特許 6906823 マスク検査方法及びマスク検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6906823

(24)【登録日】2021年7月2日

(45)【発行日】2021年7月21日

(54)【発明の名称】マスク検査方法及びマスク検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20210708BHJP

   G03F 1/84 20120101ALI20210708BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20210708BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/956 A

   G03F1/84

   H01L21/66 J

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2020-202434(P2020-202434)

(22)【出願日】2020年12月7日

【審査請求日】2021年5月25日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000115902

【氏名又は名称】レーザーテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(74)【代理人】

【識別番号】100166501

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100129953

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 康弘

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 圭太

(72)【発明者】

【氏名】楠瀬 治彦

(72)【発明者】

【氏名】幸山 常仁

【審査官】 大河原 綾乃

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第７１２６６９９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００６−８４１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５６３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１９／０２５０１０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８８−２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０３Ｆ １／８４

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

露光時の縮小率が縦方向と横方向とで異なっているマスクを検査するためのマスク検査方法であって、
矩形画素を有し、前記矩形画素の前記縦方向の寸法と前記横方向の寸法の比が、前記縦方向における縮小率と前記横方向における縮小率の逆比に等しい光検出器を用いて前記マスクを撮像するステップ、
を含むマスク検査方法。

【請求項2】

前記光検出器は、ＴＤＩセンサである、
請求項１に記載のマスク検査方法。

【請求項3】

前記矩形画素の前記縦方向の寸法と前記横方向の寸法の比は、ｍ：ｎ（ｍ、ｎは1以上の整数、ｍ≠ｎ）である、
請求項１又は２のいずれかに記載のマスク検査方法。

【請求項4】

前記マスクは、前記縦方向のパターン幅と前記横方向のパターン幅の比が、前記縦方向における縮小率と前記横方向における縮小率の逆比に等しいパターンを有する、
請求項１から３のいずれか1項に記載のマスク検査方法。

【請求項5】

ＥＵＶ光を用いて前記マスクを撮像する、請求項１から４のいずれか1項に記載のマスク検査方法。

【請求項6】

露光時の縮小率が縦方向と横方向とで異なっているマスクを検査するためのマスク検査装置であって、
矩形画素を有し、前記矩形画素の前記縦方向の寸法と前記横方向の寸法の比が、前記縦方向における縮小率と前記横方向における縮小率の逆比に等しい光検出器、
を備えるマスク検査装置。

【請求項7】

前記光検出器は、ＴＤＩセンサである、
請求項６に記載のマスク検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マスク検査方法及びマスク検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）カメラを用いた撮像方式は、高解像度かつ高コントラストの画像が得られるため、半導体検査において有用である。特許文献１及び２は、ＴＤＩカメラを用いて半導体を検査する技術を開示している。

【0003】

特許文献１は、ステージのスキャン速度、及びＴＤＩセンサのラインレートに応じた形状の画素を有するＴＤＩセンサを用いて、被検査物を検査する技術を開示している。また、特許文献２は、デジタルＴＤＩセンサにおいてＴＤＩ段数を増加するための技術を開示している。

【0004】

ところで、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）露光において、マスクパターンをウエハー上に縮小投影する際の縮小率（＜１）を、マスクのスキャン方向と、スキャン方向に直交する方向とで異ならせることが提案されている。このようなマスクは、アナモルフィックマスクとも呼ばれており、縦方向のパターン幅と横方向のパターン幅とが非対称となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２５６３４０号公報

【特許文献2】特開２０１４−９３６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

マスクを検査する際、より小さな欠陥を検出するためには、撮像の解像度を上げる必要がある。しかしながら、ＴＤＩセンサの画素のサイズを小さくすると、１ピクセル当たりの受光面積が減少して受光量も減少する。したがって、検査時間（露光時間）が同一の場合には、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が悪化し、コントラストを維持することは困難であるという問題があった。

【0007】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、アナモルフィックマスクの検査において、コントラストを維持しつつ、必要な方向において解像度を向上することが可能なマスク検査方法及びマスク検査装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るマスク検査方法は、露光時の縮小率が縦方向と横方向とで異なっているマスクを検査するためのマスク検査方法であって、矩形画素を有し、前記矩形画素の前記縦方向の寸法と前記横方向の寸法の比が、前記縦方向における縮小率と前記横方向における縮小率の逆比に等しい光検出器を用いて前記マスクを撮像するステップ、を含む。

【0009】

また、本発明に係るマスク検査装置は、露光時の縮小率が縦方向と横方向とで異なっているマスクを検査するためのマスク検査装置であって、矩形画素を有し、前記矩形画素の前記縦方向の寸法と前記横方向の寸法の比が、前記縦方向における縮小率と前記横方向における縮小率の逆比に等しい光検出器、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、アナモルフィックマスクの検査において、コントラストを維持しつつ、必要な方向において解像度を向上することが可能なマスク検査方法及びマスク検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態にかかるマスク検査装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】検査対象であるマスクのパターンを例示する模式図である。

【図3】矩形画素の形状を例示する模式図である。

【図4】処理装置の構成を示す制御ブロック図である。

【図5】実施形態にかかるマスク検査方法の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

【0013】

本実施の形態にかかるマスク検査装置は、マスクを撮像した画像に基づいて検査を行う。検査装置は、微細なパターンが形成されたフォトマスクを検査する。検査装置は、マスクに付着した異物など欠陥検査を行う。

【0014】

本実施の形態にかかる検査装置について、図１を用いて説明する。図１は、検査装置１００の全体構成を模式的に示す図である。検査装置１００は、ステージ１０と、撮像光学系２０と、処理装置５０と、を備えている。処理装置５０は、プロセッサ、及びメモリなどを備えたコンピュータである。

【0015】

図１では、説明の明確化のため、ＸＹＺの３次元直交座標系を示している。尚、Ｚ方向が鉛直方向であり、マスク４０の厚さ方向と平行な方向である。したがって、Ｚ方向が高さ方向となる。マスク４０の上面には、遮光膜などのパターン４１が形成されている。Ｚ方向は、マスク４０のパターン形成面（主面）の法線方向である。Ｘ方向、及びＹ方向が水平方向であり、マスク４０のパターン方向と平行な方向である。Ｚ方向は、マスク４０の厚さ方向である。マスク４０がフォトマスクであるため矩形状のガラス基板となっている。そして、Ｘ方向、及びＹ方向はマスク４０の端辺と平行な方向となっている。Ｘ方向、及びＹ方向は、それぞれ横方向、縦方向とも呼ぶ。

【0016】

ステージ１０には、撮像対象のマスク４０が載置されている。上記のように、マスク４０はフォトマスクであり、ステージ１０上に保持されている。ステージ１０上において、マスク４０はＸＹ平面に並行に保持されている。ステージ１０は、駆動機構１１を有する３次元駆動ステージである。処理装置５０が駆動機構１１を制御することで、ステージ１０がＸＹＺ方向に駆動される。

【0017】

マスク４０は、アナモルフィックマスクと呼ばれるマスクである。マスク４０は、露光時の縮小率（＜１）が横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）とで異なっている。例えば、横方向（Ｘ方向）の縮小率Ｍｘ（＜１）が（１／４）、縦方向（Ｙ方向）の縮小率Ｍｙ（＜１）が（１／８）であってもよい。

【0018】

図２を用いて、マスク４０上のパターン４１について説明する。図２は、パターン４１を例示する模式図である。パターン４１は、パターン４１ｘ１、４１ｘ２、及び４１ｘ３を含んでいる。パターン４１ｘ１、４１ｘ２、及び４１ｘ３は、それぞれ幅Ｌｘを有している。幅Ｌｘは、Ｘ方向のパターン幅とも呼ぶ。また、パターン４１は、パターン４１ｙ１、４１ｙ２、４１ｙ３を含んでいる。パターン４１ｙ１、４１ｙ２、及び４１ｙ３は、それぞれ幅Ｌｙを有している。幅Ｌｙは、Ｙ方向のパターン幅とも呼ぶ。縮小率Ｍｘ（＜１）が（１／４）であり縮小率Ｍｙ（＜１）が（１／８）である場合、幅Ｌｘと幅Ｌｙの比は、１対２となる。つまり、幅Ｌｘと幅Ｌｙの比は、縮小率の逆数（例：４と８）の比（逆比）となっている。これにより、縮小率Ｍｘを（１／４）とし、縮小率Ｍｙを（１／８）として露光を行ったときに、Ｘ方向とＹ方向で同じ幅を有するパターンがウエハーに転写される。例えば、Ｌｘが６４ｎｍ、Ｌｙが１２８ｎｍである場合、Ｘ方向とＹ方向の両方において１６ｎｍの幅を有するパターンがウエハー上に転写されることになる。

【0019】

このように、アナモルフィックマスクにおいて縮小率（＜１）が大きい方向（図２のＸ方向、縮小率の逆数が小さい方向）は、縮小率（＜１）が小さい方向（図２のＹ方向、縮小率の逆数が大きい方向）よりもパターン幅が細く、より高解像度な検査が必要となる。また、縮小率（＜１）が小さい方向は、欠陥についても、より縮小して転写されるため、高精度の検査を必要としない可能性がある。

【0020】

尚、図２に示したパターン４１は単なる例示的なものに過ぎない。縮小率Ｍｘ及びＭｙのそれぞれは、（１／４）、（１／８）には限られないため、幅Ｌｘ及びＬｙの比は、１対２に限られない。また、Ｘ方向のパターンとＹ方向のパターンは、交差してもよい。また、パターン４１は、線状のパターンに限られず、矩形のパターンであってもよい。このような場合、矩形のＸ方向の長さを幅Ｌｘとし、矩形のＹ方向の長さを幅Ｌｙとしてもよい。パターン４１は、斜め方向に伸びるラインや、曲線を含んでいてもよい。

【0021】

図１に戻って、撮像光学系２０は、光源２１と、凹面鏡２２と、凹面鏡２３と、落とし込みミラー２４と、シュバルツシルト光学系２７とを備えている。撮像光学系２０は、マスク４０を撮像するための暗視野光学系となっている。尚、撮像光学系２０において、照射光Ｌ１１は、マスク４０に対して斜め下方に入射してもよい。このような場合、検出光Ｌ１２は斜め上方に進む。

【0022】

尚、図１に示す撮像光学系２０は、適宜簡略されている。撮像光学系２０は、上記の構成以外の光学素子、レンズ、光スキャナ、ミラー、フィルタ、ビームスプリッタなどが設けられていてもよい。また、図１は、ＥＵＶ光による高精度な検査を行うための反射光学系を示しているが、検査装置１００は、ＥＵＶ光以外の光を用いて検査を行ってもよい。このような場合、撮像光学系２０は、透過光学系であってよい。

【0023】

光源２１は、照射光Ｌ１１を発生する。照射光Ｌ１１は、例えば、露光波長と同じ１３．５ｎｍのＥＵＶ光である。照射光Ｌ１１は、ＥＵＶ光に限らず、ＵＶ光、可視光等を含んでもよい。光源２１は、ランプ光源、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源、レーザ光源であってもよい。光源２１で発生した照射光Ｌ１１は、拡がりながら進む。光源２１から発生した照射光Ｌ１１は、凹面鏡２２で反射する。凹面鏡２２は、例えば、楕円面鏡である。凹面鏡２２は、Ｍｏ膜とＳｉ膜が交互に積層された多層膜ミラーとなっており、ＥＵＶ光を反射する。凹面鏡２２で反射した照射光Ｌ１１は、絞られながら進む。照射光Ｌ１１は、焦点を結んだ後、拡がりながら進む。そして、照射光Ｌ１１は、凹面鏡２３で反射する。

【0024】

凹面鏡２３は、例えば、楕円面鏡である。凹面鏡２３は、Ｍｏ膜とＳｉ膜が交互に積層された多層膜ミラーとなっており、ＥＵＶ光を反射する。凹面鏡２３で反射された照射光Ｌ１１は、絞られながら進んで、落とし込みミラー２４に入射する。落とし込みミラー２４で反射した照射光Ｌ１１がマスク４０に入射する。落とし込みミラー２４は、マスク４０に照射光Ｌ１１を集光する。このように、マスク４０の検査領域がＥＵＶ光である照射光Ｌ１１で照明される。したがって、照射光Ｌ１１がマスク４０を照明する照明光となる。

【0025】

マスク４０で反射した検出光Ｌ１２は、穴開き凹面鏡２５に入射する。穴開き凹面鏡２５の中心には、穴２５ａが設けられている。穴開き凹面鏡２５で反射された検出光Ｌ１２は、凸面鏡２６に入射する。凸面鏡２６は、穴開き凹面鏡２５からの検出光Ｌ１２を穴開き凹面鏡２５の穴２５ａに向けて反射する。穴開き凹面鏡２５の穴２５ａを通過した検出光Ｌ１２は、光検出器２８に入射する。シュバルツシルト光学系２７によって、マスク４０の検査領域が光検出器２８に拡大投影される。

【0026】

光検出器２８は、マスク４０を撮像するための撮像素子を有している。光検出器２８は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどである。光検出器２８は、照射光Ｌ１１で照明された検出領域からの検出光Ｌ１２を検出する。

【0027】

光検出器２８は、Ｘ方向に配列された複数の矩形画素を有している。尚、矩形画素の形状については後述する。ここで、光検出器２８として、ＴＤＩセンサを用いている。Ｘ方向はＴＤＩセンサのライン方向であり、Ｙ方向はＴＤＩセンサの転送方向である。光検出器２８は、各矩形画素が受光した光によって発生した電荷を、Ｙ方向に転送することにより、マスク４０を撮像する。もちろん、光検出器２８は、ＴＤＩセンサに限られるものではない。光検出器２８は、複数の矩形画素が１列に配列されたラインセンサであってもよい。パターン４１の有無に応じて、光検出器２８の受光量が変化する。光検出器２８は、矩形画素毎に、受光量に応じた検出信号を処理装置５０に出力する。

【0028】

次に、光検出器２８が備える矩形画素の形状について説明する。各矩形画素のＸ方向の寸法ｌｘ（ｌはアルファベットのエルを表している）とＹ方向の寸法ｌｙの比は、マスク４０の縮小率Ｍｘと縮小率Ｍｙ（＜１）の逆比となっている。例えば、縮小率Ｍｘ（＜１）が（１／４）であり、縮小率Ｍｙ（＜１）が（１／８）である場合、寸法ｌｘと寸法ｌｙの比は、１：２となる。尚、矩形画素のＸ方向の寸法とＹ方向の寸法の比は、１：２には限られない。縮小率Ｍｘ（＜１）が（１／ｍ）、縮小率Ｍｙ（＜１）が（１／ｎ）の場合（ｍ、ｎは1以上の整数、ｍ≠ｎ）、寸法ｌｘと寸法ｌｙの比は、ｍ：ｎとなる。

【0029】

次に、図３を用いて、光検出器２８が備える矩形画素２８１について具体的に説明する。図３の左図は、従来のマスク検査装置で用いられている画素の模式図である。このような画素において、Ｘ方向の長さは単位長さｌの１倍であり、Ｙ方向の長さは単位長さｌの１倍である。単位長さｌは、例えば、１２μｍである。一方、光検出器２８が備える矩形画素２８１のＸ方向の長さｌｘは単位長さｌの（√２／２）倍であり、Ｙ方向の長さｌｙは単位長さｌの（√２）倍である。したがって、矩形画素２８１の受光面積は、従来技術における画素の受光面積と等しい。よって、受光面積を保つことによってＳ／Ｎの悪化を防ぎつつ、高解像度の測定が必要となる方向の解像度を増加させることが可能となる。

【0030】

尚、矩形画素２８１の寸法ｌｘと寸法ｌｙの比は、図２に示した幅Ｌｘと幅Ｌｙの比に等しい。つまり、矩形画素２８１の寸法ｌｘと寸法ｌｙの比を縮小率Ｍｘ（＜１）とＭｙ（＜１）の逆比にすることは、寸法ｌｘと寸法ｌｙの比を幅Ｌｘと幅Ｌｙの比にすることであるともいえる。したがって、矩形画素２８１は、パターン幅が細かい方向（高解像度が必要な方向）において寸法が小さくなっているといえる。

【0031】

図１に戻って、ステージ１０は駆動ステージであり、マスク４０をＸＹ方向に移動させることができる。処理装置５０の駆動制御部５２（図４参照）が、駆動機構１１を制御している。駆動機構１１がマスク４０における検出領域を相対的に移動させる。駆動制御部５２が、ステージ１０をＸＹ方向に移動させることで、マスク４０において、照射光Ｌ１１による照明位置を変化させることができる。

【0032】

このため、マスク４０の任意の位置を撮像することができ、マスク４０のほぼ全面を検査することができる。もちろん、駆動制御部５２が、ステージ１０ではなく、撮像光学系２０を駆動してもよい。すなわち、ステージ１０に対する撮像光学系２０の相対位置が移動可能になっていればよい。あるいは、光スキャナなどを用いて、照射光Ｌ１１を走査してもよい。

【0033】

具体的には、ステージ１０はマスク４０をＹ方向に移動させることができる。照射光Ｌ１１は、例えば、マスク４０においてＸ方向に沿ったライン状の領域を照明している。また、光検出器２８における矩形画素の配列方向がＸ方向となっている。つまり、矩形画素の配列方向と、ステージ１０の駆動方向が互いに直交している。

【0034】

図４は、処理装置５０の構成を示すブロック図である。処理装置５０は、検査部５１と、駆動制御部５２とを備えている。検査部５１は、光検出器２８が撮像した撮像画像を取得し、撮像画像を用いてマスク４０を検査する。撮像画像は検査領域のパターン情報を含んでおり、検査部５１は、撮像画像に基づきパターンを解析し、欠陥を検出する。検査部５１における処理は、従来と同様に種々の処理を用いることができる。検査部５１は、例えば、撮像画像の輝度を閾値と比較することで欠陥を検査してもよい。また、検査部５１は、参照試料とマスク４０との比較検査により、マスクを検査してもよい。

【0035】

例えば、検査部５１は、参照画像と撮像画像との輝度の差分値を求め、差分値を閾値と比較する。検査部５１は、差分値と閾値との比較結果によって、パターン異常、異物などの欠陥を検出する。すなわち、異物などが付着した欠陥箇所では、差分値が閾値よりも大きくなる。検査部５１は、欠陥箇所と、その位置座標を対応付けて出力する。尚、欠陥箇所の位置座標は、駆動制御部５２の駆動位置などによって特定される。検査部５１は、ステージ１０の駆動位置と光検出器２８における画素位置に基づいて、検査領域におけるＸＹ座標を求める。駆動制御部５２は、上記の通り、ステージ１０を制御する。

【0036】

図５は、実施形態にかかるマスク検査方法の流れを例示するフローチャートである。マスク４０の参照画像が、撮影済みであるものとする。まず、矩形画素を有する光検出器２８を用いて、マスク４０の撮像画像を撮影する（ステップＳ１１）。次に、ステップＳ１０１で撮像した撮像画像と、参照画像とを比較し、比較結果に応じてマスク４０上の異物等の欠陥を検出する（ステップＳ１２）。検査により欠陥が検出された場合、フォトマスクに洗浄又は修正が施されてもよい。

【0037】

実施形態にかかる発明の効果について説明する。将来の高ＮＡ世代と言われているＥＵＶマスクは、縦方向の縮小率（＜１）と横方向の縮小率（＜１）が異なっている。ここで、実施形態に係る検査装置が有する矩形画素は、各方向における寸法の比が、各方向における縮小率（＜１）の逆比となっている。したがって、縮小率（＜１）が大きく高解像度の検査が必要な方向において画素の寸法が小さく、縮小率（＜１）が小さく高解像度の検査が不要な方向において画素の寸法が大きい。したがって、実施形態にかかる検査装置により、受光面積の減少によるコントラストの低下や、検査時間の増加を防ぎつつ、必要な方向において高解像度の検査を行うことが可能となる。

【0038】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。

【符号の説明】

【0039】

１００ 検査装置
１０ ステージ
１１ 駆動機構
２０ 撮像光学系
２１ 光源
２２、２３ 凹面鏡
２４ 落とし込みミラー
２５ 穴開き凹面鏡
２５ａ 穴
２６ 凸面鏡
２７ シュバルツシルト光学系
２８ 光検出器
２８１ 矩形画素
４０ マスク
４１、４１ｘ１〜４１ｘ３、４１ｙ１〜４１ｙ３ パターン
５０ 処理装置
５１ 検査部
５２ 駆動制御部
照射光 Ｌ１１
検出光 Ｌ１２
Ｌｘ、Ｌｙ 幅
ｌｘ、ｌｙ 寸法

【要約】

【課題】アナモルフィックマスクの検査において、コントラストを維持しつつ、必要な方向において解像度を向上する。
【解決手段】本発明に係るマスク検査方法は露光時の縮小率が縦方向と横方向とで異なっているマスクを検査するためのマスク検査方法であって、矩形画素２８１を有し、矩形画素２８１の縦方向の寸法と横方向の寸法の比が、縦方向における縮小率と横方向における縮小率の逆比に等しい光検出器２８を用いてマスク４０を撮像するステップ、を含む。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】