JP4483466B2 - 異物検査装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置その他の電子部品の製造工程における露光処理に使用される露光用マスクの表面の異物の検査装置および方法に関り、特にステンシルマスクにおけるパターン形成後のマスク検査に好適な検査装置および検査方法に関するものである。

超ＬＳＩ等の半導体装置およびその他の電子部品の構成要素の大容量化、超微少化の進展に伴い、その加工精度はサブミクロンの時代に入った。このため、従来のフォトマスクを使用した加工精度では限界に達しつつあり、より微細化の可能な露光方法の実用化が急がれている。電子ビーム露光はこの問題を解決する有力な手段の１つであると考えられ開発が進められている。

電子ビーム露光技術において解決すべき課題の一つとして、露光に使用するマスクの精度および品質が重要となる。電子ビーム露光用のマスクとしては、厚さが例えば０．５μｍ〜２０μｍの単結晶シリコン薄膜に露光パターンに対応した電子ビーム透過のための孔を明けたステンシルマスクが有効であると考えられている。現在かかるステンシルマスクの製造用の基板として、一般にＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエーハが使用されている。

ステンシルマスクの開発または工程管理のためには、パターニングの前後においてそれぞれウエーハ表面に付着する例えば塵埃やシリコン屑等の異物検査が必要となる。異物検査においては、ウエーハのどの位置にどのくらいの大きさの異物があるかを検出する必要がある。このためパターニング前においては、従来より、以下に説明する所謂ウエーハ表面検査装置が使用されている。また、パターニング後においては所謂パターン形成後のマスク検査装置が使用されている。

パターニング前のウエーハ表面検査装置１の一事例を図１（ａ）に示す。この表面検査装置１においては、Ｘ−Ｙステージ２上に配置された検査すべきＳＯＩウエーハ３の表面に、斜め上方向から例えばレーザ光源４により光ビーム５を照射し、照射部６の垂直上方に配置した受光素子７により照射部６からの散乱光を受光して異物を検出する。パターニング前のＳＯＩウエーハのように表面が鏡面の場合には、入射角に等しい反射角で光が反射されるため、受光素子７には反射光は入射しない。しかし図１（ｂ）に示すように、ウエーハ３上に異物８があると、入射光５は乱反射されるため、受光素子７は垂直方向の散乱光９を受光する。このため、受光素子７からの受光信号を受信する信号処理装置１０により異物８の有無、その位置等を認識することができる。Ｘ−Ｙステージ２を用いてＳＯＩウエーハ３を二次元移動させ、ウエーハ表面全体を光ビーム５により走査し異物検査をする。このため異物の二次元的な大きさも測定可能である。しかし、パターニング後はパターン（孔部分）のエッジ部分からの散乱光が存在するため、図１（ａ）の装置では異物検出はできない。

ステンシルマスクに関する従来のパターン形成後のマスク検査装置に関する一事例についてその原理を図２により説明する。この事例において、検査装置２０は図１（ａ）の表面検査装置と比較し、特に画像データ記録部１６および画像データ比較手段１４を有する信号処理部１５を備える。

先ず表面に異物のないことが確認されたパターニング後のウエーハ（ステンシルマスク）１１を準備する。そして、全検査範囲について、光ビーム５の照射によるパターンエッジ１２からの散乱光１３の特徴を、予め基準データ（または基準画像データ）として取得し、画像データ記録部１６に記録しておく。

そして、検査すべきパターン形成後のマスクについても同様に光ビームを照射して（図示せず）、散乱光による検査データ（または画像データ）を取得する。そして、予め取得された基準データと検査データとの対比から、パターンエッジ１２からの散乱光の部分を除去する。このようにして、パターニング後のウエーハ上の異物からのランダムな散乱光に基くデータのみを分離することができ、異物の存在を認識することが可能となる。

また、他のパターン形成マスク検査装置の事例として、データ比較検査方式を採用する方法がある。この方法はステンシルマスクのパターンが一般に同一パターンの繰返し配列により形成される点に注目した検査方法である。この方法では、例えば隣り合う同一パターンについての画像データをそれぞれ取得して対応する各部分のデータを比較をする（差分を計算する）。そして両データに差異がある場合には少なくともいずれか一方に異常（異物等）があると認識する方法である。
特開平６−１２９９９１ 特開平６−１３２３７０

しかし、露光用マスクのパターニング後の検査に関しては、上記従来の方法では十分でない。上記画像データ比較手段１４を有する事例において、ステンシルマスクのパターンのエッジ部分１２における散乱光１３は、実際のサンプルにおいてはエッジ部分１２の微細な形状の相異により様々に変化する。このためエッジ部分近傍の異物検出の際に誤検出をしてしまうという問題点が生じている。

また上記データ比較検査方式による事例おいては、ステンシルマスクに形成されているパターン幅が例えば１００ｎｍ以下となるような場合には、検査に使用する光ビームの解像度の限界以下となるため、検査が不可能となるという問題点がある。また相補パターンに分割したマスクを使用する場合などにおいて（例えば特開２００３−５９８１９参照）、隣接するマスク間の比較は行えないという場合が生ずる。

本発明の実施の形態によれば、露光用マスクの表面に存在する異物を検査する装置であって、露光用マスクの表面の高さの変位を測定する手段と、高さの変位を所定のしきい値と比較する手段とを有し、高さの変位が所定のしきい値を超えた場合に異物が存在すると認識する異物検査装置が提供される。

また、露光用マスクの表面に存在する異物を検査する方法であって、露光用マスクの表面の高さの変位を測定し、高さの変位を所定のしきい値と比較し、高さの変位が所定のしきい値を超えた場合に露光用マスクの表面に異物が存在すると認識する異物検査方法が提供される。

例えばステンシルマスクのように、マスクパターンが孔部によって形成されているような構造のマスクを検査する場合においても、孔部のエッジ部分の近傍において異物の誤検出をすることがない、検査精度の高い異物検査装置が形成できる。

図３に本発明によるマスク表面異物検査装置３０の実施の形態の一例を示す。被検査マスク３１はステージ部３２に載置され固定される。ステージ部３２には直角方向に移動可能な通常のＸ−Ｙステージを使用することができる。または、垂直軸の回りを水平に回転する円板状のステージを使用することもできる。ステージ部３２の移動または回転はステージコントローラ３４から出力される移動制御信号により制御される。

他方以下に述べるレーザ変位計および顕微鏡から成る光学系３３が他のＸ−Ｙステージに配置され、移動および所定の走査が可能な場合には、ステージ部３２の方は固定された構造とすることもできる。この場合光学系３３の移動の制御は変位計制御部３５に設けられた変位計移動制御部３７からの制御信号より行われる。なお本発明の実施に使用可能な変位計は以下説明するレーザ変位計に限定されるものではなく、レーザ変位計以外の変位計を使用することも可能である。

被検査マスクが電子ビーム露光に使用されるステンシルマスクの場合、マスク表面に付着する検査対象異物の大きさは、通常サブミクロンオーダである。この場合の異物は主にマスク製造工程における作業環境からの塵埃、またはマスク形成に使用されるＳＯＩウエーハから生じるシリコン屑等である。なお、本発明は従来のフォトマスクにおける異物検査にも使用可能であり、フォトマスクの場合にはマスク製造工程における作業環境からの塵埃が主である。

被検査マスク３１の表面上方には異物検出のための光学系３３が設置される。この光学系３３としては異物を含むマスクの表面の高さの変位を検出可能な例えば図４に示すような所謂レーザ変位計を使用する。なお、原理的には上記レーザ変位計に替えて異物表面の高さを検出可能な任意の手段、または例えば所定の基準位置と異物表面との間の距離の測定が可能な測距手段を使用して被検査マスク３１の表面の変位の検出をすることも可能である。但し変位計特にレーザ変位計の使用はより簡単な構成により異物の検出を可能とするので好適である。

光学系３３は、検出された異物の外観や色調を観察可能にするため、または被検査マスク３１の表面に形成された任意の位置合わせマーク等を認識して光学系３３との相対位置の確認を可能とするための顕微鏡またはＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像装置（図示せず）と組合わせた構造とすることができる。レーザ変位計と顕微鏡等とは光学的に同軸の系として形成することができる。または互いに分離された位置にほぼ並行して配置することも可能である。ＣＣＤ等は例えば異物検出をトリガとしてマスク表面および異物の撮像を行い、撮像された画像は異物の分析に使用することができ、または例えば二次元画像として図３の表示部３８に表示することも可能である。

変位計としては種々の構造のものが使用可能であるが、以下本発明の実施に使用したレーザ変位計４０の測定原理を図４により説明する。図４（ａ）に示すようにレーザ４１から照射されたレーザ光はコリメートレンズ４２および対物レンズ４３を通って被検査マスク３１に照射される。そして被検査マスク３１により反射された反射光４５は対物レンズ４３、コリメートレンズ４２、および反射鏡４６を通って光検出器４７により受光される。光検出器４７は上下２つの光検出部４８および４９から成り、被検査マスク３１が光学系の焦点の位置にある場合には各光検出部４８および４９のそれぞれの受光量が等しくなるように調整されている。

図４（ｂ）に示すように被検査マスク３１の表面位置が焦点の位置より上方に移動した場合には反射位置５０’および反射光４５’の光路は移動し、光検出部４８の受光量が光検出部４９の受光量よりも大きくなる。逆に、図４（ｃ）に示すように被検査マスク３１の表面位置が焦点の位置より下方に移動した場合には反射位置５０”および反射光４５”の光路の移動により、光検出部４８の受光量が光検出部４９の受光量よりも小さくなる。

従って、常に上下の光検出部４８および４９のそれぞれの受光量が等しくなるようにレーザ４１または被検査マスク３１を上下方向に移動させ、その移動距離を例えば移動距離に比例する電圧値として検出することにより被検査マスク３１の表面位置の高さの変位を検出することができる。

被検査マスク３１の表面に異物が付着している場合には、異物の表面からレーザ光が反射するので、異物の表面の位置が高さの変位として検出できる。かかる移動の制御は例えば図３の変位計制御部３５によって行われる。そして変位計制御部３５は変位に対応する電圧を変位計出力としてシステム制御部３６に出力する。

システム制御部３６は、ステージコントローラ３４、変位計制御部３５等を含めた、例えば通常ワンチップマイコンとして使用されている所謂ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いて形成することができる。システム制御部３６は、受信した変位計出力についてデータ処理を行う手段を有し、被検査マスク３１の各位置に対応する高さの変位（または電圧の変化）を出力する手段を有する。表示部３８は測定位置に対するかかる高さの変化を表示することができる。さらにシステム制御部３６は、予め設定した異物検出レベルをしきい値として設定し、検出された高さの変位をこのしきい値と比較する手段を有し、しきい値以上の変位が生じている部分を異物として認識し出力する手段を有する（図示せず）。上記検出レベルは少なくとも本来は平坦であるべき被検査マスクの表部分に製造上不可避的に生ずる高さの相異を異物と誤認識しないようなレベルに設定すべきである。

他の実施の形態として使用可能な変位計の事例としては、例えばレーザ変位計内に内装されている半導体レーザ等の光学ユニットが共振器等によって一定の振幅で振動している構造を有する。被測定対象であるマスク表面にかかるレーザ光を所定の光学系を介して照射した場合、その反射強度は光学ユニットとマスク表面間の距離に応じて変化する。例えば検査対象物が光学系の焦点位置にある場合に反射強度が最大となるようにすることができる。反射強度が最大となる振幅位置を検出してその変位を測定することにより、マスク表面の変位の検出が可能となる。この実施の形態の場合、光学ユニットから射出されるレーザスポットはほぼ１μｍに集光される。その他市販されているサークルトライアングル方式ＰＳＤ（Position Sensitive Device）変位計や合焦点検出式変位計等を使用することもできる。

このような変位計を用いて、被検査マスク３１の表面全域を走査する。走査の方法としては、被検査マスク３１をステージ部３２に搭載して移動しても良い。または、被検査マスクは３１は固定し、その上方の光学系３３を移動させても良い。

また被検査マスクと光学系の相対的な移動（走査）は、例えば図５（ａ）に示すように走査方向を順次平行に移動して、検査対象部５２の全範囲を走査するように移動させることができる。または、図５（ｂ）に示すように、光学系を半径方向に順次移動させ、各移動位置毎に被検査マスク３１を３６０°回転して全検査領域５３を含む円形領域５４を走査するようにしても良い。なお、マスクの全面を走査する必要があるため、走査間隔はレーザスポット径より小さくする必要がある。

図６および図７に、複数の矩形のパターン部６０を有するステンシルマスク６１の表面各（ａ）に対して、異物検査のためにレーザ変位計を走査した場合のレーザ変位計の出力波形各（ｂ）を示す。異物検査中においては、レーザ変位計のレーザスポット６３がマスク表面に照射され、以下のいずれかの事象が生ずる。

(i) 図６のように異物が無い部分では変位計とマスク表面との間隔が変わらず、変位計出力は一定の値（例えば０Ｖ）を示したままである。

パターン部６０には貫通孔が形成されているため、パターン内部では反射するレーザ光がなく、変位が無限大の出力もしくはエラー出力となる。実際には、例えば図６（ｂ）に示すように最下限の電圧値６４として出力するように設定することができる。

(ii) 図７にマスク表面に異物６５がある場合の検出結果を示す。図７のレーザスキャン(4)の出力波形に示すように、レーザ変位計の出力が異物６５の部分において変化する。例えば垂直方向１０μｍの変位に対しレーザ変位計の出力電圧変化を１０Ｖと設定した場合、異物の実際の高さが５μｍの場合は５Ｖを検出して出力される（図７（ｂ）参照）。

従って、図８に示すようにマスク表面の異物検査を行うため、レーザ変位計の出力に異物検出レベル６７（例えば図７（ｂ）においては１Ｖ）を設定し、その値を超えた場合に異物であると判断すれば良い。検出レベル６７の適切な設定によって異物として認識する大きさ（この場合は高さ）を制御することができる。また、検出レベル６７をマスク表面より高い位置に設定することにより、マスク表面に生じた傷（凹部）等と区別することができる。

本発明によれば、図８に示すように、異物検査によって得られる情報として、マスク表面で検出された異物の座標、異物の各部分の高さ、２次元的な大きさが取得される。さらにこれらの情報から異物の３次元的情報も得られる。上記の出力情報は、異物そのものの検出と共に、異物検査後に行われる顕微鏡や撮像装置を用いた、異物からの反射光の強度や色調の測定による異物の分析や分類に使用可能である。

上記実施の形態においてはステンシルマスクにおける異物検査について説明したが、例えば石英基板表面に厚さが数１００ｎｍのクロム薄膜によるパターンが形成されているようなハードマスクやエマルジョン使用のソフトマスク上に付着した異物の検査にも使用可能である。

ここに記載された本発明の実施の形態は単なる一例であり、上記異物検査装置は本発明の要旨を変更しない範囲で多様に変形することができる。

従来のウエーハ表面検査装置の概略を示す図である。 従来のパターン形成マスク検査装置の概略を示す図である。 本発明による異物検査装置の構成を示す図である。 本発明による異物検査装置を構成する変位計の原理を説明するための、光学系について示す図である。 被検査マスクと光学系の相対的な移動を示す図である。 異物検査のためにレーザ変位計を走査した場合のレーザ変位計の出力波形を示す図である。 図６において、異物がある場合のレーザ変位計の出力波形を示す図である。 本発明による異物検査によって得られる異物の情報について示す図である。

符号の説明

１…ウエーハ表面検査装置、 ２…ステージ、 ３…ＳＯＩウエーハ、 ４…レーザ光源、 ５…光ビーム、 ６…照射部、 ７…受光素子、 ８…異物、 ９…散乱光、 １０…信号処理装置、 １１…ウエーハ、 １２…パターンエッジ、 １３…散乱光、 １４…画像データ比較手段、 １５…信号処理部、１６…画像データ記録部、 ２０…検査装置、 ３０…マスク表面異物検査装置、 ３１…被検査マスク、 ３２…ステージ部、 ３３…光学系、 ３４…ステージコントローラ、 ３５…変位計制御部、 ３６…システム制御部、 ３７…変位計移動制御部、 ３８…表示部、 ４１…レーザ、 ４２…コリメートレンズ、 ４３…対物レンズ、 ４５…反射光、 ４６…反射鏡、 ４７…光検出器、 ４８…光検出部、 ４９…光検出部、 ５０…反射位置、 ５２…検査対象部、 ５３…全検査領域、 ５４…円形領域、 ６０…パターン部、 ６１…マスク、 ６３…レーザスポット、 ６４…電圧値、 ６５…異物、 ６７…異物検出レベル、

Claims (2)

1. 複数の矩形状の開口部を有し、該矩形状の一辺が平行に並ぶように一定の間隔で該開口部が配列された開口パターンを備えたステンシルマスクの表面に存在する異物を検査する異物検査装置であって、
   前記ステンシルマスクが載置されるステージ部と、
   前記ステンシルマスク表面にレーザスポットを走査し、前記ステンシルマスクの高さの変位を測定するレーザ変位計と、
   前記高さの変位が所定のしきい値を超えた揚合に前記ステンシルマスクの表面に異物が存在すると認識する手段と、を備え、
   前記ステンシルマスク表面にレーザスポットを走査するにあたり、レーザスポットの進行方向が矩形状の開口部の一辺に対し垂直に入射するように、前記レーザスポットと前記ステージ部との相対位置を制御すること
   を特徴とする異物検査装置。
2. 前記高さの変位は、変位に対応する電庄として出力すること
   を特徴とする請求項1に記載の異物検査装置。

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