(57)【要約】【課題】電子ビーム露光装置に使用するマスクパターンの欠陥及び歪みを、実際の露光電子パターンを比較的短時間に正確に測定できる。【解決手段】マスク３０のパターンの電子像を検査する方法であって、マスクを通過した電子ビームを検査用試料１００に照射して電子像を露光し、検査用試料１００上の電子像を検出して検査画像データを形成し、正規画像データと検査画像データを比較して欠陥を検出する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成されたマスクを通過した電子ビームを試料に照射することにより、前記試料に露光される前記パターンの電子像を検査する方法であって、
前記マスクを通過した電子ビームを検査用試料に照射して、前記検査用試料に前記パターンの電子像を露光し、
露光された前記検査用試料上の前記電子像を検出して前記電子像の検査画像データを形成し、
前記パターンの所望のパターン像を示す正規画像データと、検出した前記検査画像データを比較して欠陥を検出することを特徴とする電子ビーム露光像の検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電子ビーム露光像の検査方法であって、
前記検査用試料は、試料と略同一形状を有する電子ビーム露光像の検査方法。
【請求項３】
請求項１に記載の電子ビーム露光像の検査方法であって、
前記検査用試料は、電子像を担持可能で、所定の消去処理を行うことにより担持した電子像が消去可能で、再利用される電子ビーム露光像の検査方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電子ビーム露光像の検査方法であって、
前記検査用試料は、光導電性材料で作られており、光を照射して電子像を消去する電子ビーム露光像の検査方法。
【請求項５】
試料を保持して移動する試料保持移動機構と、
パターンが形成されたマスクを保持するマスク保持機構と、
前記マスク保持機構に保持された前記マスクに電子ビームを照射し、前記マスクの前記パターンの像を前記試料に露光する電子光学系と、
前記試料保持移動機構、前記マスク保持機構及び前記電子光学系を収容する真空チャンバとを備える電子ビーム露光装置であって、
検査用試料を保持する検査用試料保持部と、
前記検査用試料を前記検査用試料保持部と前記試料保持移動機構との間で搬送する検査用試料搬送機構と、
前記電子光学系により前記マスクの前記パターンの像が露光された前記検査用試料の電子像を検出して検査画像データを形成する電子像検出機構と、
前記パターンの所望のパターン像を示す正規画像データと、検出した前記検査画像データを比較して欠陥を検出する比較欠陥検出回路とを備えることを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記検査用試料は、試料と略同一の形状を有する電子ビーム露光装置。
【請求項７】
請求項５に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記検査用試料は、電子像を担持可能で、所定の消去処理を行うことにより担持した電子像が消去可能で、再利用される電子ビーム露光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記検査用試料は、光導電性材料で作られており、
前記検査用試料に光を照射して電子像を消去する光照射機構を備える電子ビーム露光装置。
【請求項９】
請求項５に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記電子像検出機構は、走査型電子顕微鏡と、前記検査用試料を保持して移動する検査用試料移動機構とを備える電子ビーム露光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記電子像検出機構は、前記検査用試料保持部に設けられている電子ビーム露光装置。
【請求項１１】
請求項５に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記真空チャンバと前記検査用試料保持部は、真空状態で接続可能であり、
前記検査用試料搬送機構は、前記検査用試料を真空状態で搬送する電子ビーム露光装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記真空チャンバと真空状態で接続可能で、複数のマスクを収容可能なマスク収容部と、
前記マスク収容部と前記マスク保持機構との間で前記マスクを搬送するマスク搬送機構とを備える電子ビーム露光装置。
【請求項１３】
請求項５に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記電子像検出機構は、前記電子光学系と前記試料保持移動機構とで構成される電子ビーム露光装置。
【請求項１４】
試料を保持して移動する試料保持移動機構と、
パターンが形成されたマスクを保持するマスク保持機構と、
前記マスク保持機構に保持された前記マスクに電子ビームを照射し、前記マスクの前記パターンの像を前記試料に露光する電子光学系と、
検査用試料を前記試料保持移動機構との間で真空状態で搬送し、前記電子光学系により前記マスクの前記パターンの像が露光された前記検査用試料の電子像を検出して検査画像データを形成する検査部と、
前記パターンの所望のパターン像を示す正規画像データと、検出した前記検査画像データを比較して露光に使用したマスクの欠陥を検出する比較欠陥検出回路と、
複数のマスクを収容し、前記マスク保持機構との間で前記マスクを真空状態で搬送するマスク収容部とを備える電子ビーム露光装置の使用方法であって、
第１のマスクを前記マスク保持部に保持して前記検査用試料に前記第１のマスクのパターンを露光し、
前記検査用試料を前記検査部に搬送し、
前記第１のマスクを前記マスク収容部に搬送して、第２のマスクを前記マスク保持部に保持し、
前記検査部で前記第１のマスクの欠陥を検出している間、前記電子光学系は試料に前記第２のマスクのパターンを露光することを特徴とする電子ビーム露光装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターンの形成されたマスクを通過して整形された電子ビームを試料に照射して露光する電子ビーム露光装置、そのようにして露光された電子像の検査方法及びそのような装置の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体装置の製造プロセスにおいてウエハにパターンを形成するリソグラフィ技術では、光露光用マスク（フォトマスク）のパターンをウエハ上に縮小露光する光リソグラフィが主として使用されているが、これ以上の微細化が難しくなってきており、更に微細化可能な電子ビーム露光法が注目されている。電子ビーム露光法には各種の方法があるが、スループットの点からＥＰＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）や（Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が特に注目されている。ＥＰＬは、露光パターンの４倍の大きさのマスクを用い、１００ｋＶという高い加速電圧で露光する。一方、ＬＥＥＰＬは、等倍のマスクを用い、２ｋＶ程度という低い加速電圧で露光する。ＥＰＬとＬＥＥＰＬのいずれも、露光パターンに対応する開口パターンを有するステンシルマスク（穴開きマスク）を使用する。
【０００３】
図１は、特許第２９５１９４７号に開示された等倍のステンシルマスクを用いて露光する電子ビーム近接（ＬＥＥＰＬ）露光装置１０の基本構成を示す図である。図示のように、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保持して走査する走査機構２０と、マスク３０と、試料（ウエハ）４０を保持する静電チャック５０と、θＸＹステージ６０とから構成されている。なお、これらの部分は、真空チャンバ内に設けられる。また、マスクは図示していないマスク保持機構に保持され、露光するパターンに応じて交換される。
【０００４】
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通過した整形された電子ビームがウエハ４０上のレジスト層４２に照射され、パターンが露光される。
【０００５】
マスク３０の全パターン領域をカバーする一様な電子ビームを生成するのは難しいので、図２に示すように、電子ビーム１５でマスク３０の全面を走査し、全パターン領域を一様な露光量で露光する。走査機構２０はこの走査を行う。露光量の均一性の向上及び走査時間の短縮のためには、大きな電子ビーム１５を使用して小さな走査ピッチで走査を行うことが望ましい。
【０００６】
マスク３０に照射された電子ビームはステンシルパターンに整形されて試料に照射される。従って、マスク３０のパターンは所望の形状を有し、欠陥がないことが要求される。そこで、露光を行う前にマスクに欠陥がなく、所望のパターンが露光できることを確認する必要がある。
【０００７】
また、ステンシルマスク３０のパターンは開口（穴開き）パターンであり、しかもそこに形成されるパターンは非常に微細なパターンであり、マスク３０のパターン部分は非常に薄いメンブレンとする必要がある。そのため、マスクパターンに歪みが生じる場合があり、上記の特許第２９５１９４７号は、図１の副偏向器２６、２８を使用して歪みを補正して露光する方法を開示している。このような補正を行うためには、あらかじめマスクの歪みを検出する必要がある。
【０００８】
特開２００１−２２７９３２号公報は、ステンシルマスクのパターンを検査する検査装置を開示している。この検査装置では、ステンシルマスクに電子ビームを照射し、パターンを通過して整形された電子ビームを電磁レンズなどで構成される電子光学系で拡大し、拡大した電子像を蛍光体により光学像に変換して検出する。しかし、この装置は電子ビーム露光装置とは別の検査装置として実現することを意図したもので、非常に大規模である。そのため、この装置を電子ビーム露光装置のコラム部分に設けて、マスクを露光状態に維持したまま検査可能にするのは非常に難しい。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２９５１９４７号（全体）
【特許文献２】
特開２００１−２２７９３２号公報（全体）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、電子ビーム露光装置のマスクパターンの欠陥及び歪みを検出するには各種の方法が考えられるが、従来の検査方法は満足のいくものではなかった。
【００１１】
本発明は、電子ビーム露光装置のマスクパターンの欠陥及び歪みを検出する新しい方法を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図２は、本発明の電子ビーム露光像の検査方法の原理を説明する図である。
【００１３】
図２に示すように、本発明の電子ビーム露光像の検査方法によれば、検査用試料１００を用意し、マスク３０を通過した電子ビームを検査用試料１００に照射して、検査用試料にマスク３０のパターンの電子像を露光し、その電子像を電子顕微鏡などで検査して所望の電子パターン像が露光されているか検査する。検査の終了した後、検査用試料１００は電子像を消去（イレース）して再利用する。
【００１４】
すなわち、本発明の電子ビーム露光像の検査方法は、パターンが形成されたマスクを通過した電子ビームを試料に照射することにより、前記試料に露光される前記パターンの電子像を検査する方法であって、前記マスクを通過した電子ビームを検査用試料に照射して、前記検査用試料に前記パターンの電子像を露光し、露光された前記検査用試料上の前記電子像を検出して前記電子像の検査画像データを形成し、前記パターンの所望のパターン像を示す正規画像データと、検出した前記検査画像データを比較して欠陥を検出することを特徴とする。
【００１５】
検査用試料は、試料と同じ形状を有することが望ましい。更に、検査用試料は、例えば光導電性材料で作られる。
【００１６】
マスクの欠陥及び歪みを検出する場合、何を測定するかという問題がある。この場合、実際に露光したパターンを測定するか、マスクのパターンを直接測定するかが考えられる。露光したパターンを測定する方が、実際に必要とする結果を測定するので好ましいといえる。この方法は、光リソグラフィなどによる露光パターンの検査でも従来から広く使用されており、例えば、通常の露光と同様に、試料にレジストを塗布して露光を行い、露光の終了した試料を回収して現像し、形成されたパターンを検査する。しかし、この方法は検査時間が非常に長くなるという問題があり、マスク全体の検査などにはあまり使用されていない。更に、この方法は、最終的なパターンの欠陥にはレジストや現像を原因とするものがあり、このような欠陥と露光における欠陥を判別できないという問題がある。この問題を回避するには、例えば、２回露光を行い、両方の露光パターンに欠陥が発生した場合を露光における欠陥と判定する方法が考えられるが、２つのパターンを検査する必要があり、検査時間が更に長くなるという問題がある。
【００１７】
一方、マスクのパターンを検査する方法は、露光とマスクの検査の条件に差があるため、露光したパターンでは欠陥であるのに、マスクのパターンの検査では欠陥でないと判定される場合や、逆に露光したパターンでは欠陥がないのに、マスクのパターンの検査では欠陥があると判定される場合などの検査結果と実際の欠陥の間の不一致が起こり得る。実際に必要な検査結果は、実際に露光したパターンの検査結果であり、この点で露光した電子像を測定することの法が望ましいが、実際には露光とマスクの検査の条件を適宜設定することにより、露光パターンの欠陥検出とマスクパターンの欠陥検出はかなり一致させることが可能である。
【００１８】
本発明の電子ビーム露光像の検査方法は、露光した電子像を測定するので検査結果と実際の欠陥の間の不一致が小さく、しかも専用の検査用試料を使用するため、試料にレジストを塗布して現像する場合に比べて変動条件が少なく、より信頼度の高い測定が可能である。また、複数枚の検査用試料を用意して、これらに同一の条件で露光を行って複数枚の検査用試料に同一の電子像を形成し、複数の検査装置で異なる部分を並行して測定することも可能である。これにより、検査の速度を大幅に向上できる。
【００１９】
マスクの欠陥及び歪みを測定する場合、上記のように何を測定するかと共に、どこで測定するかという問題もある。直接マスクのパターンを測定する場合には、電子ビーム露光装置において露光のためにマスクを装着した状態で測定する第１形態と、装着されていないが電子ビーム露光装置と同じチャンバ内又はチャンバに真空状態で接続された空間内で測定する第２形態と、更には電子ビーム露光装置とは別の独立した検査装置で測定する第３形態の３つの形態が考えられる。第３形態の場合には、検査装置が真空状態でマスクを保持するか、マスクを装置の間でどのように搬送するかにより更にいろいろな形態が考えられる。
【００２０】
また、本発明のように、検査用試料に露光した電子像を測定する場合には、検査用試料の測定をどこで行うかと共に、検査の間マスクをどのように保持するかで各種の形態が考えられる。具体的には、電子ビームで露光する状態の検査用試料を測定することはできないので、検査用試料の測定は、電子ビーム露光装置と同じチャンバ内又はチャンバに真空状態で接続された空間内で測定する第４形態と、更には電子ビーム露光装置とは別の独立した検査装置で測定する第５形態の２つの形態が考えられる。また、第４と第５の形態については、それぞれ検査用試料の露光に使用したマスクを装着したままの状態に保持する第１変形例、マスクを電子ビーム露光装置と同じチャンバ内又はチャンバに真空状態で接続された空間内に保持する第２変形例と、更には電子ビーム露光装置とは別の独立した装置に保持する第３変形例の３つの変形例が考えられる。なお、検査用試料の電子像を測定する検査装置を、電子ビーム露光装置の電子光学系を利用して実現し、露光に使用したマスクを退避して、露光した直後の電子ビーム像を測定する第６形態が考えられる。
【００２１】
前述の特開２００１−２２７９３２号公報に開示されたマスク検査装置は、電子ビーム露光装置とは別の独立した検査装置として使用される第３形態を想定している。この検査装置は、マスクのパターンを通過した電子ビームを電子光学系で拡大した後光学像に変換するもので、マスクは検査時には真空状態に保持される。電子ビーム露光装置とマスク検査装置は独立しているので、その間でマスクを搬送する必要がある。特開２００１−２２７９３２号公報はこの点については特に記載していないが、マスクを密閉した容器に収容して搬送する場合でも、非常に薄いメンブレンに形成されたパターンであるために破損したり搬送中にごみが付着しして欠陥が発生する場合があり得る。そのため、検査装置でマスクに欠陥がないことを確認した場合で、電子ビーム露光装置に装着して露光すると欠陥が発生する場合、すなわち、検査結果と実際の状態が不一致となる場合が生じる。
【００２２】
第２形態の場合は、搬送中に欠陥が発生する可能性は、第３形態より低減される。
【００２３】
第１形態は、マスクを露光状態に保持して検査するため検査と露光の間でマスクを搬送する必要がなく、搬送により欠陥が発生する可能性はない。ただし、露光用電子光学系に付加要素を加えて検査装置を実現する場合も、別に露光用電子光学系とは別に検査装置を設けて切り換える場合でも、切り換えに伴ってマスクに欠陥が発生したり、露光用電子光学系に問題が発生する可能性はある。
【００２４】
なお、第１から第３形態では、検査のためにマスクに電子ビームを照射するので、それによる欠陥が発生する可能性がある。
【００２５】
本発明に関係する第４から第６形態においては、検査される対象は検査用試料であり、搬送されるのも検査用試料であり、搬送中に電子像に欠陥が発生することはほとんどない。
【００２６】
第４及び第５形態においては、第１から第３変形例がある。第１変形例では、マスクは装着されたままであり、第１形態と同様に搬送によりマスクに欠陥が発生する可能性はない。更に、検査は別の場所で行われるので、露光用電子光学系は検査用試料の露光時と同じ状態に維持することが可能であり、露光用電子光学系に問題が発生する可能性はない。
【００２７】
第２及び第３変形例において搬送によるマスクでの欠陥の発生の可能性は、第２及び第３形態と同じである。
【００２８】
第１から第３形態では検査のためにマスクに照射する電子ビームによりマスクに欠陥が発生する可能性があるが、第１から第３変形例ではこのような欠陥は発生しない。
【００２９】
第６形態は、マスクを退避させる点で第２変形例に類似しているが、他の点は第１形態と類似しており、露光装置と検査装置の切り換えに伴って、露光用電子光学系に問題が発生する可能性はある。
【００３０】
以上のように、本発明によれば、検査用試料の電子像を測定するので、マスクを直接測定するのに比べて測定の自由度が高く、測定によるマスクでの欠陥の発生や電子ビーム露光装置における問題の発生が防げる。
【００３１】
マスクの欠陥及び歪みを検出する場合にも、装置の稼動率が重要である。以下、稼動率について検討する。この場合の稼動率には、電子ビーム露光装置の稼動率と、検査装置の稼動率という２つの要素がある。
【００３２】
電子ビーム露光装置は０．１μｍ以下の線幅を露光することを目標としており、このような線幅を検査するには電子顕微鏡を使用する必要がある。電子顕微鏡の中では走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が比較的高いスループットを有しており、これを使用することが考えられる。しかし、マスクのパターンがチップ（ダイ）と同じサイズ、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍのである場合、ＳＥＭを使用しても１つのパターンの検査時間は非常な長時間になる。また、このような検査装置はかなり高価である。
【００３３】
第１形態では、装着したマスクを測定するため検査装置は、マスクの装着位置に設ける必要があり、通常の露光とマスクの検査の一方のみが行え、２つを同時に行うことは不可能である。また、第６形態も同様に、電子ビーム露光装置の電子光学系を検査に利用するため、通常の露光とマスクの検査を同時に行うことは不可能である。そのため、通常の露光を行っている時には検査装置は非稼動状態になり、検査を行っている時には露光装置が非稼動状態になり、電子ビーム露光装置と検査装置の両方の稼動率が低くなる。
【００３４】
第１変形例の場合は、検査用試料の測定は別の場所で行われるので、露光と検査は並行して行える。ただし、検査用試料の露光に使用したマスクをそのまま装着するので、検査中のマスクで露光を行うことになる。そのため、一度も検査していないマスクを、使用する前に第１変形例で検査するのは、マスクの欠陥の有無が分からないので好ましくなく、検査が終了するまで露光の開始を遅らせる場合には、検査と露光を並行して行えない。しかし、第１変形例は、例えば、検査済みの１枚のマスクで多数枚の試料を露光する場合に、随時検査用試料に露光して、露光動作中の欠陥の発生の有無を検査し、欠陥の発生が認められた時点で露光を中止してマスクの清掃や修理（リペア）を行うといった運用方法が考えられる。
【００３５】
第２と第３形態は、マスクの測定は露光部分と異なる位置で行われるので露光装置のスループットは同じであると考えられる。この場合には、次に露光に使用するマスクを検査し、検査の終了したマスクを装着して露光を行っている間に次に使用するマスクを検査するといった運用が考えられる。第２形態では、マスク検査装置が電子ビーム露光装置と組み合わされ、マスクを真空状態の経路内で搬送することになる。そのため、マスク検査装置の稼動率と電子ビーム露光装置の稼動率に大きさ差が生じる場合があり得る。例えば、１台の電子ビーム露光装置に１台のマスク検査装置を組み合わせた場合、電子ビーム露光装置の稼動率は１５０時間／週であるが、マスク検査装置の稼動率は３０時間／週であるという場合が生じる。これでは高価なマスク検査装置の稼動率が低いという問題が生じる。このような場合には、例えば４台の電子ビーム露光装置に１台のマスク検査装置を組み合わせ、マスク検査装置と各電子ビーム露光装置の間でマスクを真空状態で搬送可能にする。これにより、運用次第ではマスク検査装置の稼動率を１２０時間／週に近い値まで向上できる。
【００３６】
第３形態は、電子ビーム露光装置とマスク検査装置がまったく独立であるので、より柔軟な構成が可能であり、第２形態と同様に、適当な台数の電子ビーム露光装置に適当な台数のマスク検査装置を組み合わせることにより、システム全体の稼動率を向上できる。
【００３７】
第４及び第５形態は、基本的には第２及び第３形態と同じであり、適当な台数の電子ビーム露光装置に適当な台数のマスク検査装置を組み合わせることにより、システム全体の稼動率を向上できる。第２及び第３変形例では、単にマスクの保持機構を設ければよいだけであり、保持機構は簡単な構造で低コストで実現できる。従って、複数のマスクを保持できる保持機構を使用すれば、より柔軟な運用が可能である。
【００３８】
以上のように、本発明によれば、検査用試料の電子像を測定するので、マスクを直接測定するのに比べてシステム構成上の自由度が高く、全体として効率的な運用が可能なシステムが実現できる。また、複数枚の検査用試料と複数の検査装置を用意することにより、検査のスループットが向上できるので、この点からも柔軟な運用が可能である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の第１実施例の電子ビーム露光装置に検査装置を組み合わせた露光・検査システムの上面図であり、図４は露光用コラムと検査用コラムの部分を含む断面図である。
【００４０】
第１実施例の電子ビーム露光装置は、ＬＥＥＰＬ方式の電子ビーム露光装置に、検査試料（プレート）に露光した電子像を測定する検査装置を組み合わせたものである。電子ビーム露光装置は、真空チャンバ７０と、電子光学系を有するコラム７２と、複数のマスク３０を収容するマスク収容機構７６と、真空チャンバ７０への試料（ウエハ）の搬入及び搬出を行うためのロード／アンロードチャンバ８０Ａ、８０Ｂと、ウエハの前処理及び後処理を行うプリロードチャンバ８４とを有する。真空チャンバ７０とロード／アンロードチャンバ８０Ａ、８０Ｂとの間には遮蔽機構８２Ａ、８２Ｂが設けられている。
【００４１】
コラム７２は、図１に示した、電子銃１２と走査機構２０とを有する。マスク搬送機構７４は、マスク収容機構７６に収容されたマスク３０を、真空チャンバ７０内のコラム７２の下の部分に搬送して固定すると共に、そこからマスク収容機構７６にマスク３０を回収する機構である。なお、マスク収容機構７６と外部の間でマスクを搬入／搬出するマスクロード機構も設けられるがここでは図示を省略している。マスク収容機構７６とマスク搬送機構７４の詳細は、本発明に直接関係しないので説明を省略する。
【００４２】
ウエハは、固定を確実にするためにパレット４０に保持された状態で搬送される。検査プレートはウエハと同じ形状で、パレット４０に同様に保持するようにすることも可能であるが、ここではパレット４０と同じ形状で、表面にアモルファスシリコンなどの光導電性の材料で薄膜を形成した検出面１００を有する検査用プレート１０６を用意する。
【００４３】
真空チャンバ７０内には、ウエハを保持したパレット４０又は検査用プレート１０６を固定して保持する静電チャック５０と、静電チャック５０を移動するθＸＹステージ６０と、ロード／アンロードチャンバ８０Ａ、８０Ｂ及び検査装置と静電チャック５０との間でパレット４０又は検査用プレート１０６を受け渡すためのガイド機構７８とが設けられている。
【００４４】
次に、電子ビーム露光装置について説明する。まず通常の露光動作について説明する。露光に使用するマスク３０をマスク収容機構７６から取り出してマスク搬送機構７４によりコラム７２の下に装着する。一方、プリロードチャンバ８４では露光するウエハをロード／アンロードチャンバ８０Ａのパレット４０上に搬送し、静電吸着により固定する。そしてロード／アンロードチャンバ８０Ａを密閉した上で内部を真空状態にする。この状態で、静電チャック５０をロード／アンロードチャンバ８０Ａとの受け渡し位置に移動し、遮蔽機構８２Ａを開いてパレット４０を静電チャック５０上に搬送して固定する。そして静電チャック５０をコラム７４の下に移動して露光を行う。この間に、プリロードチャンバ８４では次に露光するウエハの前処理を行った後、ロード／アンロードチャンバ８０Ｂのパレット４０上に搬送し、静電吸着により固定する。そしてロード／アンロードチャンバ８０Ｂを密閉した上で内部を真空状態にして待機する。ウエハの露光が終了すると、静電チャック５０をロード／アンロードチャンバ８０Ａとの受け渡し位置に移動し、パレット４０をロード／アンロードチャンバ８０Ａに搬送して遮蔽機構８２Ａを閉じる。次に、静電チャック５０をロード／アンロードチャンバ８０Ｂとの受け渡し位置に移動し、遮蔽機構８２Ｂを開いてパレット４０を静電チャック５０上に搬送して固定する。そして、静電チャック５０をコラム７４の下に移動して露光を行う。この間に、ロード／アンロードチャンバ８０Ａでは、内部を大気圧状態に戻し、露光済ウエハをパレット４０から離してプリロードチャンバ８４に搬出する。プリロードチャンバ８４では露光済ウエハの後処理を行った後、次に露光するウエハの前処理を行った後、ロード／アンロードチャンバ８０Ｂに搬送する。以後は、上記の動作を繰り返す。
【００４５】
１つのマスクを使用した露光が終了すると、マスク搬送機構７４がコラム７２の下に装着されたマスク３０をマスク収容機構７６に戻し、次に使用するマスク３０を取り出してコラム７２の下に搬送して装着する。後の動作は同じである。
【００４６】
次に、検査装置について説明する。検査装置は、検査真空チャンバ８６と、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の電子光学系を構成する検査コラム９４と、検査プレート１０６を固定して保持する静電チャック９２と、静電チャック９２を移動するθＸＹステージ９０と、２次電子検出器１２０と、２次電子検出器１２０の信号を処理する信号処理回路１２２と、測定の終了した検査プレート１０６に光を照射して電子像を消去（イレース）する光照射器１２４とを有する。真空チャンバ７０と検査真空チャンバ８６との間には遮蔽機構８８が設けられている。
【００４７】
検査コラム９４は、電子ビームを出力する電子銃９６と、アパーチャ９８と、収束レンズ１１０、１１２と、走査コイル１１４と、対物レンズ１１６と、対物レンズ絞り１１８とを有する。ＳＥＭについては広く知られているので、ここでは説明を省略する。
【００４８】
検査を行う場合には、まず検査するマスクを上記の方法で装着する。次に、静電チャック５０を検査装置との受け渡し位置に移動し、遮蔽機構８８を開いて、静電チャック９２上の検査用プレート１０６を静電チャック５０上に搬送して固定する。静電チャック５０は、コラム７２の下に移動し、装着されたマスク３０のパターンを検査用プレート１０６に露光して電子像を形成する。露光終了後、静電チャック５０を検査装置との受け渡し位置に移動し、検査用プレート１０６を静電チャック９２上に搬送して固定すると共に、遮蔽機構８８を閉じる。静電チャック９２は検査コラム９４の下に移動して、ＳＥＭにより電子像のパターンを検出する。
【００４９】
ＳＥＭで検出できる範囲は小さいので、図５に示すように、検査用プレートの検出面１００を複数の領域１０２に分けて測定する。図示のように、各領域１０２をＳＥＭの電子線プローブ１０４で走査する。図６に示すように、検出面１００には電子像が形成されており、部分的に電子が分布している。これに電子線プローブ１０４を照射すると、電子が存在する部分と存在しない部分で発生される２次電子が異なる。そこで、電子線プローブ１０４の走査に同期して２次電子検出器１２０で２次電子を検出することにより、検出面１００上の電子の分布、すなわち電子像が検出できる。
【００５０】
図７は、２次電子検出器１２０の検出信号からパターンの欠陥を検出する欠陥検出回路の構成を示す図である。図示のように、２次電子検出器１２０からの検出信号を信号処理回路１３４で処理する。電子像生成回路１３６は、ＳＥＭの走査位置及び静電チャック９２の移動座標で構成される走査位置情報と、信号処理回路１３４の出力信号から電子像を生成する。比較回路１３８は、電子像をマスク３０のパターンデータと比較して不一致の部分を欠陥と判定すると共に、歪みを検出する。なお、信号処理回路１３４の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を設け、電子像生成回路１３６及び比較回路１３８をコンピュータにより実現することも可能である。以上のようにして、露光されたパターンの欠陥、すなわちマスク３０の欠陥及び歪みが検出できる。
【００５１】
検査の終了した後、光照射器１２４を点灯して検出面１００に光を照射して電子像を消去（イレース）する。前述のように、検出面１００は光導電性材料で作られており、暗室では電子像を担持するが、光を照射すると電子像が消去される。
【００５２】
次に、電子ビーム露光装置と検査装置の運用について各種の例を説明する。第１の例は、検査用プレート１０６に露光した電子像を検査している間、露光に使用したマスク３０をコラム７２の下にそのまま保持する例である。この場合、検査中は露光は行わず、検査が終了して欠陥がないと判定された後、露光を行う。従って、次に実際に露光するまでマスクや電磁光学系の部分は検査用プレートを露光した状態が維持されるので、それ以後露光される電子像は検査した露光像と同一であると考えられ、検査結果と露光される電子像の同一性が非常に高い。しかし、電子ビーム露光装置は検査の間非稼動の状態になるので、稼動率が低いという問題がある。この稼動率の問題は、検査時間が長くなると大きな問題になる。第１の例の変形例として、検査用プレートをそれぞれ有する検査装置を多数設け、電子ビーム露光装置と多数の検査装置の間で各検査用プレートの搬入及び搬出が行えるようにし、各検査用プレートに同じ電子像を露光し、各検査装置で電子像を部分的に分けて検査する構成がある。これであれば、１枚のマスクによる電子像を検査する時間を大幅に短縮できる。第１の例は、電子ビーム露光装置やマスクを非常に精密に検査する場合の検査方法として好ましい。
【００５３】
第２の例は、あらかじめ欠陥がないこと及び歪みが検査されたマスクを装着して、多数のウエハに同じパターンを露光する場合の例である。この場合、露光中にマスクに異物が付着したり破損して欠陥が発生する場合があり得る。そこで、ウエハの露光動作中に、検査用プレートに電子像を露光して検査装置に搬送する。検査用プレートの電子像の露光が終了したら再びウエハの露光動作を続行し、その間に検査用プレートの電子像の欠陥や歪みを検査する。問題がない場合にはそのまま露光を続行し、歪みに変化があれば随時フィードバックして歪み補正量を調整する。このような検査を随時行う。そして、検査で欠陥が発見された時には、欠陥が発見された電子像を露光した後に露光したウエハ、及びその前のある期間に露光されたウエハは露光不良として、レジストを剥がした後正常なマスクを使用して再度露光する。
【００５４】
第３の例は、第１のマスクを装着して検査用プレートに電子像を露光し、検査装置で第１のマスクのパターンの電子像を検査する。その間に、第１のマスクをマスク収容機構に戻して第２のマスクを装着する。第１のマスクが正常で露光に使用できることを確認すると、検査用プレートをイレースした後、検査用プレートに第２のマスクのパターンの電子像を露光する。そして、検査用プレートを検査装置に搬送すると共に、第２のマスクをマスク収容機構に戻して第１のマスクを装着し、ウエハに第１のマスクのパターンを露光する。この間に、検査装置で、第２のマスクのパターンの電子像を検査して、第２のマスクが正常で露光に使用できることを確認する。所定枚数のウエハへの第１のマスクのパターンの露光が終了すると、第１のマスクをマスク収容機構に戻して第３のマスクを装着する。検査用プレートをイレースした後、検査用プレートに第３のマスクのパターンの電子像を露光する。そして、検査用プレートを検査装置に搬送すると共に、第３のマスクをマスク収容機構に戻して第２のマスクを装着し、ウエハに第２のマスクのパターンを露光する。以下同様の動作を繰り返す。
【００５５】
以上説明したように、第３の例では、次に使用するマスクのパターンをあらかじめ検査用プレートに露光して検査を行い、検査の間に既に電子像を検査したマスクを装着して露光を行う。この例は、検査時間が長い場合に、特に有効である。
【００５６】
第１実施例では、電子ビーム露光装置と検査装置をその間で検査用プレートを搬送できるように組み合わせたが、電子ビーム露光装置と検査装置を別々に設け、検査用プレートは専用の収容器に入れてそれらの間を運んで搬入／搬出する構成も可能である。また、マスク収容機構についても電子ビーム露光装置と別に設け、マスクは専用の収容器に入れてそれらの間を運んで搬入／搬出する構成も可能である。
【００５７】
更に、第１実施例では、１台の電子ビーム露光装置に１台の検査装置を組み合わせたが、複数台の電子ビーム露光装置に１台の検査装置を組み合わせる構成や、１台の電子ビーム露光装置に複数台の検査装置を組み合わせる構成や、複数台の電子ビーム露光装置に複数台の検査装置を組み合わせる構成も可能である。また、検査装置を電子ビーム装置と独立して設ける場合や、マスク収容機構を電子ビーム装置と独立して設ける場合についても、それぞれ各種の組合せが可能である。これらの装置を組み合わせる場合には、それぞれの稼動率をできるだけ高くする運用が可能であるように組み合わせることが重要である。また、マスクの修正装置などを組み合わせる場合にも同様のことがいえる。
【００５８】
図８は、本発明の第２実施例の電子ビーム露光装置に検査装置を組み合わせた露光・検査システムの上面図であり、図９は露光用コラムの部分を含む断面図である。第１実施例では、別の検査装置を電子ビーム露光装置に組み合わせたが、検査装置を構成する検査用コラム、静電チャック及びθＸＹステージが高コストであり、電子ビーム露光装置と検査装置を組み合わせたシステムが高価になるという問題がある。検査装置を構成する検査用コラム、静電チャック及びθＸＹステージは、電子ビーム露光装置にも類似のものが使用されているので、第２実施例では、電子ビーム露光装置のこれらの要素を利用して検査装置を構成する。
【００５９】
第２実施例は、第１実施例の構成において、パレットを使用せずに、静電チャック５０がウエハ４０又は検査用プレート１００をそのまま固定する点と、検査装置の替わりに検査用プレート１００を収容する検査用プレート収容機構１４０が設けられている点と、コラム７２が露光用とＳＥＭ用に切り換え可能である点である。検査用プレート１００は、ウエハ４０と類似の形状を有しており、表面に光導電性層が形成されている。図示していないが、検査用プレート収容機構１４０には、検査用プレート１００の全面に光を照射する光照射機構が設けられている。
【００６０】
図９に示すように、コラム７２は、図４に示した検査用コラム９４と類似の構成を有している。対応関係については説明を省略する。また、図１と比較すると、電子ビーム源１５０が電子ビーム源１４に、電磁レンズ１５８が電磁レンズ１６に、アパーチャ１６０がアパーチャ１８に、電磁レンズ１６２が偏向器２２に、偏向器１６４が偏向器２４に、対物レンズ１６６と１６８が副偏向器２６と２８に対応する。電磁レンズは電磁コイルであり、電磁偏向器と同じ構成で実現できる。また、２次電子検出器１８０が設けられている。２次電子検出器１８０は、露光時には退避する。
【００６１】
露光に使用する場合に比べてＳＥＭとして使用する場合には、電子ビームの強度を小さく必要があるので、図９に示すように、電子ビーム源１４の下に大きな開口１５４と小さな開口１５６を有するアパーチャ１５２に設け、露光時には大きな開口１５４が、検査時には小さな開口１５６が中心軸に位置するようにアパーチャ１５２を移動して電子ビーム量を調整する。また、露光時にはマスク３０がコラム７２の下に位置するが、検査時にはマスク搬送機構を使用して対物レンズ絞り１７０がコラム７２の下に位置するように装着する。そして、偏向器や電磁レンズを構成する電磁コイルの電流量を適宜設定して、ＬＥＥＰＬ用のコラムとＳＥＭ用のコラムのいずれかに切り換えられるように構成する。
【００６２】
第２実施例のシステムでは、コラムを露光状態に設定し、マスクを装着して検査用プレートに電子像を露光する。その後、マスクを搬出して対物レンズ絞りを装着してコラムを検査状態に設定し、検査用プレートに電子像を測定する。測定が終了したら逆の動作を行って露光状態にする。
【００６３】
従って、第２実施例のシステムでは、露光と検査は並行して行うことはできない。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子ビーム露光装置に使用するマスクパターンの欠陥及び歪みを、実際の露光電子パターンを比較的短時間に正確に測定できるようになる。また、実際の生産システムを構成する場合の自由度が向上し、システムを構成する装置を効率的に運用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】近接露光方式（ＬＥＥＰＬ）電子ビーム露光装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の原理を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施例の電子ビーム露光装置と検査装置を組み合わせたシステムの上面図である。
【図４】本発明の第１実施例の電子ビーム露光装置と検査装置を組み合わせたシステムの断面図である。
【図５】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による電子像の検査を説明する図である。
【図６】ＳＥＭによる電子像の検査を説明する図である。
【図７】パターンの欠陥を検出する欠陥検出回路の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例の電子ビーム露光装置と検査装置を組み合わせたシステムの上面図である。
【図９】第２実施例の電子ビーム露光装置の断面図である。
【符号の説明】
１２…電子銃
１５…電子ビーム
２０…走査手段
３０…マスク
４０…試料（ウエハ）
５０…静電チャック
６０…θＸＹステージ
７２…コラム
８６…検査装置
１００…検査用プレート
【図１】
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【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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【図９】
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