(57)【要約】【課題】  極めて簡潔な構成で確実且つ容易にマスクのコンタミネーションの程度を定量測定できる荷電粒子線転写マスクの検査方法、検査装置及び荷電粒子線転写マスクを提供することを目的とする。【解決手段】    被照射体に荷電粒子線を照射するマスクとして用いる荷電粒子線転写マスクの検査方法であって、前記荷電粒子線転写マスクに設けた開口を通過する前記荷電粒子線の線量の変化を測定することにより前記開口の大きさの変化を判定することを特徴とする荷電粒子線転写マスクの検査方法を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射体に荷電粒子線を照射するマスクとして用いる荷電粒子線転写マスクの検査方法であって、
前記荷電粒子線転写マスクに設けた開口を通過する前記荷電粒子線の線量の変化を測定することにより前記開口の大きさの変化を判定することを特徴とする荷電粒子線転写マスクの検査方法。
【請求項２】
前記荷電粒子線転写マスクに大きな開口と小さな開口とを設け、前記大きな開口を通過した前記荷電粒子線の線量を基準として、前記小さな開口を通過した前記荷電粒子線の線量の変化を測定することにより、前記小さな開口の大きさの変化を判定することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線転写マスクの検査方法。
【請求項３】
前記小さな開口は、初期状態における開口サイズが前記被照射体において１００ナノメータ以下であることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線転写マスクの検査方法。
【請求項４】
荷電粒子線が一度に照射される領域内に、複数の前記小さな開口を略一様な分布で設けることを特徴とする請求項２または３に記載の荷電粒子線転写マスクの検査方法。
【請求項５】
前記大きな開口は、初期状態における開口サイズが前記被照射体において１マイクロメータ以上であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の荷電粒子線転写マスクの検査方法。
【請求項６】
前記荷電粒子線は、電子線であり、
前記開口を通過する前記電子線の線量の低下を測定することにより、コンタミネーションの付着による前記開口の縮小を判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の荷電粒子線転写マスクの検査方法。
【請求項７】
前記荷電粒子線は、イオン線であり、
前記開口を通過する前記イオン線の線量の増加を測定することにより、エッチングによる前記開口の拡大を判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の荷電粒子線転写マスクの検査方法。
【請求項８】
被照射体に荷電粒子線を照射するマスクとして用いる荷電粒子線転写マスクであって、
前記被照射体にパターンを形成するために設けられたパターン形成用開口と、
前記パターン形成用開口が設けられた領域とは異なる領域であって前記荷電粒子線が一度に照射される領域内に設けられた複数のモニタ用開口と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子線転写マスク。
【請求項９】
前記モニタ用開口は、前記荷電粒子線が一度に照射される第１の領域内に設けられた小さな開口と、
前記荷電粒子線が一度に照射される領域であって前記第１の領域とは異なる第２の領域内に設けられた大きな開口と、
を含むことを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線転写マスク。
【請求項１０】
前記小さな開口は、初期状態における開口サイズが前記被照射体において１００ナノメータ以下であることを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線転写マスク。
【請求項１１】
前記第１の領域内に、複数の前記小さな開口が略一様な分布で設けられたことを特徴とする請求項９または１０に記載の荷電粒子線転写マスク。
【請求項１２】
前記大きな開口は、初期状態における開口サイズが前記被照射体において１マイクロメータ以上であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載の荷電粒子線転写マスク。
【請求項１３】
被照射体に荷電粒子線を照射するマスクとして用いる荷電粒子線転写マスクの検査装置であって、
荷電粒子線放出源と、
前記マスクを載置可能なマスクステージと、
前記荷電粒子線放出手段から放出された荷電粒子線を前記マスクステージに載置された開口を有する前記マスクに照射する荷電粒子線集束部と、
前記開口を通過した前記荷電粒子線の線量を測定する荷電粒子線測定部と、
前記荷電粒子線測定部による測定結果を記憶する記憶部と、
前記荷電粒子線測定部による測定結果と、前記記憶部に記憶された前記測定結果と、を比較することより前記開口の大きさの変化を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子線転写マスクの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線転写装置の評価方法及び評価用マスクに関し、特に、電子線転写装置などにおけるクーロン効果を測定可能とした荷電粒子線転写装置の評価方法及び評価用マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化のためにパターンの微細化が進められているが、この目的を達成する方法として、微細なパターンを形成可能な荷電粒子線、特に電子線を用いたマスクによるパターン転写方法が検討されている。いわゆる「部分一括法」などの従来の電子線描画方法では、一度に転写できる領域はたかだか数μｍ程度と小領域であったが、近年報告されている電子線転写法（Electron Projection Lithography：ＥＰＬ）では、一度に転写できる領域が２５０μｍ程度と大きく、生産性を大幅に上げることも可能である。
【０００３】
しかし、電子線転写法に用いるマスクの場合、その機能上、フォトマスクのようにペリクルを使用することはできないため、マスクのコンタミネーション（汚染）の問題が顕著となってくる。このようなマスクのコンタミネーションは、電子線を照射するウェーハなどに塗布されているレジストから脱ガスしたカーボンがマスクに付着することなどによって発生する。
【０００４】
図９は、マスクのコンタミネーションを説明するための模式図である。すなわち、同図（ａ）及び（ｂ）は、荷電粒子線マスク４００の一部分を上方から眺めた模式平面図である。  
マスクの使用の初期段階においては、図９（ａ）に表したようにマスク４００は清浄であり、開口部４００Ａと非開口部４００Ｂとが明瞭に区画されている。しかし、マスクを使用を続け、荷電粒子線照射回数が増えるとともに、図９（ｂ）に表したように、パターンの開口部４００Ａを遮蔽するようにコンタミネーション５００が付着する。このようにコンタミネーション５００が付着すると、マスクの開口寸法が小さくなるため、寸法がシフトするという問題が生ずる。従って、通常は定期的にマスク４００をアッシング（ashing：灰化）などの洗浄処理することによって、コンタミネーションの除去を行う。
【０００５】
このようなマスクの洗浄処理を実施するにあたって、その汚染度を測定できると便利である。すなわち、マスクの汚染の程度を把握できれば、洗浄のタイミングを的確に決定することができ、効率のよいメンテナンスが可能となる。
【０００６】
マスクのコンタミネーションの程度を測定するために、励起光源を照射してマスクのコンタミネーションを分光分析する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−３５８０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、励起光源や分光分析機器を設けると、装置が大がかりとなり、コストや保守などの点でも改善の点が多い。また、荷電粒子線として例えば、イオン線などを用いた場合には、コンタミネーションの付着よりも、マスクのエッチングによる開口の拡大が生ずる場合がある。上述の従来技術では、このような開口サイズの変化を検出することは困難である。
【０００８】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、極めて簡潔な構成で確実且つ容易にマスクのコンタミネーションの程度を定量測定できる荷電粒子線転写マスクの検査方法、検査装置及び荷電粒子線転写マスクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によれば、被照射体に荷電粒子線を照射するマスクとして用いる荷電粒子線転写マスクの検査方法であって、前記荷電粒子線転写マスクに設けた開口を通過する前記荷電粒子線の線量の変化を測定することにより前記開口の大きさの変化を判定することを特徴とする荷電粒子線転写マスクの検査方法が提供される。
【００１０】
ここで、前記荷電粒子線転写マスクに大きな開口と小さな開口とを設け、前記大きな開口を通過した前記荷電粒子線の線量を基準として、前記小さな開口を通過した前記荷電粒子線の線量の変化を測定することにより、前記小さな開口の大きさの変化を判定するものとすることができる。
【００１１】
また、前記小さな開口は、初期状態における開口サイズが前記被照射体において１００ナノメータ以下であるものとすることができる。
【００１２】
また、荷電粒子線が一度に照射される領域内に、複数の前記小さな開口を略一様な分布で設けるものとすることができる。
【００１３】
また、前記大きな開口は、初期状態における開口サイズが前記被照射体において１マイクロメータ以上であるものとすることができる。
【００１４】
また、前記荷電粒子線は、電子線であり、前記開口を通過する前記電子線の線量の低下を測定することにより、コンタミネーションの付着による前記開口の縮小を判定するものとすることができる。
【００１５】
または、前記荷電粒子線は、イオン線であり、前記開口を通過する前記イオン線の線量の増加を測定することにより、エッチングによる前記開口の拡大を判定するものとすることができる。
【００１６】
一方、本発明によれば、被照射体に荷電粒子線を照射するマスクとして用いる荷電粒子線転写マスクであって、前記被照射体にパターンを形成するために設けられたパターン形成用開口と、前記パターン形成用開口が設けられた領域とは異なる領域であって前記荷電粒子線が一度に照射される領域内に設けられた複数のモニタ用開口と、を備えたことを特徴とする荷電粒子線転写マスクが提供される。
【００１７】
ここで、前記モニタ用開口は、前記荷電粒子線が一度に照射される第１の領域内に設けられた小さな開口と、前記荷電粒子線が一度に照射される領域であって前記第１の領域とは異なる第２の領域内に設けられた大きな開口と、を含むものとすることができる。
【００１８】
また、前記小さな開口は、初期状態における開口サイズが前記被照射体において１００ナノメータ以下であるものとすることができる。  
また、前記第１の領域内に、複数の前記小さな開口が略一様な分布で設けられたものとすることができる。  
また、前記大きな開口は、初期状態における開口サイズが前記被照射体において１マイクロメータ以上であるものとすることができる。
【００１９】
一方、本発明によれば、被照射体に荷電粒子線を照射するマスクとして用いる荷電粒子線転写マスクの検査装置であって、荷電粒子線放出源と、前記マスクを載置可能なマスクステージと、前記荷電粒子線放出手段から放出された荷電粒子線を前記マスクステージに載置された開口を有する前記マスクに照射する荷電粒子線集束部と、前記開口を通過した前記荷電粒子線の線量を測定する荷電粒子線測定部と、前記荷電粒子線測定部による測定結果を記憶する記憶部と、前記荷電粒子線測定部による測定結果と、前記記憶部に記憶された前記測定結果と、を比較することより前記開口の大きさの変化を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする荷電粒子線転写マスクの検査方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、所定のマスクに設けられた所定の開口パターンを通過したマスク電流を測定し、管理することによって、マスクのコンタミネーションの状況を確実且つ容易に把握することが可能となり、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の実施の形態にかかる荷電粒子線転写マスクの検査装置を表す模式図である。  
また、図２は、本発明の実施の形態にかかる荷電粒子線転写マスクの検査方法を表すフローチャートである。  
本実施形態の検査装置は、図１に表したように、電子銃１０１、制限アパーチャー１０３、マスクステージ１０５、電流計１０４、ステージ制御装置１０６、判定部１０７、記憶部１０８を備える。マスクステージ１０５には、マスク１０２が載置される。なお、この検査装置は、荷電粒子線転写装置として用いることも可能である。
【００２２】
電子銃１０１から放射された電子線は、この電子線を所定形状に制限するためのアパーチャー１０３に照射される。このようして制限された矩形状の電子線は、被測定マスク１０２に照射される。マスク１０２に照射された電子線は、マスク１０２の開口形状に応じたパターンで投影され、それが電流計１０４により測定される。得られた電流値は、記憶部１０８によって記録される。検査装置に取り付けられた表示装置などによって、その電流値の変化を表示してもよい。その後、再度同様の測定を行い電流値を求め、それらの結果を判定部１０７において比較することによって、コンタミネーションの付着状況を検査する。このときの電流値の変化が所定値より大きくなったときには、アッシング処理や洗浄工程を行うことにより、マスク１０２に付着したコンタミネーションの除去を行う。
【００２３】
図２に表したフローチャートに従って説明すると、まず、ステップＳ１１０において、初期状態のマスク１０２を通過した電流を測定する。  
さらに所定期間たった後に、ステップＳ１２０において、同様に、マスク１０２を通過した電流を測定する。そして、ステップＳ１３０において、測定した電流値の変化が所定値を超えたか否かを判断する。ステップＳ１１０における測定値と、ステップＳ１２０における測定値との変化量を求めることによって、マスク１０２の開口面積の変化を測定し、マスクの汚染状況を確認することができる。
【００２４】
図３は、本実施形態にかかる荷電粒子線転写マスクの一部を表す模式平面図である。すなわち、図３（ａ）及び（ｂ）は、一度に転写できる領域、いわゆるサブフィールド３０１におけるパターンを表す。
【００２５】
本具体例においては、サブフィールド３０１内に、同一形状の複数の開口パターン１０２Ａ、１０２Ｂが設けられている。その開口寸法としては、図３（ａ）に表したように比較的大きな開口１０２Ａと、図３（ｂ）に表したように比較的小さい開口１０２Ｂとを設けることができる。これら大きな開口１０２Ａと小さな開口１０２Ｂとは、同一マスク１０２上において、異なるサブフィールドに形成する。
【００２６】
図４は、図３（ａ）及び（ｂ）に表した開口１０２Ａ、１０２Ｂをそれぞれ拡大して表した模式図である。図４（ａ）に表した大きな開口１０２Ａの寸法は、例えば、試料上寸法が１μｍ以上となるように、２μｍとし、また、図４（ｂ）に表した小さな開口１０２Ｂの寸法は、例えば、試料上寸法が１００ｎｍ以下となるように、５０ｎｍとすることができる。
【００２７】
電子線転写法の場合、通常の縮小率は４であるため、ウェーハ上で１００ｎｍの矩形パターンはマスク上では４００ｎｍになる。それに５ｎｍのコンタミネーションが付着した場合には、面積が５パーセント変化する。面積の変化率が５パーセント程度であれば検出器により検出できるが、数パーセント以下となった場合には、コンタミネーションの発生による変化であるのか、それとも検出誤差であるのかの判別が困難となる場合がある。このため、小さな開口１０２Ｂについては、試料上寸法を１００ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００２８】
一方、大きな開口１０２Ａのサイズについては、コンタミネーションが付着しても面積の変化率は無視しうる程度に小さいことが望ましい。例えば、ウェーハ上の寸法で１μｍ（マスク上の寸法は４μｍ）の矩形パターンの場合、上記条件での開口面積変化率は０．５パーセントとなり、サイズ１００ｎｍの小さい開口における面積変化率（５パーセント）と比較して一桁小さくなる。また、コンタミネーションの付着量が２０ｎｍと厚くなった場合にも、面積変化率は２パーセント（１００ｎｍの小開口の場合には１９パーセントになる）程度におさまる。大きな開口１０２Ａのサイズを１μｍよりも大きくした場合には、小さい開口１０２Ｂとの相対比較によりコンタミネーションの付着状況は類推できるが、より高い精度で測定するためには、小さい開口１０２Ｂと比較して面積変化率がおよそ１桁程度であることが必要であり、このために、試料上寸法で１μｍ以上となるように、大きな開口１０２Ａのサイズを決定することが望ましい。
【００２９】
例えば、株式会社ニコンによって供給されている電子線転写装置では、縮小率が１／４である。従って、マスク１０２上では、大きな開口１０２Ａ（図４（ａ））の一辺のサイズを８μｍとし、小さな開口１０２Ｂ（図４（ｂ））の一辺のサイズが２００ｎｍとすることができる。
【００３０】
図５は、マスク１０２におけるコンタミネーションの付着を説明するための模式図である。  
マスク１０２を使用することによって徐々にコンタミネーション５００が付着すると、図５（ａ）及び（ｂ）に表したように開口１０２Ａ、１０２Ｂが狭められる。この時、コンタミネーションが試料上寸法で１０ｎｍ付着した場合について考えると、図５（ａ）に表した大きな開口１０２Ａにおける開口面積の変化量は０．５パーセントとなる。一方、図５（ｂ）に表した小さな開口１０２Ｂの場合には、開口面積の変化量は１９パーセントとなる。つまり、大きな開口１０２Ａにおいては開口面積の変化量が小さいが、小さな開口１０２Ｂにおいては開口面積の変化量が大きくなる。
【００３１】
そこで、大きな開口１０２Ａを通過した電流値を近似的な基準として用いることができる。すなわち、一般的に、電子銃１０１から放出される電子線の電流値には多少の変動がある。これに対して、本発明においては、大きな開口１０２Ａを通過する電流値を基準として用い、小さな開口１０２Ｂを通過する電流を規格化することができる。例えば、大きな開口１０２Ａを通過した電流をＩａ、小さな開口１０２Ｂを通過した電流をＩｂとした場合、規格化電流Ｉｃを次式により表すことができる。
Ｉｃ＝α×Ｉｂ／Ｉａ
ここで、αは規格化係数であり、適宜設定することができる。このようにして電流Ｉａにより規格化すれば、電子銃１０１から放出される電流が変動してもコンタミネーションの付着量を正確に評価することができる。
【００３２】
ただし、マスク１０２に照射される電流密度が他の手段によって十分に精密に測定できる場合には、上記の如き規格化は必ずしも必要ではなく、小さい開口１０２Ｂを通過した電流のみを測定すればよい。
【００３３】
一方、本発明においては、通過電流値をモニタするための小さい開口は、必ずしもその形状やサイズが均一でなくてもよい。すなわち、サブフィールド内に、形状やサイズが異なる複数の開口１０２Ｂが設けられていても、コンタミネーションの付着に伴う通過電流値の低下をモニタすることは可能である。
【００３４】
ただし、図３（ｂ）に例示したように、小さい開口１０２Ｂのパターンを、サブフィールド３０１内において、ほぼ一様に配置し、また、これら開口の形状やサイズも全て同一にしてもよい。開口１０２Ｂの形状やサイズを一様にすることによって、サブフィールド３０１内に電子照射量の分布があったとしても平均化してコンタミネーションの付着量を正確に把握することが可能となる。また、多数の開口１０２Ｂを設けることによって、合計の電流値を大きくすることができ、測定誤差を抑制することが可能となる。
【００３５】
図６は、マスク１０２の使用日数に対する、規格化電流値の変化を例示するグラフ図である。同図に表したように、使用日数（あるいは照射回数）が増加するにつれてコンタミネーションが付着し、それに伴い電流値が低下する。このようにして測定した電流値が所定値より小さくなった場合に、マスク１０２を交換し、あるいは洗浄すればよい。例えば、試料上の寸法で、パターンの片側でのサイズの変化量を１０ｎｍ以下に制限することにすると、上述のマスク１０２の場合、小さい開口１０２Ｂを介した電流値が１９パーセント低下したときに、マスクの交換・洗浄を行えばよい。
【００３６】
また、図３乃至図５に例示した通過電流値モニタ用の開口パターン１０２Ａ、１０２Ｂは、マスク上の任意の場所に配置することができる。例えば、半導体チップのパターンが形成されているマスクの場合、そのチップパターンの中心部に、開口パターンの配置が可能であればよいが、通常できないことが多い。そのような場合には、チップパターンの間の「スクライブライン」と呼ばれるチップ切り出し後に除去される領域にこれら開口パターンを配置すればよい。また、マスク上においてチップパターンを転写する際に電子線が照射されない領域に、これら開口パターンを配置してもよい。
【００３７】
またさらに、チップパターンの一部を通過電流値モニタ用の開口パターンとして代用することも可能である。つまり、開口パターン１０２Ａ、１０２Ｂとしても代用できるパターンが、既にチップのパターンの一部としてマスクに形成されている場合には、そのパターンを用いて、コンタミネーションの付着状況を測定することが可能である。例えば、開口径がほぼそろった複数の開口が形成されたサブフィールドがあれば代用できる。このようなパターンは、例えば、半導体集積回路のコンタクト層のコンタクト（ビア）ホールの加工パターンなどにおいて設けられる場合がある。
【００３８】
一方、本発明は、コンタミネーションの付着による開口の狭小化のみ出なく、開口が拡大する場合にも、同様にモニタすることができる。例えば、荷電粒子線としてイオン線を用いる場合には、コンタミネーションの付着による開口の狭小化よりも、マスクがエッチングされることによる開口の拡大が問題となる場合がある。
【００３９】
図７及び図８は、イオン線などの荷電粒子線の照射により、マスクの開口が拡大することを例示する模式図である。  
すなわち、図７に表したように、初期状態において大きな開口１０２Ａと小さな開口１０２Ｂとが設けられたマスク１０２にイオン線を照射して転写工程を繰り返すと、マスク１０２がエッチングされ、図８に表したように開口１０２Ａ、１０２Ｂがそれぞれ拡大する。このような開口の拡大は、パターンの変形につながるので定量的にモニタして所定のタイミングでマスクを交換する必要がある。
【００４０】
これに対して、本発明によれば、開口１０２Ａ、１０２Ｂを通過する電流値をモニタすることにより開口の拡大を定量的に測定することができる。すなわち、この場合には、電流値の減少量ではなく、増加量となるのみであり、図１乃至図６に関して前述したものと原理的に同様に測定することが可能となる。
【００４１】
そして、本具体例の場合にも、大きな開口１０２Ａにおける通過電流の増加の割合は、小さな開口１０２Ｂにおける通過電流の増加の割合よりも小さいので、大きな開口１０２Ａにおける通過電流値により規格化することが可能となり、イオン源から放出されるイオン線量の変動を補正して測定できる。
【００４２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、通過電流値モニタ用の開口として用いるパターンの形状やサイズ、数などについては、当業者が適宜設計変更して適用したものも、本発明の要旨を含む限り、本発明の範囲に包含される。
【００４４】
また同様に、マスクとしてはいわゆる「ステンシルタイプ」を用いてもよく、「メンブレンタイプ」を用いてもよい。
【００４５】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子線転写装置の評価方法及び評価用マスクは、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる荷電粒子線転写マスクの検査装置を表す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる荷電粒子線転写マスクの検査方法を表すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態にかかる荷電粒子線転写マスクの一部を表す模式平面図である。
【図４】図３（ａ）及び（ｂ）に表した開口１０２Ａ、１０２Ｂをそれぞれ拡大して表した模式図である。
【図５】マスク１０２におけるコンタミネーションの付着を説明するための模式図である。
【図６】マスク１０２の使用日数に対する、規格化電流値の変化を例示するグラフ図である。
【図７】マスクに設けられた開口の初期状態を表す模式図である。
【図８】イオン線などの荷電粒子線の照射により、マスクの開口が拡大することを例示する模式図である。
【図９】マスクのコンタミネーションを説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０１ 電子銃
１０２ マスク
１０２Ａ、１０２Ｂ 開口
１０３ 制限アパーチャー
１０４ 電流計
１０５ マスクステージ
１０６ ステージ制御装置
１０７ 判定部
１０８ 記憶部
３０１ サブフィールド
４００ マスク
４００ 荷電粒子線マスク
４００Ａ 開口部
４００Ｂ 非開口部
５００ コンタミネーション
【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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