電流の電流値
に基づいて前記電子線の入射位置を求める手段と、前記
求められた入射位置と前記マスクの電子線が照射される
検査領域とを対応させた上で前記面積率と電流値とを比
較して当該検査領域のマスク欠陥を判定する手段とを備
えることを特徴とする。
【0008】また、前記電子検出器は、平面X方向及び
Y方向に配列された複数のダイオードで構成され、前記
ダイオードには逆バイアスが掛けられるとともに、前記
ダイオードから出力される電流を増幅するためのアンプ
が接続された構成とする。例えば、前記電子検出器は、
平面X方向に伸びる短冊状をした複数のダイオードが平
面Y方向に配列した下層ダイオードと、平面Y方向に伸
びる短冊状をした複数のダイオードが平面X方向に配列
された上層ダイオードとで構成することが好ましい。ま
た、この場合、前記下層ダイオード及び上層ダイオード
は、その長さ方向の両端から当該ダイオードの電気抵抗
に比例した電流を読み出すことにより電子の入射位置を
検出する構成とする。
【0009】本発明のマスク検査方法は、電子銃から出
射した電子線をマスクに照射し、前記マスクを透過した
電子線を電子検出器により検出して前記マスクの欠陥を
検査するマスク検査方法であって、前記マスクのパター
ンデータに基づいて前記電子線が透過する前記マスクの
検査領域内においてパターンの面積率を求める工程と、
前記電子検出器により検出した電流値に基づいて前記マ
スクに対する前記電子線の入射位置を検出する工程と、
前記検出した入射位置を前記マスクの検査領域に対応さ
せた上で前記面積率と前記電流値とを比較し、その比較
結果に基づいて前記マスクの検査領域のパターンの欠陥
を判定する工程とを含むことを特徴としている。
【0010】本発明のマスク検査装置は、電子線露光装
置内に電子検出器を内装すれば、電子線露光装置をその
ままマスク検査装置として構成することが可能になり、
マスク検査装置を独立した装置として構成する必要がな
くなり、半導体装置の製造工場等における設備スペース
の低減、及び半導体装置を製造する装置全体のコスト削
減に有利となる。また、電子線露光装置内にセットした
マスクは、そのままマスク検査が完了した後はウェハに
対する露光に利用することができるため、マスクの装置
間移動による処理時間のロスを減少することも可能にな
る。
【0011】また、本発明のマスク検査方法では、検査
対象となるマスクのパターンデータから求めた「面積
率」と、当該マスクを透過した電子線を検出する電子検
出器から得た「電流値」との比較であるため、データを
2値化する際の基準レベルの誤差に基づく信頼性の低下
が防止でき、高精度でかつ高信頼度のマスクの欠陥検査
が可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は散乱電子により描画を行う電
子線露光装置1に本発明のマスク検査装置2を構成した
場合の模式的な側面図、図2は同じく模式的な斜視図で
ある。これらの図において、電子線を出射する電子銃1
1と、前記電子銃11から出射される電子線EBを収束
する電子レンズ13,14及び電子線束を所要の形状と
するブランキングアパーチャ15を有する照射光学系1
2と、ウェハWに対して転写する所要のパターンを有す
る散乱型マスクMと、前記散乱型マスクMで散乱される
電子線EBを前記ウェハWに投射して転写を行うための
電子レンズ17,18及び後方焦平面アパーチャ19を
有する結像光学系16とを備えている。そして、図1及
び図2では前記散乱型マスクMの直下位置には、マスク
欠陥検査のための電子検出器20が配置されているが、
前記電子検出器20は前記ウェハWに対してパターンを
転写する際には電子線露光装置1から取り外されて通常
の電子線露光動作が可能にされ、前記マスクMの欠陥検
査を行う際に図1及び図2のように電子線露光装置1内
に装着配置されるように構成されている。なお、このよ
うに電子検出器20を電子線露光装置1に対して装着、
離脱可能とするためのローディング機構21が設けられ
ているが、ここではその詳細については説明を省略す
る。さらに、前記電子線露光装置1(マスク検査装置
2)には、コンピュータ30が接続されており、前記マ
スクMの欠陥を検査するように構成されている。
【0013】ここで、前記散乱型マスクMとしては、既
に知られているメンブレンマスクあるいはステンシルマ
スクを用いる。メンブレンマスクは原子番号の小さい低
密度の物質から形成されるメンブレン膜の上に、散乱体
である原子番号の大きい高密度のパターンを形成して、
電子の散乱度の差を利用してビームコントラストを確保
する。ステンシルマスクはパターン部がシリコンなどの
厚膜の材質から構成されている点でメンブレンマスクと
構成が若干相違するが、基本的には同様な構成である。
また、前記マスクMは図外のマスクステージにより平面
XY方向に移動可能であり、平面XY方向に移動されな
がら全マスク面のパターンがウェハに対して転写される
ように構成されている。また、前記ウェハWも同様に図
外のウェハステージに載置されており、マスクステージ
と同期して平面XY方向に移動可能とされている。
【0014】前記電子検出器20は、図3(a)に模式
構成を示すように、上下2層に配置した薄膜シリコン製
のダイオード210,220をアレイ状に並べた構成と
される。すなわち、図3(b)に模式断面図を示すよう
に、下層のダイオード210及び上層のダイオード22
0は、それぞれP型薄膜シリコン211,221の表面
にX方向、Y方向に伸びる短冊状をした複数のN型不純
物層212,222をY方向、X方向に平行に配列し、
さらに各N型不純物層212,222の長さ方向の両端
部にそれぞれトランジスタ等で構成されるアンプ21
3,223を形成したものである。そして、前記P型薄
膜シリコン211,221とN型不純物層212,22
2の間には逆バイアスを掛けて、電流の流れない定常状
態にしておく。そして、各ダイオード210,220の
前記N型不純物層212,222に入射された電子によ
って生成される二次電子と正孔による電流を各アンプ2
13,223で増幅してその電流値を検出するととも
に、この電流値を利用してコンピュータ30において前
記入射された電子の位置を検出し、かつマスク欠陥の検
査を行うように構成されている。
【0015】すなわち、図2において、前記コンピュー
タ30は、少なくとも前記マスクMを載置している図外
のマスクステージの平面XY方向の移動位置を制御する
位置制御部31と、その制御したXY位置の情報に基づ
いて前記ブランキングアパーチャ15によって制限され
るマスクMの開口領域、すなわち検査領域のパターンに
対応するパターンデータを記録ディスク等の記憶装置3
2から読み出し、当該パターンデータの面積率、すなわ
ちマスクの黒パターンと白パターンとの比率である「面
積率」を演算する面積率演算部33を備えている。ま
た、演算した「面積率」と、前記電子検出器20の各ア
ンプで増幅された電流を測定した「電流値」とを前記
「面積率」と比較し、その比較結果によりマスクの白欠
陥(パターン領域の抜け)、黒欠陥(余分なパターン)
を判定する欠陥判定部34を備えている。
【0016】以上の構成の電子線露光装置を用いたマス
クの検査方法を説明する。先ず、通常のマスク転写を行
う前に、図1及び図2に示したように電子線露光装置1
内のマスクMの直下位置に、電子検出器20を内装配置
する。しかる上でパターン転写を行うときと同様に、電
子線露光装置1にセットされたマスクMに電子銃11か
ら出射された電子線を照射光学系12により照射する。
ここで、前記したようにメンブレンマスク上のパターン
部は重金属で形成され、ステンシルマスクのパターン部
はシリコンなどの厚膜の材質から形成されているためパ
ターン部に照射された電子は大角度で複数回散乱され
る。従って、照射された電子は電子検出器20外に散乱
される可能性が高い。あるいは、仮に電子検出器20に
入射しても同一角度へ散乱される電子の数は相対的に少
ないため、信号は微弱となり検出されない。パターンの
無い部位に照射された電子がマスクMを透過して電子検
出器20を構成している各ダイオード210,220に
入射され、各ダイオードに入射された電子ビームは、一
定の確率で材質のシリコン原子を励起し、二次電子と正
孔を生成する。これらの二次電子及び正孔は、図4にダ
イオード210の概念図を示すように、ダイオード21
0(P型シリコン211とN型不純物層212)に掛か
っている電界によりアンプ213へと移動する。このと
き、シリコンダイオードには一定の抵抗値があるため、
抵抗により電流は一定の割合で減衰する。ダイオード2
10の両側のアンプ213から読み出した電流から減衰
の割合を測定することにより電子の入射位置を同定する
ことができ、またその「電流値」から電子の強度を同定
することが可能になる。なお、前記同定される入射位置
は、下層ダイオード210ではX方向の位置、上層ダイ
オード220ではY方向の位置であるため、これらを合
算することで、電子検出器20の平面XY上の位置が同
定される。
【0017】以上のように同定された電子の位置と強度
はコンピュータ30に入力され、ここでマスク欠陥が判
定される。図5はマスク欠陥を判定するアルゴリズムを
示すフローチャートである。先ず、コンピュータ30
は、マスクMの検査対象となる検査領域が照射光学系1
2のアパーチャに対応位置するようにマスクステージを
制御する(S101)。これにより、マクスの当該パタ
ーンの検査領域には、電子銃11から出射されて照射光
学系12のブランキングアパーチャ15の開口を透過し
た電子線が照射される(S102)。したがって、マス
クMを透過した電子線は電子検出器20に入射され、前
記したように電子検出器20のアンプから出力される電
流に基づいて電子線の入射位置が同定される。また、測
定された「電流値」からは電子線の強度が同定される
(S103)。
【0018】一方、コンピュータ30は、検査対象とし
てのマスクMのパターンデータの情報が記憶されている
記憶装置32から当該マスクMのパターンデータを読み
出す(S104)。そして、マスクMの検査領域のXY
位置に基づいて、ブランキングアパーチャ15の開口と
同一面積の領域をメッシュに分割して設定し(S10
5)、その上で面積率演算部33において、当該設定さ
れた領域のパターンデータからマスクの面積率を算出す
る(S106)。この面積率は、前記したように当該マ
スク領域の黒パターンと白パターンとの比率である。次
いで、欠陥判定部34では、前記ステップS103で検
出した電子線の入射位置を前記ステップS105で設定
されたマスクの領域に対応させた上で、前記ステップS
106で演算した「面積率」と、ステップS103で測
定した「電流値」とを比較し、その比較結果によりマス
クの白欠陥、黒欠陥を判定する。なお、この比較では各
値の単位を除いた数値のみを比較する。そして、「面積
率=電流値」の場合には欠陥なし、「面積率>電流値」
の場合には黒欠陥、「面積率<電流値」の場合には白欠
陥であると判定する(S108)。なお、この判定を、
マスクの検査対象の全領域について繰り返し行うこと
で、マスク検査が完了する(S109,S110)。
【0019】ここで、前記した「面積率」と「電流値」
との比較においては、マスク欠陥検査に先だってパター
ン欠陥のないことが事前にわかっているマスクを使用
し、電子強度とパターンの有無の関係を予め求めた「補
正値」を定めておくことが好ましい。この「補正値」
は、例えば、「電流値」に加えることで、「電流値+補
正値」を前記したと同様に「面積率」と比較すること
で、「電流値」の検出誤差の影響を解消して欠陥の判定
精度を高めることが可能になる。
【0020】このようにしてマスクの欠陥検査が実現さ
れるので、電子線露光装置1に対して電子検出器20を
内装すれば、電子線露光装置1をそのままマスク検査装
置2として構成することが可能になる。そのため、半導
体装置の製造工場では、マスク検査装置を独立した装置
として構成する必要がなくなり、設備スペースの低減、
及び半導体装置を製造する装置全体のコスト削減に有利
となる。また、電子線露光装置1内にセットしたマスク
Mは、そのままマスク検査が完了した後はウェハWに対
する露光に利用することができるため、マスクの装置間
移動による処理時間のロスを減少することも可能にな
る。また、マスクの検査に際しては、マスクのパターン
データから求めた「面積率」と、電子検出器から得た
「電流値」との比較であるため、データを2値化する際
の基準レベルの誤差に基づく信頼性の低下が防止でき
る。さらに、表面の影響しか考慮できない反射電子や反
射光の代わりに膜厚によりエネルギー減衰の割合が異な
る透過電子を用いるため、外観検査が不可能な電子散乱
に寄与する値(マスク膜厚等)の影響を考慮することが
できる。
【0021】ここで、前記実施形態で用いた電子検出器
の変形例として、図6(a)に示すように、シリコンで
形成されるダイオードをXY方向にそれぞれ配列した格
子型の電子検出器20Aを用いることも可能である。こ
の場合は、X方向に検出される電流とY方向に検出され
る電流とから、どのダイオードにどのくらいの強度の電
子が入射したかという情報を検出することが可能であ
り、これから二次元的位置及び電流値を検出することが
可能である。また、図6(b)に示すように、多数の穴
が空いているシリコン板に電圧を印加したMCP(Micr
o Channel Plate)40をマスクMの直下と前記電子検
出器20,20Aとの間に介挿して位置検出器に利用す
る構成としてもよい。この場合もどの開口に電子が入射
したか、どのくらいの強度の電子が入射したかの情報を
検出することが可能になる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明のマスク検査
装置は、マスク検査のためのマスクを透過した電子線を
検出する電子検出器を、当該マスクがセットされている
電子線露光装置内の当該マスクの直下に対して内装、離
脱可能としているので、電子線露光装置内に電子検出器
を内装すれば、電子線露光装置をそのままマスク検査装
置として構成することが可能になる。これにより、マス
ク検査装置を独立した装置として構成する必要がなくな
り、半導体装置の製造工場等における設備スペースの低
減、及び半導体装置を製造する装置全体のコスト削減に
有利となる。また、電子線露光装置内にセットしたマス
クは、そのままマスク検査が完了した後はウェハに対す
る露光に利用することができるため、マスクの装置間移
動による処理時間のロスを減少することも可能になる。
【0023】また、本発明のマスク検査方法では、検査
対象となるマスクのパターンデータから求めた「面積
率」と、当該マスクを透過した電子線を検出する電子検
出器から得た「電流値」との比較であるため、データを
2値化する際の基準レベルの誤差に基づく信頼性の低下
が防止でき、高精度でかつ高信頼度のマスクの欠陥検査
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマスク検査装置の模式構成を示す正面
図である。
【図2】図1のマスク検査装置の模式的な斜視構成図で
ある。
【図3】電子検出器の構成を示す斜視図と断面図であ
る。
【図4】電子検出器の各ダイオードでの電流検出動作を
説明するための概念図である。
【図5】本発明のマスク検査方法のアルゴリズムを示す
フローチャートである。
【図6】本発明にかかる電子検出器の他の例を示す斜視
図である。
【図7】従来のマスク検査装置の模式構成を示す正面図
である。
【符号の説明】
1 電子線露光装置 2 マスク検査装置 11 電子銃 12 照射光学系 16 結像光学系 20 電子検出器 21 ローディング機構 30 コンピュータ 31 位置制御部 32 記憶ディスク 33 面積率演算部 34 欠陥判定部 210,220 ダイオード 211,221 P型薄膜シリコン 212,222 N型不純物層 213,223 アンプ M マスク W ウェハ
フロントページの続き Fターム(参考) 2F067 AA54 BB01 BB04 CC16 EE00 HH06 KK06 LL02 2G001 AA03 BA11 BA14 CA02 DA01 DA06 DA09 FA01 FA06 GA11 HA01 HA13 JA02 KA03 LA11 MA05 SA02 2H095 BA08 BB10 BD04 BD05 BD07 BD09 BD14 BD15 BD19 BD24 BD27 4M106 AA09 BA02 CA39 DB04 DB07 DB11 DJ18 DJ24 DJ40

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子線を出射する電子銃と、前記電子銃
    から出射された電子線をマスクに照射する照射光学系
    と、前記マスクを透過した電子線をウェハに結像するた
    めの結像光学系とを備える電子線露光装置において、前
    記電子線露光装置の前記マスクの直下位置に内装又は離
    脱可能とされ、内装されたときに前記マスクを透過した
    電子線を検出する電子検出器と、前記電子検出器で検出
    した電子線に基づいて前記マスクの欠陥を検査するコン
    ピュータとを備えることを特徴とするマスク検査装置。
  2. 【請求項2】 前記コンピュータは、前記マスクに対し
    て電子線が照射される位置を設定制御する手段と、前記
    マスクのパターンデータに基づいて当該電子線が照射さ
    れる検査領域のパターンの面積率を算出する手段と、前
    記電子検出器で発生される電流の電流値に基づいて前記
    電子線の入射位置を求める手段と、前記求められた入射
    位置と前記マスクの電子線が照射される検査領域とを対
    応させた上で前記面積率と電流値とを比較して当該検査
    領域のマスク欠陥を判定する手段とを備えることを特徴
    とする請求項1に記載のマスク検査装置。
  3. 【請求項3】 前記電子検出器は、平面X方向及びY方
    向に配列された複数のダイオードで構成され、前記ダイ
    オードには逆バイアスが掛けられるとともに、前記ダイ
    オードから出力される電流を増幅するためのアンプが接
    続されていることを特徴とする請求項1または2に記載
    のマスク検査装置。
  4. 【請求項4】 前記電子検出器は、平面X方向に伸びる
    短冊状をした複数のダイオードが平面Y方向に配列した
    下層ダイオードと、平面Y方向に伸びる短冊状をした複
    数のダイオードが平面X方向に配列された上層ダイオー
    ドとで構成されていることを特徴とする請求項3に記載
    のマスク検査装置。
  5. 【請求項5】 前記下層ダイオード及び上層ダイオード
    は、その長さ方向の両端から当該ダイオードの電気抵抗
    に比例した電流を読み出すことにより電子の入射位置を
    検出することを特徴とする請求項4に記載のマスク検査
    装置。
  6. 【請求項6】 電子銃から出射した電子線をマスクに照
    射し、前記マスクを透過した電子線を電子検出器により
    検出して前記マスクの欠陥を検査するマスク検査方法で
    あって、前記マスクのパターンデータに基づいて前記電
    子線が透過する前記マスクの検査領域内においてパター
    ンの面積率を求める工程と、前記電子検出器により検出
    した電流値に基づいて前記マスクに対する電子線の入射
    位置を検出する工程と、前記検出した入射位置を前記マ
    スクの検査領域に対応させた上で前記面積率と前記電流
    値とを比較し、その比較結果に基づいて前記マスクの検
    査領域のパターンの欠陥を判定する工程とを含むことを
    特徴とするマスクの検査方法。
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