(57)【要約】【課題】ステンシル型マスクへのコンタミネーション付着程度を判定することによってマスクを検査する方法及び装置等を提供する。【解決手段】検査対象となるマスク１０に、微小開口５３が多数配列された検査用メンブレン５１を形成し、ウェハステージ２４に、このメンブレン５１の微小開口５３を透過した電子ビームの電流量を測定するファラディカップ５５を設ける。メンブレン５１の微小開口５３を透過した電子ビームの電流量をファラディカップ５５で測定し、透過電流量の低下の程度に応じてマスク１０へのコンタミネーション付着の程度を判定する。露光装置内において、アライメント時など、定期的にマスク（レチクル）を検査することによって、マスクへのコンタミネーションの付着状況を知り、付着量が許容範囲以上となれば、マスクの洗浄やマスクの交換を行う。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル含む）へのコンタミネーション付着の程度を判定する方法であって、
前記マスクに、微小開口が配列された検査用メンブレンを形成し、
該メンブレンの微小開口を透過した電子ビームの電流量を測定し、透過電流量の低下の程度に応じて前記マスクへのコンタミネーション付着の程度を判定することを特徴とするマスク検査方法。
【請求項２】
前記微小開口は、直径が０．１５μｍ以下で、開口間の間隔（周期）が直径の１．５〜１０倍であることを特徴とする請求項１記載のマスク検査方法。
【請求項３】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル含む）へのコンタミネーション付着の程度を判定する装置であって、
前記マスクに向けて電子ビームを発する電子ビーム源と、
前記マスクに形成された、微小開口が配列された検査用メンブレンと、
該メンブレンの微小開口を透過した電子ビームの電流量を測定する測定手段と、
を備えることを特徴とするマスクへのコンタミネーション付着程度を判定する装置。
【請求項４】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンを有するマスク（レチクル含む）を電子線照明する照明光学系と、  該マスクを載置して移動・位置決めするマスクステージと、  前記マスクを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影結像する投影光学系と、  前記感応基板を載置して移動・位置決めする感応基板ステージと、を具備する電子線露光装置であって、
さらに、前記マスクに向けて電子ビームを発する電子ビーム源と、
前記マスクに形成された、微小開口が配列された検査用メンブレンと、
前記感応基板ステージ上に載置された、前記検査用メンブレンの微小開口を透過した電子ビームの電流量を測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする電子線露光装置。
【請求項５】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル含む）であって、
該マスクに、微小開口が配列されたコンタミネーションの付着の程度を判定するための検査用メンブレンが形成されていることを特徴とするマスク。
【請求項６】
前記微小開口は、直径が０．１５μｍ以下で、開口間の間隔（周期）が直径の１．５〜１０倍であることを特徴とする請求項５記載のマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感応基板（ウェハ等）上に転写露光するパターンの原版であるマスク（レチクルを含む）を検査する方法及び装置等に関する。特には、ステンシル型マスクに付着したコンタミネーション付着の程度を判定する方法及び装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体集積回路の微細化・高集積化に伴い、電子ビーム（ＥＢ）やイオンビーム等の荷電粒子線を用いた露光技術の開発が盛んになってきている。この内、電子線縮小投影露光方法（ＥＰＬ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）は高いスループットもねらえ、メモリ量産にも対応できるため、特に注目されている。この方式は、所望のパターンの拡大パターンをマスクパターン（原版パターン）として、そのマスクパターンをウェハ上に電子線で縮小投影露光し、ウェハ上にデバイスパターンを形成する。この技術には、マスクを用いた縮小転写方法、及び、大口径ビームの照射が可能なＥＢ光学系が採用されている。これらの技術により、スループットを格段に向上させることができる。そして、パターンが形成されたマスクを複数の小領域（サブフィールド）に分割し、サブフィールド毎に一括して露光していく方式が考え出された。
【０００３】
このような方式の露光装置に用いられるマスクの一種として、散乱ステンシル型マスクがある。現在開発中のＥＰＬ露光装置用の散乱ステンシル型マスクは、厚さが２μｍ（一例）のシリコンメンブレンと、同メンブレン上に格子状に配列されたマイナーストラットとからなる。マイナーストラットは、メンブレンに機械強度を付与する。そして、メンブレンの部分に、転写すべきパターンの個別要素図形の形状に対応したパターン開口（ステンシル）が形成される。ＥＰＬにおいては、１ショットで露光するサブフィールドの大きさは、一例で１ｍｍ角程度（投影の縮小率を１／４とすると、ウェハ上で０．２５ｍｍ程度）であり、このサブフィールドに対応するメンブレンがマスク全体に多数配置されている。
【０００４】
このマスクに電子線を照射すると、電子線はパターン部分である開口を散乱されずに通過するが、非パターン部である電子散乱体では電子線が散乱する。電子散乱体で散乱された電子は、コントラストアパーチャでカットされ、ウェハ面上には開口を透過した電子のみが届く。そして、開口を透過した電子線をウェハ上に結像させてパターンのコントラストを得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
露光中には、電子ビームのエネルギによりウェハ上のレジストからのアウトガス等によりコンタミネーションが発生する。マスクを長期に亘って使用すると、このコンタミネーションがマスクのパターン開口に付着していく。そして、付着が進むと、開口の幅が狭くなってウェハ上のパターンの線幅に影響を与えてしまい、パターン精度を劣化させる。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、ステンシル型マスクへのコンタミネーション付着程度を判定することによってマスクを検査する方法及び装置等を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のマスク検査方法は、  感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル含む）へのコンタミネーション付着の程度を判定する方法であって、  前記マスクに、微小開口が配列された検査用メンブレンを形成し、  該メンブレンの微小開口を透過した電子ビームの電流量を測定し、透過電流量の低下の程度に応じて前記マスクへのコンタミネーション付着の程度を判定することを特徴とする。
露光装置内において、アライメント時など、定期的にマスク（レチクル）を検査することによって、マスクへのコンタミネーションの付着状況を知り、付着量が許容範囲以上となれば、マスクの洗浄やマスクの交換を行う。このように、常にコンタミネーションのない状態（あるいは許容範囲内）のマスクを使用してウェハを露光することができる。
【０００８】
本発明においては、  前記微小開口が、直径が０．１５μｍ以下で、開口間の間隔（周期）が直径の１．５〜１０倍であることとすれば、コンタミネーション付着による電流量変化を高感度で観察することができる。
【０００９】
本発明のマスク検査装置は、  感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル含む）へのコンタミネーション付着の程度を判定する装置であって、  前記マスクに向けて電子ビームを発する電子ビーム源と、  前記マスクに形成された、微小開口が配列された検査用メンブレンと、  該メンブレンの微小開口を透過した電子ビームの電流量を測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電子線露光装置は、  感応基板上に転写すべきデバイスパターンを有するマスク（レチクル含む）を電子線照明する照明光学系と、  該マスクを載置して移動・位置決めするマスクステージと、  前記マスクを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影結像する投影光学系と、  前記感応基板を載置して移動・位置決めする感応基板ステージと、を具備する電子線露光装置であって、  さらに、前記マスクに向けて電子ビームを発する電子ビーム源と、  前記マスクに形成された、微小開口が配列された検査用メンブレンと、  前記感応基板ステージ上に載置された、前記検査用メンブレンの微小開口を透過した電子ビームの電流量を測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のマスクは、  感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル含む）であって、  該マスクに、微小開口が配列されたコンタミネーションの付着の程度を判定するための検査用メンブレンが形成されていることを特徴とする。
本発明においては、  前記微小開口は、直径が０．１５μｍ以下で、開口間の間隔（周期）が直径の１．５〜１０倍であることとすれば、コンタミネーション付着による電流量変化を高感度で観察することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施の形態のマスク検査方法の対象であるマスクの構成例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。このマスクは、分割転写方式の電子線投影露光に用いられるマスクを示す。
このようなマスクは、例えばシリコンウェハに電子線描画、エッチングを行うことにより製作できる。
【００１３】
図１（Ａ）には、マスク１０における全体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域（厚さ０．１μｍ〜数μｍ）である。図１（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターンは、メンブレンに開口として形成される。
【００１４】
一つのサブフィールド４２は、現在検討されているところでは、マスク上で１ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率を１／４とすると、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．２５ｍｍ角である。小メンブレン領域４１の周囲の直交する格子状のマイナーストラット４５は、マスクの機械強度を保つための、例えば厚さ０．７ｍｍ程度の梁である。マイナーストラット４５の幅は、例えば０．１ｍｍ程度である。なお、スカート４３の幅は、例えば０．０５ｍｍ程度である。
【００１５】
図１（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで一つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そのようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向（Ｙ方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は照明光学系の偏向可能視野の大きさによって制限される。
【００１６】
メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存在する。
隣り合うメカニカルストライプ４９の間にメジャーストラット４７として示されている幅の太い梁は、マスク全体のたわみを小さく保つためのものである。メジャーストラット４７はマイナーストラット４５と一体である。
【００１７】
図１（Ｂ）に示すように、マスク１０の一部には検査用メンブレン５１が配置されている。このメンブレン５１は、アライメント用のフィデューシャルマークが記されたサブフィールド群等の、主にパターン形成に寄与しないサブフィールド群の一部に配置されている。
【００１８】
電流測定用メンブレン５１のサブフィールドの全体には、図１（Ｃ）に示すように、多数の微小開口５３が格子状に配列されている。開口５３の形状は円形で、直径は０．１５μｍ以下、開口間の間隔は、直径の１．５〜１０倍（一例で０．５μｍ）である。
【００１９】
次に、図１のマスクを使用する電子線露光装置の構成を説明する。この電子線露光装置には、マスク検査装置（コンタミネーションモニター装置）が組み込まれている。
図２は、分割転写方式の電子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏ．を結像する。
【００２０】
二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開口）４は、マスク１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってマスク１０に結像される。
【００２１】
ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、ビームがマスク１０に当たらないようにする。
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器（照明光学系の主偏向器）８が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図２の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるマスク１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、マスク１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００２２】
マスク１０は、移動可能なマスクステージ１１上に載置される。マスク１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるマスク上の各サブフィールドを照明することができる。
マスクステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、マスクステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００２３】
マスク１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに投影光学系の主偏向器（像位置調整偏向器）１６が設けられている。マスク１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、主偏向器１６によって感応基板（ウェハ）２３上の所定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、マスク上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。
【００２４】
マスク１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラストアパーチャ１８が設けられている。コントラストアパーチャ１８は、マスク１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断する。
【００２５】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。上記マスクステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のマスクステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
【００２６】
また、ウェハステージ２４上には、電流量検出用のセンサ５５が設けられている。このようなセンサ５５として、ファラディカップを用いることができる。
【００２７】
ウェハ２３の直上には、反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばマスク１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、マスク１０とウェハ２３の相対的位置関係や電子線（ビーム）の性状を知ることができる。
【００２８】
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、マスクステージ１１及びウェハステージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
ファラディカップ５５で検出される電流値もインターフェース（図示されず）を介してコントローラ３１に送られる。
【００２９】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差を把握し、その誤差を主偏向器１６で補正する。これにより、マスク１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に合わせるよう制御できる。そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、マスク１０上のチップパターン全体がウェハ２３上に転写される。
【００３０】
次に、図３を参照してマスクのコンタミネーション付着を判定する方法を説明する。
図３は、図２の露光装置の一部を拡大して模式的に示す図である。
まず、露光装置のマスクステージ１１に、図１のマスクを載置する。そして、照明光学系やマスクステージ１１を制御して同マスクの検査用メンブレン５１に電子線を照射する。照射された電子線は、メンブレン５１の非開口部に当ったものは散乱し、微小開口５３に照射されたものは開口５３を通過する。ところが、開口５３にコンタミネーション５２が付着していると、コンタミネーションで電子線が散乱するなどによって、メンブレン５１を通過して後述のファラディカップ５５に到達する電子線量が少なくなる。
【００３１】
開口５３を通過した電子線は、投影光学系やウェハステージ２４を制御することにより、ウェハステージ２４上のファラディカップ５５に集められ電流量が計測される。上述のように、コンタミネーションがマスクに付着すると、電子線が散乱されるため、コントラストアパーチャ１８で遮断される電子線が増えて、計測される電流量が減少する。そして、微小開口５３にコンタミネーションが付着していない場合の電流量を基準とし、この基準電流量と計測された電流量とを比較して、コンタミネーションの付着の程度を知ることができる。
【００３２】
このような電流値の計測を、アライメント時など一枚のウェハの露光毎に定期的に行うことにより、時間の経過とともにコンタミネーションが付着する状況を観察することができる。そして、計測された電流量の減少幅が許容範囲以上となれば、マスクの洗浄や交換を行う。
【００３３】
次に、マスクの洗浄装置の一例を説明する。
図４は、電子線露光装置と接続された洗浄装置の構成を模式的に説明する図である。
【００３４】
マスク洗浄装置１２０は、洗浄物質等が貯蔵されている２つのボンベ１２１、１２３と、洗浄物質をマスクに向けて噴出するノズル１２５を有する。ボンベ１２１、１２３は開閉弁１２７、１２９、流量調節器１３１、１３３を介して冷却装置１３５に接続している。同冷却装置１３５はノズル１２５に接続している。
ノズル１２５は、マスク洗浄装置１２０のチャンバ１００内の、マスクステージ１１の上方及び下方に配置されている。また、マスク洗浄装置１２０のチャンバ１００は、ロードロック室１４１を介して電子線露光装置と接続されている。ロードロック室１４１は、真空ポンプ１４２で真空に保たれており、真空の状態のままで、マスクを洗浄装置と電子線露光装置間で往復させることができる。
【００３５】
一方のボンベ１２１には洗浄物質となる気体が貯蔵されており、他方のボンベ１２３にはこの気体を搬送するための別の気体が貯蔵されている。これらの気体は液化温度が異なり、洗浄物質となる気体の液化温度は、搬送用の気体の液化温度より低い。これらの気体を開閉弁１２７、１２９、流量調節器１３１、１３３で流量を調節した後、冷却装置１３５に導入する。冷却装置１３５の冷却温度は、洗浄物質となる気体の液化温度に設定されており、冷却装置１３５において、洗浄物質となる気体は液化するが、搬送用気体は液化しない。そして、液化した洗浄物質を、搬送用気体の圧力で、冷却装置１３５からノズル１２５に送る。洗浄物質となる気体としてはアルゴンや二酸化炭素、搬送用気体としては窒素を用いることができる。
【００３６】
液化した洗浄物質はノズル１２５から、マスクステージ１１上のマスク１０の上面及び下面に噴射される。すると、同物質は断熱冷却されて微小な固体粒子を含むエアロゾル１３７になる。このエアロゾル１３７がマスク１０に噴出されると、マスク１０に付着していたコンタミネーションは固体粒子で吹き飛ばされてマスク１０から取り除かれる。エアロゾル１３７はコンタミネーションと衝突後再び気体となり、搬送用気体とともにポンプ１３９によってチャンバ１００から排出される。コンタミネーションもポンプ１３９によってチャンバ１００から排出される。
なお、ノズル１２５を移動させて、又は、マスクステージ１１を移動させて、マスク全面の洗浄を行う。
【００３７】
洗浄が終了後、ロードロック室１４１を介して電子線露光装置へマスクを移動し、再度マスクへのコンタミネーションの付着の程度を判定し、コンタミネーションが除去されていることが判定されると、同マスクを用いて露光作業を行う。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、定期的にマスクへのコンタミネーション付着の程度を測定し、付着量が許容範囲以上となった場合はマスクの洗浄、交換を行うため、常にコンタミネーションのないマスクを用いて露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のマスク検査方法の対象であるマスクの構成例を模式的に示す図である。
（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。
【図２】分割転写方式の電子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図３】図２の露光装置の一部を拡大して模式的に示す図である。
【図４】電子線露光装置と接続された洗浄装置の構成を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
１  電子銃                      ２、３  コンデンサレンズ
４  成形開口                    ５  ブランキング偏向器
７  ブランキング開口            ８  偏向器
９  レンズ                    １０  マスク
１１  マスクステージ            １２  位置検出器
１５、１９  投影レンズ          １６  主偏向器
１８  コントラストアパーチャ    ２３  感応基板（ウェハ）
２４  ウェハステージ            ２５  位置検出器
３１  コントローラ              ４１  小メンブレン領域
４２  サブフィールド            ４３  スカート
４４  エレクトリカルストライプ  ４５  マイナーストラット
４７  メジャーストラット        ４９  メカニカルストライプ
５１  検査用メンブレン          ５２  コンタミネーション
５３  微小開口                  ５５  センサ（ファラディカップ）
【図１】
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【図２】
2004179208.tif 000004
【図３】
2004179208.tif 000005
【図４】
2004179208.tif 000006