(57)【要約】【課題】電子ビーム近接露光装置での近接露光に使用する電子ビームを使用してマクスを検査することができるようにする。【解決手段】ウエハ４０にマスク３０を近接配置し、電子ビーム１５によってマスク３０を走査することにより該マスク３０に形成されたマスクパターンをウエハ４０上のレジスト層４２に転写する電子ビーム近接露光装置１０に組み込まれたマクスの検査装置である。このマスクの検査装置は、ウエハステージ６０に設けられた第１のＳＥＭ７０と、マスク３０の検査時にマスク３０のマスクパターンを透過した電子ビーム１５の２次電子が、ＳＥＭの２次電子検出器７２で捕捉できるようにウエハステージ６０を移動させるステージ駆動手段とから構成され、このＳＥＭによりマスク３０の下面のマスクパターンが撮影される。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハにマスクを近接配置し、電子ビームによって前記マスクを走査することにより該マスクに形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト層に転写する電子ビーム近接露光装置に組み込まれたマスクの検査装置であって、
前記ウエハが搭載されるウエハステージ又は検査用ステージに配設され、前記マスクのマスクパターンを透過した電子ビームを受入し、該電子ビームの画像を撮像する電子ビーム撮像手段と、
前記マスクの検査時に前記マスクのマスクパターンを透過した電子ビームが前記電子ビーム撮像手段に入射するように前記ウエハステージ又は検査用ステージを移動させるステージ駆動手段と、
を備えたことを特徴とするマスクの検査装置。
【請求項２】
前記電子ビーム撮像手段は、前記マスクのマスクパターンの下面のエッジ部分で反射する２次電子を取り込む走査型電子顕微鏡であることを特徴とする請求項１のマスクの検査装置。
【請求項３】
前記電子ビーム撮像手段は、前記ウエハステージに搭載されるウエハの上面と略同じ高さに設けられた蛍光板と、該蛍光板を拡大して撮影する顕微鏡撮影手段とからなることを特徴とする請求項１のマスクの検査装置。
【請求項４】
前記電子ビーム近接露光装置は、前記電子ビーム撮像手段から得られる画像に基づいて前記マスクの歪みを補正すべく前記マスクパターンへの前記電子ビームの入射角度を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマスクの検査装置。
【請求項５】
前記マスクの上面のマスクパターンを撮像する撮像手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマスクの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマスクの検査装置に係り、特に電子ビームを用いてステンシルマスク（孔空きマスク）のマスクパターンを半導体ウエハ上のレジスト層に等倍転写する電子ビーム露光装置に使用されるマスクの検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のマスクの検査装置として、特許文献１に記載のものがある。このマスクの検査装置は、集束された電子ビームをマスクに照射し、マスクを透過した電子ビームを蛍光板によって光に変換したのち、この光に変換した光像をＣＣＤカメラによって画像信号に変換するようにしている。
【０００３】
そして、前記電子ビームがマスクの全面を走査するように前記マスクをＸ方向及びＹ方向に移動させ、このマスクの移動に同期してＣＣＤカメラで撮像した画像信号を転送し、マスク全面の画像を得るようにしている。
【０００４】
一方、この種のマスクを使用する露光装置として、電子ビーム近接露光装置が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
この電子ビーム近接露光装置は、マスクをウエハに近接するように（マスクとウエハとの隙間が、例えば５０μｍとなるように）配置し、この状態で、マスクに垂直に電子ビームを照射するとともに、電子ビームによりマスクを走査し、これによりマスクのマスクパターンを透過した電子ビームによりマスクのマスクパターンをウエハ上のレジスト層に等倍転写するようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２２７９３２
【０００７】
【特許文献２】
米国特許第５，８３１，２７２　号（日本特許第２９５１９４７　号に対応）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のマスクの検査装置は、マスク検査専用機であるため、露光装置において使用中のマスクを検査することができないという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載のように、ウエハに近接配置されるマスクの裏面側には、汚れが付着する場合があるが、従来のマスクの検査装置は、露光装置と検査装置との間でマスクを着脱しなければならず、このマスクの汚れ等を頻繁に検査することができない。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、電子ビーム近接露光装置の特徴を活かし、近接露光に使用する電子ビームを使用してマスクを検査することができ、また、実際にウエハに転写されるマスクパターンと同じマスクパターンの画像を得ることもできるマスクの検査装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、ウエハにマスクを近接配置し、電子ビームによって前記マスクを走査することにより該マスクに形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト層に転写する電子ビーム近接露光装置に組み込まれたマスクの検査装置であって、前記ウエハが搭載されるウエハステージ又は検査用ステージに配設され、前記マスクのマスクパターンを透過した電子ビームを受入し、該電子ビームの画像を撮像する電子ビーム撮像手段と、前記マスクの検査時に前記マスクのマスクパターンを透過した電子ビームが前記電子ビーム撮像手段に入射するように前記ウエハステージ又は検査用ステージを移動させるステージ駆動手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
即ち、前記ウエハステージ又は検査用ステージによって電子ビーム撮像手段を移動させることにより、近接露光に使用する電子ビームを使用してマスクを透過した電子ビームの状況（即ち、マスクのマスクパターンの状況）を捕捉するようにしている。
【００１３】
前記電子ビーム撮像手段は、請求項２に示すように前記マスクのマスクパターンの下面のエッジ部分で反射する２次電子を取り込む走査型電子顕微鏡であることを特徴としている。
【００１４】
前記電子ビーム撮像手段は、請求項３に示すように前記ウエハステージに搭載されるウエハの上面と略同じ高さに設けられた蛍光板と、該蛍光板を拡大して撮影する顕微鏡撮影手段とからなることを特徴としている。この場合、実際にウエハに露光されるマスクパターンと同じ画像を得ることができる。尚、前記電子ビーム撮像手段から得られる画像をモニタ等に表示することにより、マスクの良否、マスクパターンの状況をモニタリングすることができる。
【００１５】
請求項４に示すように、前記電子ビーム近接露光装置は、前記電子ビーム撮像手段から得られる画像に基づいて前記マスクの歪みを補正すべく前記マスクパターンへの前記電子ビームの入射角度を制御する制御手段を有することを特徴としている。即ち、前記マスクのマスク歪みがあっても、マスクパターンに入射する電子ビームの入射角度を、電子ビームの走査位置に応じて制御することにより、歪みのないマスクパターンをウエハに露光することができるが、前記電子ビーム撮像手段によってウエハに露光されるマスクパターンを同じマスクパターンの画像を得ることができるため、その画像に基づいてウエハに露光されるマスクパターンが歪まないように電子ビームの入射角度を決定することができる。
【００１６】
請求項５に示すように、前記マスクの上面のマスクパターンを撮像する撮像手段を有することを特徴としている。これにより、マスクの表裏のマスクパターン（マスク上面のマスクパターンの線幅とマスク下面のマスクパターンの線幅は必ずしも一致しない）を撮像することができ、マスクを三次元的に検査することができる。尚、マスクの上面のマスクパターンを撮像する撮像手段は、電子ビーム撮像手段に限らず、白色照明光源を有する顕微鏡撮影手段などを使用してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るマスクの検査装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るマスクの検査装置が組み込まれた電子ビーム近接露光装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【００１９】
この電子ビーム近接露光装置１０は、主として電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１６及び整形アパーチャ１８を含む電子銃１２と、主偏向器２２、２４及び副偏向器２６、２８を含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２０と、マスク３０と、マスクステージ３２と、静電チャック５０と、ウエハステージ６０と、２次電子検出器７２を有する第１の電子ビーム撮像装置（走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」という））と、２次電子検出器８２を有する第２のＳＥＭとから構成されている。尚、この電子ビーム近接露光装置１０は、図示しない真空チャンバ内に設けられている。
【００２０】
前記マスク３０は、静電チャック５０に吸着されたウエハ４０に近接するように（マスク３０とウエハ４０との隙間が、例えば５０μｍとなるように）配置される。この状態で、マスク３０に垂直に電子ビームを照射すると、マスク３０のマスクパターンを透過した電子ビームがウエハ４０上のレジスト層４２に照射される。
【００２１】
走査手段２０は、図２に示すように電子ビーム１５がマスク３０の全面を走査するように電子ビームを偏向制御する。これにより、マスク３０のマスクパターンがウエハ４０上のレジスト層４２に等倍転写される。尚、電子ビーム１５の断面形状は、図２に示すものに限らない。
【００２２】
走査手段２０中の副偏向器２６、２８は、マスクパターンの転写位置を微調整するために使用されるもので、電子ビーム１５のマスク３０への入射角度を制御する。いま、図３に示すように電子ビーム１５のマスク３０への入射角度をα、マスク３０とウエハ４０との間隔をＧとすると、入射角度αによるマスクパターンの転写位置のずれ量δは、次式、
【００２３】
【数１】
δ＝Ｇ・ｔａｎ　α
で表される。図３上ではマスクパターンは、ずれ量δだけ正規の位置からずれた位置に転写される。
【００２４】
この電子ビームの入射角度αによるマスクパターンの転写位置の位置ずれを利用し、マスク歪みを補正することができる。例えば、図４（Ａ）に示すようにマスクが歪んでいる場合であっても、電子ビーム１５の走査位置に応じて、電子ビーム１５のマスクパターンへの入射角度αを適宜変化させることにより、図４（Ｂ）に示すようなマスク歪みのない状態と同じマスクパターンを転写することができる。
【００２５】
ウエハステージ６０は、静電チャック５０に吸着されたウエハ４０を水平の直交２軸方向に移動させるとともに、水平面内で回転させるもので、マスクパターンの等倍転写が終了するごとにウエハ４０を所定量移動させ、これにより１枚のウエハ４０に複数のマスクパターンを転写できるようにしている。
【００２６】
また、ウエハステージ６０には、２次電子検出器７２が設けられており、マスク３０の検査時には、ウエハステージ６０は、図５に示すようにマスク３０のマスクパターンの下面のエッジ部分で反射する２次電子を取り込むことができる位置に第１のＳＥＭの２次電子検出器７２が移動させられる。
【００２７】
図６は上記第１のＳＥＭの概略構成図である。
【００２８】
同図に示すように、第１のＳＥＭは、前述した２次電子検出器７２と、増幅器７４と、陰極線管（ＣＲＴ）７６と、走査回路７８とから構成されている。
【００２９】
電子ビーム近接露光装置によってマスク３０の全面を走査するように電子ビーム１５がマスク３０に照射されると、その電子ビーム１５の一部はマスク３０のマスクパターンを通過する。また、電子ビーム１５がマスク３０の上面及び下面のマスクパターンのエッジ部分に衝突すると、ここで２次電子が発生する。
【００３０】
マスクパターンの下面のエッジ部分から発生した２次電子は、２次電子検出器７２に印加された電圧の電位に引かれ、２次電子検出器７２の表面に塗布された蛍光面に衝突して光に変換され、この光は光電子倍増管で増幅され、更に増幅器７４で増幅されてＣＲＴ７６に加えられる。
【００３１】
走査回路７８は、電子ビーム近接露光装置の主偏向器２２、２４と、ＣＲＴ７６の偏向器７６Ａとに走査用制御信号を出力し、電子ビームがマスク３０上を走査している位置と、ＣＲＴ７６面上の位置とが対応関係が保たれるように同期をとって走査している。
【００３２】
このＣＲＴ７６の画面を撮影することによって、マスク３０の下面のマスクパターン像を得ることができる。
【００３３】
図７は、第１の電子ビーム撮像装置の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【００３４】
同図に示すように、この第１の電子ビーム撮像装置は、顕微鏡撮像装置９０であり、主として蛍光板９２と、顕微鏡対物レンズ９４と、撮像部９６とから構成されている。
【００３５】
蛍光板９２は、入射する電子ビームを光に変換するもので、その入射面は、ウエハステージ６０に搭載されるウエハ４０の上面と同じ高さになるように設定されている。従って、蛍光板９２上には、ウエハ４０に転写されるマスク３０のマスクパターンと同じマスクパターンの光像が得られる。この蛍光板９２の像は、顕微鏡対物レンズ９４を介して撮像部９６に入射して撮像される。撮像部９６は、例えば電子ビームがマスク３０の全面を走査する期間、露出することにより、マスク３０のマスクパターン全体を示す画像を取り込むことができる。
【００３６】
一方、図５に示すように第２のＳＥＭは、２次電子検出器８２が、マスク３０の上面のマスクパターンのエッジ部分から発生する２次電子を捕捉する位置に設けられている。尚、その他の第２のＳＥＭの構成は、図６で説明した第１のＳＥＭ７０と同様のため、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
尚、第２の電子ビーム撮像装置は、上記第２のＳＥＭに限らず、例えば、白色光等の照明光源をマスクに照射し、その反射光を撮像する通常の撮像装置（顕微鏡撮像装置）でもよい。また、この場合の撮像装置は、電子ビームを使用しないため、マスクステージ３２によりマスク３０を電子ビームの露光領域外に移動させた位置であって、該マスク３０を真上から撮像する位置に設けることができる。
【００３８】
図８は上記マスクの検査装置を含む電子ビーム近接露光装置の制御部の実施の形態を示すブロック図である。
【００３９】
同図において、中央処理装置（ＣＰＵ）１００は、装置全体を統括制御するもので、ウエハの位置決め制御、露光時やマスク検査時の電子ビームの偏向制御等を行う。
【００４０】
即ち、ＣＰＵ１００は、図示しない測定手段によって測定されたマスク３０とウエハ４０との位置ずれがゼロになるようにステージ駆動回路１０４を介してウエハステージ６０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でウエハステージ６０を回転させ、これによりウエハの高精度の位置決め（ファインアライメント）を行う。
【００４１】
ファインアライメントが終了すると、ＣＰＵ１００は、マスクを走査する際の偏向量データをデジタル演算回路１０６に供給し、デジタル演算回路１０６は偏向量データに基づいてマスクを走査するためのデジタル信号を主ＤＡＣ／ＡＭＰ１０８に出力する。主ＤＡＣ／ＡＭＰ１０８は、入力したデジタル信号をアナログ信号に変換したのち増幅し、これを主偏向器２２、２４（図１参照）に出力する。これにより、電子ビーム１５は、光軸と平行な状態を維持したまま、図２に示したようにマスク３０の全面を走査するように偏向される。
【００４２】
また、ＣＰＵ１００は、マスクの歪みを補正するための補正データをデジタル演算回路１０６に供給し、デジタル演算回路１０６は補正データに基づいて電子ビームのマスク３０への入射角度を制御するためのデジタル信号を副ＤＡＣ／ＡＭＰ１１０に出力する。副ＤＡＣ／ＡＭＰ１１０は、入力したデジタル信号をアナログ信号に変換したのち増幅し、これを副偏向器２６、２８に出力する。これにより、電子ビーム１５は、図３に示したようにマスク３０への入射角度が制御され、図４で説明したようにマスク歪みのない状態と同じマスクパターンを転写することができる。
【００４３】
ＣＰＵ１００は、１回のマスクパターンの等倍転写が終了するごとに、ステージ駆動回路１０４を介してウエハステージ６０を所定量移動させ、これにより１枚のウエハ４０に複数のマスクパターンを転写させる。
【００４４】
新規のマスクの装着時や予め設定した枚数（１枚を含む）のウエハへのマスクパターンの転写の終了時に、ＣＰＵ１００は、ステージ駆動回路１０４を介してウエハステージ６０をマスク検査位置（図５参照）に移動させる。尚、ウエハステージ６０のｘ方向及びｙ方向の位置を測定するレーザ干渉計ＬＸ　、ＬＹ　から読み値（ｘ，ｙ）を入力しており、ＣＰＵ１００は、ファインアライメント後のレーザ干渉計ＬＸ　、ＬＹ　からの読み値（ｘ，ｙ）に基づいてウエハステージ６０を適宜の位置に制御することができる。
【００４５】
ウエハステージ６０がマスク検査位置に移動すると、ＣＰＵ１００は、ウエハへのマスクパターンの転写時と同様に電子ビームがマスク３０の全面を走査するように電子ビームの偏向制御を行う。
【００４６】
第１のＳＥＭ７０は、前述したようにマスク３０を透過した電子ビームの画像を取り込み、マスク３０の裏面側のマスクパターンを示す第１の画像信号を信号処理回路１０２に出力する。また、第２のＳＥＭ８０は、マスク３０の表面側のマスクパターンを示す第２の画像信号を信号処理回路１０２に出力する。
【００４７】
信号処理回路１０２は、入力する第１の画像信号に基づいてマスク３０の裏面側のマスクパターンを示す画像をモニタ１１２に表示させる。オペレータは、モニタ１１２に表示されるマスクパターンの画像を観察することにより、マスク３０の良否を視認することができる。
【００４８】
また、信号処理回路１０２は、入力した第１の画像信号に基づくマスクパターンを示す画像とマスクパターンの基準画像とを比較することにより、自動的にマスクの良否を判別し、その判別結果をモニタ１１２に表示させることもできる。更に、信号処理回路１０２は、入力する第２の画像信号に基づいてマスク３０の表面側のマスクパターンを示す画像をモニタ１１２に表示させたり、前記第１、第２の画像信号に基づいてマスク３０の表裏検査による三次元検査を行うことができる。
【００４９】
一方、ＣＰＵ１００は、第１のＳＥＭ７０によって取り込まれたマスクパターンを示す画像に基づいてマスクの歪みを測定することができ、これによりマスクの歪みを補正するための補正データを求めることができる。尚、マスク歪みを測定する場合には、副ＤＡＣ／ＡＭＰ１１０によるマスク３０への電子ビームの入射角度の制御は行わないようにする。
【００５０】
この実施の形態では、第１のＳＥＭ７０と第２のＳＥＭ８０とを設けるようにしたが、第１のＳＥＭ７０のみを設けるようにしてもよい。また、第１のＳＥＭ７０を、ウエハステージ６０に設けるようにしたが、これに限らず、ウエハステージ６０とは別の移動ステージ（検査用ステージ）に設け、マスク検査時にウエハステージ６０を退避させ、マスクのマスクパターンを透過した電子ビームが第１のＳＥＭ７０で捕捉するように検査用ステージを移動させるようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電子ビーム近接露光装置の特徴を活かし、ウエハが搭載されるウエハステージ又は検査用ステージに電子ビーム撮像手段を設けることにより、近接露光に使用する電子ビームを使用してマスクを検査することができる。また、電子ビーム撮像手段に入射する電子ビームを光に変換する電子ビーム／光変換手段の入射面を、ウエハステージに搭載されるウエハの上面と同じ高さにすることで、実際にウエハに転写されるマスクパターンと同じマスクパターンの画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマスクの検査装置が組み込まれた電子ビーム近接露光装置の実施の形態を示す概略構成図
【図２】電子ビームによるマスクの走査を説明するために用いた図
【図３】副偏向器によって電子ビームの転写位置がずれる様子を示す図
【図４】マスク歪みの補正を説明するために用いた図
【図５】図１に示した電子ビーム近接露光装置におけるマスク検査時の状態を示す図
【図６】第１のＳＥＭの概略構成図
【図７】第１の電子ビーム撮像装置の他の実施の形態を示す構成図
【図８】図１に示した電子ビーム近接露光装置の制御部の実施の形態を示すブロック図
【符号の説明】
１０…電子ビーム近接露光装置、１５…電子ビーム、２２、２４…主偏向器、２６、２８…副偏向器、３０…マスク、３２…マスクステージ、４０…ウエハ、４２…レジスト層、６０…ウエハステージ、７０…第１のＳＥＭ、７２…２次電子検出器、７６…ＣＲＴ、７８…走査回路、８０…第２のＳＥＭ、９０…顕微鏡撮像装置、９２…蛍光板、９４…顕微鏡対物レンズ、９６…撮像部、１００…中央処理装置（ＣＰＵ）、１０２…信号処理回路、１０４…ステージ駆動回路、１０６…デジタル演算回路、１１２…モニタ、ＬＸ，ＬＹ　…レーザ干渉計
【図１】
2004040070.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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