JP2010066320A - ステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法及びステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステンシルマスクのメンブレン形状の検査をシステム化して自動で行うため、ステンシルマスクの品質、信頼性が向上し、歩留り向上ができるステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法及びステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置を提供すること。
【解決手段】半導体製造で使用されるステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法において、ステンシルマスクをＸＹステージに配置し、レーザによるシートビームをステンシルマスクの表面に対して斜めに入射し、ステンシルマスクからの反射で光切断像を得ることを特徴とするステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法及びステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置に関し、特に、半導体製造において使用されるステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法及びステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置に関する。

近年、半導体デバイス製造においては高集積が進み、回路配線を形成する露光工程ではより微細な回路パターンの形成が可能な荷電粒子線を利用した露光装置が用いられている。ステンシルマスクはこのような荷電粒子線露光用装置に搭載されるものである。

ステンシルマスクはメンブレンと呼ばれる薄膜部を有し、ここには設計データに忠実に数μｍもしくは１μｍ以下の各種の微小なパターンやホールが貫通孔として多数形成されている。半導体製造の露光工程ではこの貫通孔を荷電粒子線が通過し、ウェハ上に回路パターンが縮小もしくは等倍転写される。

ステンシルマスクのメンブレンには設計データに忠実に微小なパターンやホールが貫通孔として多数形成されるが、厚さが数１０μｍと薄膜であり、製造プロセスによる内部応力の影響を受けて平面性を保つことができなくなる場合がある。特に圧縮応力の場合にはメンブレンがたるんでしまい、形成された回路パターンが移動してしまう。このとき、ウェハ上には正確な位置に回路パターンが転写されず、配線欠陥の原因となってしまう問題があった。また、ステンシルマスクの使用においては露光機内に搭載され、ウェハと近接させて露光が行われるが、この際にメンブレンが大きくたるんでいると、接触してしまう恐れがあった。

そのためステンシルマスクの製作過程と出荷時とにおいてはメンブレン形状を検査し、平坦性を正確に管理する必要があった。

メンブレン形状の検査は非接触で行い、レーザ変位計や顕微鏡による焦点合わせの方法が用いられている。検査方法として、メンブレンの多数のポイントを計測し、収集したデータを解析する方法が用いられていた。

しかし、上述したように収集したデータを解析する方法では、ステンシルマスクのメンブレン形状を管理するために多数のポイントを計測して解析する必要があり、計測データが膨大になり、非常に時間がかかっていた。さらに、収集したデータを解析する方法では、汎用の計測機器を使った人手による作業のため、異物付着の恐れもあるため、実際に製品に適応させるのは困難であった。

また、特許文献１には、ステンシルマスク表面の異物の検査を目視によらず行うステンシルマスクの検査方法及び検査装置が開示されている。しかし、特許文献１においては、ステンシルマスク表面の異物の検査を行うもののステンシルマスクのメンブレン形状の検査は行っていなかった。
特開２００８−１５３２５８号公報

本発明は、ステンシルマスクのメンブレン形状の検査をシステム化して自動で行うため、ステンシルマスクの品質、信頼性が向上し、歩留り向上ができるステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法及びステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置を提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、半導体製造で使用されるステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法において、ステンシルマスクをＸＹステージに配置し、レーザによるシートビームをステンシルマスクの表面に対して斜めに入射し、ステンシルマスクからの反射で光切断像を得ることを特徴とするステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法としたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、メンブレンの凹凸形状を認識する画像処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法としたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、メンブレンの凹凸形状が基準位置からの凹凸の大きさが規定の値より大の場合に欠陥として判定することを特徴とする請求項２に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法としたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、光切断像は、メンブレンの貫通パターン部で欠落した光切断像を連続しているものとして補間する処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法としたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、レーザをシートビームに成形してマスク表面に対して斜めに入射させる光切断光学系と、ステンシルマスクのメンブレンで反射して得られる光切断像を結像する光学系及びカメラと、検査対象のステンシルマスクを搭載してＸＹ方向に移動可能な自動ステージと、カメラから取り込まれたメンブレン形状を認識する画像処理部と、を具備することを特徴とするステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置としたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、メンブレンの形状が基準位置からの規定の値より大の場合に欠陥として判定することを特徴とする請求項５に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置としたものである。

本発明の請求項７に係る発明は、光切断像は、メンブレンの貫通パターン部で欠落した光切断像を連続しているものとして補間する処理を行うことを特徴とする請求項５に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置としたものである。

本発明によれば、ステンシルマスクのメンブレン形状の検査をシステム化して自動で行うため、ステンシルマスクの品質、信頼性が向上し、歩留り向上ができるステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法及びステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。

図１は、本実施の形態に係る検査対象となるステンシルマスクを示す概念図である。図１に示すように、本実施の形態に係る検査対象となるステンシルマスク１は、シリコンウェハ等を用いて形成され、薄膜状に加工し、荷電粒子線が透過するための微細パターンが形成されたメンブレン２を有している。本実施の形態においては、メンブレン２のたるみ等の凹凸形状をステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法及びステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置を用いて検出するものである。

以下、ステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法を示す概念図である。図２に示すように、本発明の実施の形態に係るステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法は、レーザ光３が入射側でシートビーム４に成形され、ステンシルマスク１に対して斜め上方から入射する。このときシートビーム４がメンブレン２の表面を常に焦点位置７で走査できるよう、あらかじめステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置のＸＹステージ１２の垂直方向及び傾きの調整を実施しておく。

その後、シートビーム４はステンシルマスク１の表面で反射するが、そのときに得られる光切断像５は検査用カメラ６に至る。この反射側の光学系の焦点位置がシートビーム４のステンシルマスク１上の焦点位置７になるように調整しておく。

レーザ３をシートビーム４状に成形するためにスリット、もしくはシリンドリカルレンズと対物レンズ等の集光レンズとを組み合わせ、ステンシルマスク１表面に対して斜め上方から表面上に焦点を結ぶように構成する。その表面では概ね数μｍ程度の幅にシートビーム４を照射することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係るステンシルマスクのメンブレン２が平坦な場合の光切断像を示す概念図である。図３に示すように、光切断像５はメンブレン２において直線性が保たれ、一本の輝線となっている。レーザ３のシートビーム４を照射する光学系に対しステンシルマスク１を搭載したＸＹステージ１２が機械的に歪みなく焦点距離が等しく保たれるように調整されていれば、画像上の高さｈの位置で常に一定の場所に、直線性が保たれた１本の光切断像５として得ることができる。この光切断像５を利用することによって、メンブレン２の任意の箇所の凹凸形状を忠実に再現できる画像情報として、高速に取得することができる。

図４は、図３で得られる光切断像５を検査用カメラ６から取り込み、フレームメモリ上に展開した画像を示している。ステンシルマスク１を搭載したＸＹステージ１２は機械的な歪みがなく、入射側の焦点距離がステンシルマスク１上で一定に保たれるように調整されているため、得られた光切断像５は常にフレームメモリの高さｈにおいて、一本の輝線となる。

図５はステンシルマスク１のメンブレン部２が非平坦であり、凹凸が生じている場合を示す。このときの光切断像５はメンブレン部２の凹凸に沿った曲線８の輝線となる。

図６は図５で得られるフレームメモリの画像を示している。このとき光切断像５はメンブレン部２の凹凸形状を再現しており、曲線８の輝線となる。図４で示されたフレームメモリの高さｈの輝線の位置に対して変位量ｄを有する曲線８となる。

上記の変位量ｄを数値的に認識するため、フレームメモリ内の画像については図７のように画像処理を施しておく。まず、２値化処理を実施し、得られた光切断像からノイズ除去を行い、必要な輝線のみを抽出する。次に、細線化処理を実施することで、フレームメモリの横方向に対する高さｈが一義的に決定される。

さらに、図３のステンシルマスク１の表面位置を示すフレームメモリ内の高さｈを基準として、許容範囲１０を規定しておき、高さｄがこれを超える場合にはメンブレン部２の凹凸形状が規定値より大であるとして、検出が可能となる。

図８はステンシルマスク１のメンブレン２にパターンが存在する場合の光切断像５の概念図を示す。メンブレン２のパターンは貫通孔のため反射光が得られず、断続的な光切断像５となり、また図７と同様の画像処理を経る。さらに、ステンシルマスク１のメンブレン２に形成されているパターンは、荷電粒子線が通過する貫通孔の構造のため、シートビーム４を照射してもそこからは反射光が得られず、不連続な光切断像５として得られてしまう。メンブレン２に貫通孔のパターンが形成され光切断像５が不連続となっても、メンブレン２としては連続した凹凸形状を保つことができるため、以降の処理を続けることができる。その結果を図９に示す。

図１０は、図９に示されるような断続的な光切断像５に対してそれを補間する概念図である。ここでは全て、隣り合う断続的な輝線の端部同士を直線１１で結ぶことで補間され、連続する線が得られる。

次に、本発明の実施の形態に係るステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置について説明する。図１１は、本発明の実施の形態に係るステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置を示す概念図である。図１１に示すように、本発明の実施の形態に係るステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置はステンシルマスク１、ＸＹステージ１２、ステージコントローラ１３、電算機１４、画像処理部１５及び光切断光学系１６を備えている。ステンシルマスク１はＸＹステージ１２上へ搭載される。このとき、ステンシルマスク１のアライメント動作は完了しているものとする。

光切断光学系１６は入射側にレーザ３、反射側にはカメラ６を有し、形成されたシートビーム４がステンシルマスク１の表面上を全面走査するよう、ＸＹステージ１２が移動する。さらに、光切断光学系１６ではステンシルマスク１に対し斜め上方から照射したシートビーム４がその表面で集光し反対側へ反射するが、反射光である光切断像５は結像光学系の倍率と撮像素子との大きさによって任意の倍率でフレームメモリに導くことができる。

画像処理部１５は、ステンシルマスク１のメンブレン部２の凹凸形状を認識し、数値データに変換するためフレームメモリ上の光切断像５に画像処理を施す。得られたフレームメモリ内の光切断像５に対し特定のレベルを設定して２値化処理を行い必要なメンブレン部２の情報以外を除外し、さらに細線化処理を施しておく。さらにシートビーム４の走査によって得られる全ての画像に図７に示すような処理を施すことで、メンブレン２を含む検査面の高さｈデータとして数値化する。処理結果は数値データとして電算機１４へ転送される。

電算機１４は、転送された数値データを解析し、設定された許容値１０に対しメンブレン２の凹凸の変位量ｄが超えた場合に、ステージコントローラ１３に信号を出力し、その時のステージ座標を逐次記録しておく。また、電算機１４においては、ＸＹステージ１２等の機構部と検査用カメラ６との制御を行いながら、検査用データの入力と表示、光学系からの画像処理後の出力データの解析と判定を行い、検査システム全体を集中管理するものである。

以上、一連のメンブレン検査が完了すると、電算機１４はステンシルマスク１の検査マップを表示する。このとき、メンブレン２の凹凸の変位量ｄが許容値１０を超えて記録された座標がマップ上で示される。

ステンシルマスク１は自動ステージを持つ顕微鏡やレビューステーションにセットし、検査結果として記録された座標データにもとづいて再観察を行う。このときメンブレン２のたわみが確認されればＮＧ品として判定される。

本発明の実施の形態に係るステンシルマスクのメンブレン形状の検査によって、ステンシルマスク１のメンブレン２形状の検査を高速に行うことができ、メンブレン２の凹凸形状が悪い場合、応力調整作業へフィードバックすることで平坦性の修正を速やかに行うことができる。

また、メンブレン２形状の検査により、メンブレン２の最大変位が明らかになるため、近接露光の際に所定の許容値に収まっているか判断することで、メンブレン２がウェハへ接触する危険性を回避することができる。

ステンシルマスクのメンブレン形状の検査についてはシステム化し自動で行われるため、人手による汎用計測機を使用して問題となっていたステンシルマスクへ異物付着の恐れも無くなる。以上により実際のステンシルマスクの検査へ適用することが可能となり、ステンシルマスクの品質、及び信頼性が向上し、歩留り向上に貢献することができる。

本発明の実施の形態に係る検査対象となるステンシルマスクを示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るメンブレン形状の検査方式法を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るメンブレン部が平坦な場合の光切断像を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るメンブレン部が平坦な場合のフレームメモリ画像を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るメンブレン部が非平坦である場合の光切断像を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るメンブレン部が非平坦な場合のフレームメモリ画像を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るフレームメモリ画像の画像処理結果を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るメンブレン部にパターンがある場合の光切断像を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るパターンがある場合の画像処理結果を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るメンブレン部にパターンがある場合の光切断像を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るメンブレン形状の検査装置を示す概念図である。

符号の説明

１：ステンシルマスク、２：ステンシルマスクのメンブレン部、３：レーザ、４：シートビーム、５：光切断像、６：検査用カメラ、７：焦点位置、８：光切断像のメンブレン部、９：メンブレン部にパターンが存在する場合の光切断像、１０：メンブレン部の凹凸形状規定値、１１：補間データ、１２：ＸＹステージ、１３：ステージコントローラ、１４：電算機、１５：画像処理部、１６：光切断光学系

Claims (7)

1. 半導体製造で使用されるステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法において、
   ステンシルマスクをＸＹステージに配置し、
   レーザによるシートビームを前記ステンシルマスクの表面に対して斜めに入射し、
   前記ステンシルマスクからの反射で光切断像を得ることを特徴とするステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法。
2. 前記メンブレンの凹凸形状を認識する画像処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法。
3. 前記メンブレンの凹凸形状が基準位置からの凹凸の大きさが規定の値より大の場合に欠陥として判定することを特徴とする請求項２に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法。
4. 前記光切断像は、前記メンブレンの貫通パターン部で欠落した前記光切断像を連続しているものとして補間する処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査方法。
5. レーザをシートビームに成形してマスク表面に対して斜めに入射させる光切断光学系と、
   ステンシルマスクのメンブレンで反射して得られる光切断像を結像する光学系及びカメラと、
   検査対象の前記ステンシルマスクを搭載してＸＹ方向に移動可能な自動ステージと、
   前記カメラから取り込まれた前記メンブレン形状を認識する画像処理部と、
   を具備することを特徴とするステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置。
6. 前記メンブレンの形状が基準位置からの規定の値より大の場合に欠陥として判定することを特徴とする請求項５に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置。
7. 前記光切断像は、前記メンブレンの貫通パターン部で欠落した前記光切断像を連続しているものとして補間する処理を行うことを特徴とする請求項５に記載のステンシルマスクのメンブレン形状の検査装置。