(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線透過性の薄膜上に所定の形状に電子線散乱体が積層され、該電子線散乱体が積層された散乱領域と電子線散乱体が積層されていないメンブレン領域とが所定のパターン形状に形成されたパターン領域を有する電子線露光用マスクの検査方法において、
一の被検査マスクへの電子線の照射を、複数回に分けて一照射領域毎に電子線を走査して行い、一照射領域毎に透過電子を検出し、一照射領域の透過電子の累積強度ＩTEを該照射領域のメンブレン領域のパターン密度αで除した値ＩTE／αを複数の照射領域について求め、マスク面内のメンブレン領域の相対的な膜厚分布データを得ることを特徴とする電子線露光用マスクの検査方法。
【請求項２】
一照射領域の透過電子の累積強度ＩTE、該照射領域のメンブレン領域のパターン密度α、及び該照射領域に照射された電子線の累積強度ＩIEから一照射領域毎の電子線の透過率ＩTE／（α・ＩIE）を求め、得られた電子線透過率ＩTE／（α・ＩIE）から、電子線透過率と式（１）で示される規格化マスク厚ｔnorとの関係を用いて、複数の照射領域について対応する一照射領域毎のメンブレン領域の平均の規格化マスク厚を求めることを特徴とする請求項１記載の電子線露光用マスクの検査方法。
ｔnor  ＝  ｔm／ＲG      （１）
ｔm：マスク（メンブレン領域）の厚さ、ＲG：グリュン飛程
【請求項３】
請求項２記載の検査方法において、一照射領域毎に得られたメンブレン領域の平均の規格化マスク厚にグリュン飛程を乗じて、一照射領域毎のメンブレン領域の平均膜厚を求め、マスク面内のメンブレン領域の膜厚分布データを得ることを特徴とする電子線露光用マスクの検査方法。
【請求項４】
請求項２記載の検査方法において、一照射領域毎に得られたメンブレン領域の平均の規格化マスク厚から、式（１）及び式（２）を用いて一照射領域毎のメンブレン領域の平均膜厚を求め、マスク面内のメンブレン領域の膜厚分布データを得ることを特徴とする電子線露光用マスクの検査方法。
ＲG  ＝  （４．０×１０-2／ρ）Ｖacc1.75    [μｍ]      （２）
ρ：マスク材料の密度[ｇ／ｃｍ3]、Ｖacc：加速電圧[ｋＶ]
【請求項５】
被検査マスクに照射する電子ビームの加速電圧を、式（１）で示される規格化マスク厚ｔnorが０．２以上０．８以下になるように設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子線露光用マスクの検査方法。
【請求項６】
一照射領域毎に透過電子を検出するとともに二次電子を検出し、検出した二次電子からパターン画像を形成し、得られたパターン画像から一照射領域毎のパターン密度αを求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子線露光用マスクの検査方法。
【請求項７】
一照射領域毎の透過電子の検出とともに行う二次電子の検出によって、パターン欠陥の検査も行う請求項６記載の電子線露光用マスクの検査方法。
【請求項８】
被検査マスクのメンブレン領域を透過した透過電子を集束させるための集束レンズを配置し、該集束レンズのクロスオーバーの位置あるいはその近傍に制限アパーチャを配置して、該制限アパーチャの中央の開口を通過した透過電子を検出し、一照射領域毎の透過電子の累積強度ＩTEを求めることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子線露光用マスクの検査方法。
【請求項９】
検査装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いる請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子線露光用マスクの検査方法。
【請求項１０】
被検査マスクが、転写しようとする１チップ分の或いはその数分割分の所定のパターンが複数の小領域に分割されて形成されているマスクであり、該小領域を一照射領域として電子線を照射する請求項１〜９のいずれか１項に記載の電子線露光用マスクの検査方法。
【請求項１１】
電子線透過性の薄膜上に所定の形状に電子線散乱体が積層され、該電子線散乱体が積層された散乱領域と電子線散乱体が積層されていないメンブレン領域とが所定のパターン形状に形成されたパターン領域を有するマスクであって、転写しようとする１チップ分の或いはその数分割分の所定のパターンが、複数の小領域に分割されて形成されているマスクを用いた、散乱角制限方式による分割転写方式の電子線露光方法において、
請求項２、３又は４記載の検査方法により前記マスクを検査し、その際、前記マスクの各小領域を一照射領域として電子線の照射を行って、小領域毎のメンブレン領域の平均の膜厚あるいは規格化マスク厚を求め、
前記マスクの小領域毎に得られた平均の膜厚あるいは規格化マスク厚から、使用する電子線露光装置の制限アパーチャのアパーチャ角と電子線露光時の加速電圧における、予め求めておいた膜厚とアパーチャ通過率との関係を用いて、対応する小領域毎のメンブレン領域のアパーチャ通過率を求め、
前記マスクの小領域毎に得られたアパーチャ通過率から、マスクの各小領域に対応する感応基板上の領域間で同一の露光量が与えられるように、マスクの小領域毎に照射する電子線の照射時間の変調量を求め、
前記マスクの小領域毎に得られた電子線照射時間の変調量にしたがって、マスクの小領域毎に電子線の露光を行って所定パターンを転写することを特徴とする電子線露光方法。
【請求項１２】
マスクの検査工程において、被検査マスクに照射する電子ビームの加速電圧を、式（１）で示される規格化マスク厚ｔnorが０．２以上０．８以下になるように設定する請求項１１記載の電子線露光方法。
【請求項１３】
マスクの検査工程において、被検査マスクの小領域毎に透過電子を検出するとともに二次電子を検出し、検出した二次電子からパターン画像を形成し、得られたパターン画像から小領域毎のパターン密度αを求める請求項１１又は１２記載の電子線露光方法。
【請求項１４】
マスクの小領域毎に得られたパターン密度αから、使用する電子線露光装置について予め求めておいた感応基板上のビーム電流とデフォーカス量との関係を用いて、対応する小領域毎のリフォーカス量を求め、小領域毎に得られたリフォーカス量にしたがって焦点を補正し、マスクの小領域毎に電子線の露光を行って所定パターンを転写することを特徴とする請求項１３記載の電子線露光方法。
【請求項１５】
マスクの検査工程において、被検査マスクのメンブレン領域を透過した透過電子を集束させるための集束レンズを配置し、該集束レンズのクロスオーバーの位置あるいはその近傍に制限アパーチャを配置して該制限アパーチャの中央の開口を通過した透過電子を検出し、マスクの小領域毎の透過電子の累積強度ＩTEを求める請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の電子線露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線露光用マスクの検査方法および電子線露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、部分一括露光法や可変成形露光法に代わる新たな電子線露光方法として、分割転写方式の電子線露光法が提案されている。この分割転写方式による電子線露光法は、露光すべき所定のパターンを複数の小領域に分割し、これら小領域毎に露光を行って最終的にその所定パターンを転写する方法である。このような分割転写方式の電子線露光方法は、所定のパターンを複数の小領域に分割するものの、１チップ分の或いはその数分割分の所定パターンを全て作り込んだマスクを用いる点で、転写しようとするパターンをマスクに作り込むのではなくソフトデータとして処理する可変成形露光法や、繰り返しパターン部分のみを作り込んだマスクを用いる部分一括露光法とは全く異なり、これら従来の露光法に比べてスループットを大幅に向上させることができる。
【０００３】
この分割転写方式の電子線露光法については、特開平１１−１７６７２０号公報の従来の技術の欄にその公報の図２を用いてわかりやすく説明されている。以下、この記載に基づいて分割転写方式の電子線露光法の一例について説明する。
【０００４】
図７は、分割転写方式の電子線露光方法の概略説明図である。図７において、１００はマスク、１００ａはマスク１００上の小領域、１００ｂは小領域１００ａ間の境界領域、１１０はレジストを塗布したウェハ等の感応基板、１１０ａは感応基板１１０上の１ダイ（１チップ）分の領域、１１０ｂは小領域１００ａのそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域、ＡＸは荷電粒子線光学系の光軸、ＥＢは荷電粒子線、ＣＯは荷電粒子光学系のクロスオーバーポイントである。
【０００５】
マスク１００上には、感応基板１１０上に転写すべきパターンをメンブレン上にそれぞれ備えた多数の小領域１００ａが、パターンが存在しない境界領域１００ｂにより区分されて存在している。そして、境界領域１００ｂに対応する部分には、格子状の支柱が設けられ、メンブレンを熱的及び強度的に保護している。なお、マスク１００は、メンブレンとして例えば厚さ１００ｎｍ程度のシリコン窒化膜上に、例えば厚さ５０ｎｍ程度のタングステンからなる電子線散乱体パターンが形成された散乱メンブレンマスクである。この散乱メンブレンマスクは、後述する散乱角制限方式の電子線露光方法に専ら用いられるマスクであり、ここでの露光法は、散乱角制限方式を想定している。
【０００６】
各小領域１００ａは、感応基板１１０の１ダイ分の領域１１０ａに転写すべきパターンを分割した部分パターンをそれぞれ備えており、分割した部分パターン毎に感応基板１１０に転写される。感応基板１１０の外観形状は、図７（ｂ）に示したとおりであり、図７（ａ）においては、感応基板１１０の一部（図７（ｂ）のＶa部）を拡大して示してある。
【０００７】
図７において、荷電粒子線光学系の光軸ＡＸと平行にｚ軸をとり、小領域１００ａの並び方向と平行にｘ軸、ｙ軸をとる。そして、矢印Ｆｍ、Ｆｗで示すように、マスク１００及び感応基板１１０をｘ軸方向へ互いに逆向きに連続的に移動させながら、荷電粒子線をｙ軸方向にステップ的に走査して一列の小領域１００ａのパターンを順次転写し、その列のパターン転写が終了した後に、ｘ軸方向に隣接する次の小領域の１００ａの列を荷電粒子線で走査し、以降同様にして小領域１００ａ毎に転写（分割転写）を繰り返して１ダイ（１チップ）分のパターンを転写する。
【０００８】
このときの小領域１００ａの走査順序及び感応基板１１０への転写順序は、それぞれ矢印Ａｍ、Ａｗで示すとおりである。なお、マスク１００と感応基板１１０の連続移動方向が逆なのは、１対の投影レンズによりマスク１００と感応基板１１０とでｘ軸、ｙ軸がそれぞれ反転するためである。
【０００９】
このような手順で転写（分割転写）を行う場合、ｙ軸方向の一列の小領域１００ａのパターンを一対の投影レンズで感応基板１１０にそのまま投影するだけでは、小領域１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域１１０ｂそれぞれの間に、境界領域１００ｂに対応する隙間が生じる。これに対する対策として、各小領域１００ａを通過した荷電粒子線ＥＢを境界領域１００ｂの幅Ｌｙに相当する分だけｙ軸方向に偏向してパターン転写位置を補正している。
【００１０】
ｘ軸方向に関しても、パターン縮小率比に応じた一定速度で散乱透過マスク１００と感応基板１１０を移動させるだけでなく、一列の小領域１００ａの転写が終わって次の列の小領域１００ａの転写に移る際に、境界領域１００ｂの幅Ｌｘだけ荷電粒子線ＥＢをｘ軸方向に偏向して、被転写領域１１０ｂ同士の間にｘ軸方向の隙間が生じないように、パターン転写位置を補正している。
【００１１】
なお、上記の分割転写方式の説明におけるマスクは、所定のパターンを分割するための境界領域が格子状であったが、ストライプ状であってもよく、このようなマスクを用いた場合の小領域毎の露光は、電子ビームを、ストライプ状の境界領域により分割された帯状の小領域内で長手方向に電気的にスキャン（走査）することにより行われる。
【００１２】
以上説明したように、分割転写方式によれば、１チップ分の或いはその数分割分の所定パターンを作り込んだマスクを用いているため、従来の部分一括露光法や可変成形露光法に対して著しくスループットを向上させることができる。なお、１チップ分の所定パターンの数分割分のパターンを作り込んだマスクを用いる場合は、その分割数に応じた数の複数のマスクを用いることになる。
【００１３】
また、分割転写方式では、各小領域１００ａ間に形成された境界領域１００ｂに格子状の支柱を設けることができるので、荷電粒子線照射によるマスク基板のたわみや熱歪みを抑制することができ、精度よく露光転写を行うことができる。
【００１４】
上述のような分割転写方式の電子線露光においては、電子線散乱能が比較的小さい電子線透過性のメンブレン（例えば厚さ１００ｎｍ程度のシリコン窒化膜）上に、電子線散乱体（例えば厚さ５０ｎｍ程度のタングステン）からなるパターンが形成されたマスク（以下「散乱メンブレンマスク」という）が用いられ、散乱角制限方式によるパターン露光が行われている。
【００１５】
図８に、散乱メンブレンマスクを用いた一般的な散乱角制限方式の光学系の模式図を示す。
【００１６】
散乱メンブレンマスク２０１において、電子線透過性メンブレン２０１ａの電子線散乱体２０１ｂが形成されていない領域（以下「メンブレン領域」という。）を透過した非散乱あるいは散乱角の比較的小さい電子線（露光電子）は、第１の投影レンズ２０２によって集束され、制限アパーチャ２０３の中央の開口を通過し、続いて対物レンズである第２の投影レンズ２０４によって、ウェハ２０５上のレジスト２０６に投影される。ここで、図中のレジスト２０６は露光部分が残るネガ型の例であり、説明のため現像後の形状を示している。レジストはポジ型であってもよい。一方、電子線散乱体２０１ｂを透過した散乱角の大きい散乱電子は、第１の投影レンズのクロスオーバー位置もしくはその近傍に設けられた制限アパーチャ２０３によりほとんど遮蔽される。このように、パターンを形成する電子線散乱体領域とメンブレン領域との電子線散乱角の違いによってウェハ上に図形コントラストが形成される。
【００１７】
散乱メンブレンマスクの製造方法については、例えば、SPIE,Vol.3236(1998)p.190に記載がある。以下、散乱メンブレンマスクの製造方法の一例を説明する。
【００１８】
まず、シリコン基板に電子線透過性メンブレンとしてシリコン窒化膜をＬＰＣＶＤ法により形成する。このときシリコン窒化膜はシリコン基板の両面に形成される。続いて、基板の表側に形成されたシリコン窒化膜上にエッチングストッパ層としてクロム薄膜を形成し引き続き電子線散乱体層としてタングステン層をスパッタにより積層する。
【００１９】
次に、シリコン基板の裏側に形成されたシリコン窒化膜上にレジストを被覆しパターニングを行い、形成されたレジストパターンをマスクとして、反応性イオンエッチングによりシリコン窒化膜を除去し、所定の領域にシリコン基板を露出させる。なお、タングステン層は、この工程の後に基板表面のシリコン窒化膜上に形成してもよい。
【００２０】
レジスト除去後、ＫＯＨによるウェットエッチングを行って、シリコン基板の露出領域のシリコンを除去し、基板の表側に形成されたシリコン窒化膜が露出した開口部を形成する。
【００２１】
その後、基板の表側のタングステン層上にレジストを被覆しパターニングを行い、形成されたレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行ってタングステン層をパターニングする。レジストを除去することにより、シリコン窒化膜上にタングステン層パターンが形成された散乱メンブレンマスクが得られる。なお、露出したクロム薄膜はウェットエッチングにより除去される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の散乱メンブレンマスクは、１００ｎｍ程度の非常に薄い電子線透過性メンブレン上に電子線散乱体が積層されパターン形成されたものであるため、一般にその製造が困難であり、特に電子線透過性メンブレンの膜厚にバラツキが生じやすい。そのため、メンブレン領域（電子線透過性メンブレンのみの領域）に生じた厚さのバラツキによって、ウェハ上のレジストに照射される露光電子の照度バラツキが発生し、パターンの寸法精度が低下するという問題がある。メンブレン領域の厚さが厚い部分を透過した電子は、散乱角が大きくなり、制限アパーチャに遮蔽される電子が多くなり、ウェハ上のレジストに照射されるべき電子が減少するため、照度が低下し、結果、ネガ型レジストの場合ではパターンの細りが生じる。
【００２３】
従来、散乱メンブレンマスクの電子線透過性メンブレンの厚みは、その製造途中において、例えば、シリコン基板上にＳｉＮ等の電子線透過性メンブレン材料を成膜した時点においてその膜厚を公知の方法により測定していた。このような測定では、最終的に得られたマスクについて、そのメンブレン領域の厚さを測定することはできない。さらに、パターン形成前の膜厚測定では、得られたマスクのパターン領域面内におけるメンブレン領域の膜厚分布の知見を得ることはできない。また、最終的に得られたマスクにおいて、そのメンブレン領域の厚さを測定しようとしても、測定対象であるメンブレン領域は微細な散乱体パターン間に部分的に位置していること、メンブレン領域ではその裏側にシリコン基板がない（裏側は空間である）こと等により、従来の一般的な測定法では膜厚の測定は困難であった。
【００２４】
特開平５−２５８７０３号公報には、基板表面に荷電粒子ビームを送りスキャンし、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出することを主な特徴とする電子ビーム検査方法とそのシステムが開示され、Ｘ線マスクや電子ビーム近接マスク、ステンシルマスクの検査に有用であることが記載されている。しかしながら、この方法やシステムによれば、種々のタイプの欠陥を検出できるとともに、それらの欠陥を区別できるとの記載はあるものの、基板の膜厚測定に関する記載はない。
【００２５】
そこで本発明の目的は、散乱メンブレンマスクの検査において、マスク作製後であってもメンブレン領域の膜厚分布を容易に測定可能な電子線露光用マスクの検査方法を提供するとともに、高い寸法精度でパターン形成が可能な電子線露光方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子線透過性の薄膜上に所定の形状に電子線散乱体が積層され、該電子線散乱体が積層された散乱領域と電子線散乱体が積層されていないメンブレン領域とが所定のパターン形状に形成されたパターン領域を有する電子線露光用マスクの検査方法において、
一の被検査マスクへの電子線の照射を、複数回に分けて一照射領域毎に電子線を走査して行い、一照射領域毎に透過電子を検出し、一照射領域の透過電子の累積強度ＩTEを該照射領域のメンブレン領域のパターン密度αで除した値ＩTE／αを複数の照射領域について求め、マスク面内のメンブレン領域の相対的な膜厚分布データを得ることを特徴とする電子線露光用マスクの検査方法に関する。
【００２７】
また本発明は、一照射領域の透過電子の累積強度ＩTE、該照射領域のメンブレン領域のパターン密度α、及び該照射領域に照射された電子線の累積強度ＩIEから一照射領域毎の電子線の透過率ＩTE／（α・ＩIE）を求め、得られた電子線透過率ＩTE／（α・ＩIE）から、電子線透過率と式（１）で示される規格化マスク厚ｔnorとの関係を用いて、複数の照射領域について対応する一照射領域毎のメンブレン領域の平均の規格化マスク厚を求めることを特徴とする上記本発明の電子線露光用マスクの検査方法に関する。
【００２８】
ｔnor  ＝  ｔm／ＲG      （１）
ｔm：マスク（メンブレン領域）の厚さ、ＲG：グリュン飛程
また本発明は、上記本発明の検査方法において、一照射領域毎に得られたメンブレン領域の平均の規格化マスク厚にグリュン飛程を乗じて、一照射領域毎のメンブレン領域の平均膜厚を求め、マスク面内のメンブレン領域の膜厚分布データを得ることを特徴とする電子線露光用マスクの検査方法に関する。
【００２９】
また本発明は、上記本発明の検査方法において、一照射領域毎に得られたメンブレン領域の平均の規格化マスク厚から、式（１）及び式（２）を用いて一照射領域毎のメンブレン領域の平均膜厚を求め、マスク面内のメンブレン領域の膜厚分布データを得ることを特徴とする電子線露光用マスクの検査方法に関する。
【００３０】
ＲG  ＝  （４．０×１０-2／ρ）Ｖacc1.75    [μｍ]      （２）
ρ：マスク材料の密度[ｇ／ｃｍ3]、Ｖacc：加速電圧[ｋＶ]
また本発明は、被検査マスクのメンブレン領域を透過した透過電子を集束させるための集束レンズを配置し、該集束レンズのクロスオーバーの位置あるいはその近傍に制限アパーチャを配置して、該制限アパーチャの中央の開口を通過した透過電子を検出し、一照射領域毎の透過電子の累積強度ＩTEを求めることを特徴とする上記本発明の電子線露光用マスクの検査方法に関する。
【００３１】
また本発明は、電子線透過性の薄膜上に所定の形状に電子線散乱体が積層され、該電子線散乱体が積層された散乱領域と電子線散乱体が積層されていないメンブレン領域とが所定のパターン形状に形成されたパターン領域を有するマスクであって、転写しようとする１チップ分の或いはその数分割分の所定のパターンが、複数の小領域に分割されて形成されているマスクを用いた、散乱角制限方式による分割転写方式の電子線露光方法において、
上記本発明の検査方法により前記マスクを検査し、その際、前記マスクの各小領域を一照射領域として電子線の照射を行って、小領域毎のメンブレン領域の平均の膜厚あるいは規格化マスク厚を求め、
前記マスクの小領域毎に得られた平均の膜厚あるいは規格化マスク厚から、使用する電子線露光装置の制限アパーチャのアパーチャ角と電子線露光時の加速電圧における、予め求めておいた膜厚とアパーチャ通過率との関係を用いて、対応する小領域毎のメンブレン領域のアパーチャ通過率を求め、
前記マスクの小領域毎に得られたアパーチャ通過率から、マスクの各小領域に対応する感応基板上の領域間で同一の露光量が与えられるように、マスクの小領域毎に照射する電子線の照射時間の変調量を求め、
前記マスクの小領域毎に得られた電子線照射時間の変調量にしたがって、マスクの小領域毎に電子線の露光を行って所定パターンを転写することを特徴とする電子線露光方法に関する。
【００３２】
また本発明は、マスクの小領域毎に得られたパターン密度αから、使用する電子線露光装置について予め求めておいた感応基板上のビーム電流とデフォーカス量との関係を用いて、対応する小領域毎のリフォーカス量を求め、小領域毎に得られたリフォーカス量にしたがって焦点を補正し、マスクの小領域毎に電子線の露光を行って所定パターンを転写することを特徴とする上記本発明の電子線露光方法に関する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００３４】
本発明の検査方法は、散乱角制限方式による分割転写方式の電子線露光方法に用いられる散乱メンブレンマスクの検査に有用であり、特に、散乱メンブレンマスクのメンブレン領域の膜厚分布の測定に好適である。また、この検査方法により得られたマスクの膜厚分布に関するデータを用いて分割転写方式の電子線露光を行うことによって、高い寸法精度でパターン形成を行うことが可能となる。
【００３５】
本発明の検査方法に用いられる検査装置としては、透過電子検出器と二次電子検出器を備えた一般的なＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いることができる。図１に、本発明の検査方法における光学系の一例の概略模式図を示す。１は二次電子検出器、２は対物レンズ、３は被検査マスク（３ａは電子線透過性メンブレン、３ｂは電子線散乱体）、４は透過電子検出器である。偏向器やステージ等のその他の一般的な構成は省略している。
【００３６】
本発明の検査方法において、散乱メンブレンマスクのメンブレン領域の厚さに関するデータを得るためには、マスクのメンブレン領域を透過した電子を検出する必要がある。その際、より高い精度で検出を行うためには、電子線散乱体３ｂを電子が透過しない条件で検査を行うか、あるいは図２に示すように、被検査マスク３と透過電子線検出器４との間に透過電子を集束するための集束レンズ５を設け、この集束レンズのクロスオーバーの位置あるいはその近傍に制限アパーチャ６を設けることが好ましい。図２に示すような構成とすることにより、被検査マスクの散乱体部分を透過した電子はその散乱角が大きいため、そのほとんどが制限アパーチャ６に遮られ、その結果、検査条件にかかわらず、透過電子検出器で検出される電子のほとんどを、マスクのメンブレン領域を透過した電子とすることができる。
【００３７】
本実施形態の検査方法では、マスクへの電子線照射を複数回に分けて行い、一照射領域（以下「サブフィールド」という）毎に電子線を走査し、透過電子と二次電子を検出する。透過電子の検出により、サブフィールド毎の透過電子の累積強度ＩTEを求める。一方、二次電子の検出によってサブフィールド毎のパターン画像を形成し、このパターン画像からサブフィールド毎のパターン密度α（メンブレン領域のパターン密度）を得る。
【００３８】
透過電子の累積強度ＩTEをパターン密度αで割ったＩTE／αは、単位面積あたりの透過電子の強度を示すものであり、パターン密度が１（すなわちサブフィールド内が全てメンブレン領域）である場合のサブフィールド毎の透過電子の累積強度を示し、このＩTE／αは、各サブフィールドのメンブレン領域の平均膜厚を反映する。すなわち、メンブレン領域の厚さがマスク面内で均一であればＩTE／αは一定の値となるが、薄い部分があるとその薄い部分を含むサブフィールドのＩTE／αは比較的大きくなり、厚い部分があるとその厚い部分を含むサブフィールドのＩTE／αは比較的小さくなる。よって、各サブフィールドのＩTE／αを求めることにより、サブフィールド間のメンブレン領域の平均膜厚の差、すなわちマスク面内でのメンブレン領域の相対的な膜厚分布（膜厚のバラツキの知見）を得ることができる。
【００３９】
また、サブフィールド毎に得られたＩTE、α、及びその一のサブフィールドに走査した電子線の累積強度ＩIEから、サブフィールド毎の電子線の平均透過率ＩTE／（α・ＥIE）を求め、得られた平均透過率ＩTE／（α・ＥIE）から、後述の電子線透過率と規格化マスク厚の関係を用いて、複数のサブフィールドについて対応する一のサブフィールド毎のメンブレン領域の平均の規格化マスク厚を求めてもよい。サブフィールド毎に得られたメンブレン領域の平均の規格化マスク厚から、マスク面内のメンブレン領域の相対的な膜厚分布を得ることができる。
【００４０】
さらに、各サブフィールドのメンブレン領域の平均の規格化マスク厚にグリュン飛程を乗じることによって、各サブフィールドのメンブレン領域の平均膜厚を得ることができる。得られた膜厚はサブフィールド毎の平均値ではあるが、サブフィールド毎に得られたメンブレン領域の平均の規格化マスク厚からは相対的な膜厚分布のデータが得られるのに対して、マスク面内のメンブレン領域の絶対的な膜厚分布のデータを得ることができる。
【００４１】
上述のように、サブフィールド毎にＩTE／αや規格化マスク厚を求めて、マスク面内でのメンブレン領域の膜厚分布に関するデータや、各サブフィールドのメンブレン領域の平均膜厚を得るためには、マスクのメンブレン領域の膜厚を考慮して、マスクに照射する電子ビームの加速電圧を設定することが望ましい。
【００４２】
電子ビームの加速電圧は、下記式（１）で示される規格化マスク厚ｔnorが０．２以上０．８以下になるように設定することが好ましい。Ｓ／Ｎ比や測定精度の点から０．３以上がより好ましく、０．７以下であることがより好ましい。ここで、式（１）のｔmには、マスクの作製における電子線透過性メンブレンの厚さの設計値を用いることができる。
【００４３】
ｔnor  ＝  ｔm／ＲG      （１）
ｔm：マスク（メンブレン領域）の厚さ、ＲG：グリュン飛程
ここで、グリュン飛程ＲGは、下記式（２）で示すことができる。
【００４４】
ＲG  ＝  （４．０×１０-2／ρ）Ｖacc1.75    [μｍ]      （２）
ρ：マスク材料の密度[ｇ／ｃｍ3]、Ｖacc：加速電圧[ｋＶ]
例えば、規格化マスク厚ｔnorが０．５となるように加速電圧Ｖaccを設定する場合は、グリュン飛程ＲGがマスクの厚さ（例えば、マスクの作製における電子線透過性メンブレンの厚さの設計値）の２倍となるように加速電圧Ｖaccを設定することになる。
【００４５】
規格化マスク厚と電子線透過率の関係は、本発明者らによる文献 J.Vac.Sci.Technol.B 15,2263(1997)に詳細に記載されている。図３は、この文献に記載されているＦｉｇ．７に相当するグラフであり、式（１）で示される規格化マスク厚ｔnorと電子の透過率および吸収率との関係を示している。また、１００％からそれらの和を減ずることによって反射率を得る。なお、図３から、規格化マスク厚ｔnorが０．５の場合、電子の透過率は約６０％となることがわかる。
【００４６】
規格化マスク厚ｔnorを示す式（１）において、電子ビームの加速電圧が一定の場合、膜厚ｔmが変動すると、規格化マスク厚ｔnorも変動する。規格化マスク厚ｔnorが変動すると、図３から明らかなように電子の透過率が変動する。このことから、加速電圧が一定のもとで、透過電子の強度（数）を検出して電子の透過率を求め、図３に示す関係から、得られた透過率に対応する規格化マスク厚ｔnorを得ることができる。本実施形態においては、前述のように、サブフィールド毎に透過電子と二次電子を検出して得たＩTE、αと、一のサブフィールドに照射した電子線の累積強度ＩIEから、サブフィールド毎の電子線の平均透過率ＩTE／（α・ＩIE）を求め、図３に示す電子線の透過率と規格化マスク厚の関係から、この平均透過率に対応するサブフィールド毎のメンブレン領域の平均の規格化マスク厚を得ることができる。さらには、この平均の規格化マスク厚にグリュン飛程を乗じることによりサブフィールド毎のメンブレン領域の平均の膜厚を得ることができる。
【００４７】
なお、図３に示す電子線の透過率Ｔｍ（％）と規格化マスク厚ｔnorの関係は、規格化マスク厚ｔnorが０．２以上、特に０．３以上の範囲では、例えば下記式（３）で近似することができる。
【００４８】
Ｔｍ（％）  ＝  ａ・ｔnor  ＋ｂ            （３）
（式中、ａ及びｂは定数）
上記の定数は、それぞれ、ａ＝−１２０、ｂ＝１２０に設定することができる。
【００４９】
本発明の検査方法において、転写しようとする１チップ分の或いはその数分割分の所定のパターンが複数の小領域に分割されて形成されたパターン領域をもつ散乱メンブレンマスクを検査する場合、この小領域を一照射領域として電子線を照射することが好ましい。これにより、マスクの小領域毎のメンブレン領域の平均の膜厚あるいは規格化マスク厚を得ることができ、この膜厚に関するデータを用いて後述の分割転写方式の電子線露光を行うことによって、高い寸法精度でウェハ上にパターン形成を行うことが可能になる。
【００５０】
なお、前述の検査方法において、各サブフィールドのパターン密度αは、二次電子の検出信号から画像処理によって得た実測値であったが、設計時のＣＡＤデータを元に算出した計算値を用いることもできる。但し、実際の出来上がり寸法を反映する実測値を用いた方が、より精度の高い検査結果を得ることができる。
【００５１】
また、本発明の検査方法においては、二次電子の検出信号を用いて画像処理し、通常の比較手法（ダイｔｏデータ或いはダイｔｏダイ比較手法）により、パターンの欠陥検査を同時に行ってもよい。
【００５２】
次に、本発明の電子線露光方法について説明する。
【００５３】
本発明の電子線露光方法は、散乱角制限方式による分割転写方式の電子線露光方法において、使用する散乱メンブレンマスクを前述の方法で検査してメンブレン領域の膜厚分布に関するデータを主として求め、得られたデータから露光条件を設定し、その設定した露光条件にしたがって電子線露光を行うものである。
【００５４】
分割転写方式とは、その一例を図７を用いて説明した前述のように、転写しようとする１チップ分の或いはその数分割分の所定パターンを複数の小領域に分割してこの小領域毎に部分パターンを形成したマスクを用い、この小領域毎に電子線の露光を行って所定パターンを転写する方式である。
【００５５】
また散乱角制限方式とは、その一例を図８に示す光学系を用いて説明した前述のように、散乱メンブレンマスクを用い、このマスクにより散乱される散乱電子の通過量を制限アパチャにより制御し、このマスクを透過した電子の散乱角の違いによる散乱コントラストによりパターン露光を行う方式である。
【００５６】
本発明の電子線露光方法に使用するマスクとしては、公知の散乱メンブレンマスクを用いることができ、電子線透過性の薄膜（メンブレン）上に所定の形状に電子線散乱体が積層され、この電子線散乱体が積層された散乱領域と電子線散乱体が積層されていないメンブレン領域とが所定のパターン形状に形成されたパターン領域を有するマスクであって、転写しようとする１チップ分の或いはその数分割分の所定のパターンが、複数の小領域に分割されて形成されているものを使用することができる。
【００５７】
図４に、マスクのパターン領域の例を示す概略平面図を示す。図４（ａ）において、マスクのパターン領域は、パターンが存在しない境界領域４２によって複数の正方形の小領域４１に区分され、これら小領域４１のそれぞれに、転写しようとする１チップ分の或いはその数分割分の所定のパターンを分割した部分パターンが形成されている。境界領域４２には、支持部材が設けられマスク強度が高められている。小領域４１の形状は、図４（ａ）に示すような正方形あるいは矩形に限られず、図４（ｂ）に示すような帯状であってもよい。通常、図４（ａ）に示すようにマスクの小領域が正方形や矩形の場合は、１ショットの電子線照射でマスクの一の小領域を照射し、図４（ｂ）に示すような帯状の場合は、小領域の照射幅を持つ電子ビームを小領域の長手方向に走査することにより一の小領域全体に電子線を照射する。
【００５８】
本発明に用いられる散乱メンブレンマスクは、前述のように、従来の製造法で公知の材料を用いて作製することができる。
【００５９】
本実施形態の電子線露光方法においては、まず、使用するマスクを、前述の検査方法にしたがって検査し、小領域毎のメンブレン領域の平均の膜厚を求める。その際、マスクの小領域をサブフィールドとして電子線の照射を行い、マスクの検査を行う。
【００６０】
次に、使用する電子線露光装置の制限アパーチャのアパーチャ角（Aperture angle）と設定された露光時の加速電圧における、マスク厚（使用するマスクと同じ材料からなる電子線透過性薄膜の厚さ）とアパーチャ通過率との関係を求めておき、この関係を用いて、マスクの小領域毎に得られた平均の膜厚に対応する、マスクの小領域毎のアパーチャ通過率を求める。図５に、モンテカルロシミュレーションにより求めたマスク厚とアパーチャ通過率の関係の一例（マスク材料：シリコン、アパーチャ角：２ｍｒａｄ、加速電圧Ｖacc：１００ｋＶ）を示す。図５では、マスクとしてシリコン薄膜の場合を示しているが、シリコン窒化膜等の他の電子線透過性メンブレンであっても同様な関係を得ることができる。なお、通常、電子線露光装置において、アパーチャ角θは０．５〜２．５ｍｒａｄに設定され、加速電圧は７５〜１２０ｋＶに設定される。
【００６１】
ここで、アパーチャ通過率とは、図６（ｂ）に示す光学系において、マスク照射電子数に対するウェハ上に露光された電子数の割合を示す。図６（ｂ）において、６１は開口や散乱体の形成されていないマスク（電子性透過性薄膜）、６２は第１の投影レンズ、６３は制限アパーチャ、６４は第２の投影レンズ、６５がウェハを示す。また、アパーチャ角θ（ｒａｄ）と、制限アパーチャ６３の中央部の開口の半径ｒとの関係は、マスク６１から第１の投影レンズ６２までの距離をＤとすると、ｒ≒Ｄ・θで表される。理解のため、図６（ａ）に、マスク６１としてシリコン薄膜を用いた場合のアパーチャ通過率（％）と制限アパーチャのアパーチャ角θ（mrad）との関係（加速電圧Ｖacc＝１００ｋＶ）を示す（J.Vac.Sci.Technol.B 17,No.6,2860(1999)参照）。この図から、アパーチャ角θが大きい（開口半径ｒが大きい）ほどアパーチャ通過率が大きいことがわかるが、通常、アパーチャ角θは０．５〜２．５ｍｒａｄに設定されるため、このような範囲内においてはアパーチャ角θの依存性は小さく、主にマスク厚に依存する。なお、アパーチャ角θが０のときのアパーチャ通過率は、非散乱電子のアパーチャ通過率を示す。
【００６２】
上記のように、使用する電子線露光装置の制限アパーチャのアパーチャ角θと露光時の加速電圧における、マスク厚ｔmとアパーチャ通過率Ｔａとの関係を予め求めておけば、この関係を用いてマスク厚からアパーチャ通過率を得ることができる。よって、マスク検査により得られた、マスクの各小領域のメンブレン領域の平均膜厚から、マスクの小領域毎のメンブレン領域のアパーチャ通過率ＴａSFを得ることができる。
【００６３】
次に、マスクの小領域毎に得られたアパーチャ通過率ＴａSFから、マスクの小領域毎に照射する電子線の照射時間の変調量を求める。その際、マスクの各小領域に対応するウェハ上のレジストの被転写領域間で、同一の露光量Ｄ[μＣ／ｃｍ2]が与えられるように、すなわち、マスクの一の小領域の透過電子の電流密度ＪSF[Ａ／ｃｍ2]と照射時間[ｓ]との積が一定となるように照射時間を変調する。例えば、マスクのメンブレン領域の平均膜厚が１５０ｎｍの小領域Ａに対して２倍の平均膜厚（３００ｎｍ）の小領域Ｂは、図５から、小領域Ａのアパーチャ通過率が約３０％に対して１／３のアパーチャ通過率（１０％）であることがわかる。よって、電流密度はアパーチャ通過率に比例することから、マスクの小領域Ａ及びＢにそれぞれ対応するウェハ上のレジストの被転写領域間で同一の露光量とするためには、小領域Ｂへの電子線の照射時間を小領域Ａの３倍とすればよい。
【００６４】
なお、ここでは、図５に示すように、マスク厚ｔmとアパーチャ通過率Ｔａとの関係を用いたが、加速電圧Ｖaccとマスク材料が一定であるため、式（１）よりマスク厚ｔmを規格化マスク厚ｔnorに換え、規格化マスク厚ｔnorとアパーチャ通過率Ｔａとの関係を用いてもよい。
【００６５】
以上のようにして得られた、マスクの小領域毎の電子線の照射時間の変調量にしたがって、マスクの小領域毎に電子線の露光を行って所定パターンをウェハ上のレジスト層に転写する。
【００６６】
その際、マスクの検査工程において二次電子を検出して画像処理からマスクの小領域毎のパターン密度αを得ていた場合、パターン密度αから小領域毎に最適なリフォーカス量を求め、小領域毎に最適なリフォーカス量で電子線を露光してもよい。これにより、パターンによらず常にベストフォーカスで露光が可能となり、高い解像度と寸法精度を得ることが可能となる。
【００６７】
パターン密度αから得られるマスクの小領域毎の最適なリフォーカス量は、次のようにして得ることができる。ウェハ上のビーム電流とデフォーカス量の関係は電子線露光装置固有のものであり、予め、使用する電子線露光装置にて実験的にビーム電流を変化させてビーム電流の変化に応じたデフォーカス量を求めておく。パターン密度αと電子線照射領域（サブフィールド）の面積（固定）と電流密度の積から小領域毎のビーム電流を求め、予め求めておいたビーム電流とデフォーカス量との関係から、対応する小領域毎のデフォーカス量を得、このデフォーカス量を補正するためのリフォーカス量を、予め求めておいたテーブル又は関係式から求める。その際、パターンのＣＡＤデータから得られるパターン密度を用いてもよいが、検査によって得られたパターン密度と電流密度を用いてリフォーカス量を求めることによって、より高精度な焦点補正が可能となる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の検査方法によれば、マスク作製後であっても、破壊検査をすることなく、マスク面内のメンブレン領域の膜厚分布に関するデータを容易に得ることができる。また、透過電子の検出とともに二次電子を検出し画像処理して得たパターン密度を用いることにより、より高い精度で膜厚検査を行うことができる。さらに、この二次電子の検出による画像処理により、同時に通常のパターン欠陥の検査も行うことができるため、マスク検査を効率的に行うことができる。
【００６９】
また、本発明の電子線露光方法では、使用する散乱メンブレンマスクを本発明の検査方法で測定して小領域毎のメンブレン領域の膜厚に係るデータを求め、得られたデータから露光条件を設定し、その設定した露光条件にしたがって露光行うことにより、マスク厚のバラツキにかかわらず、高い寸法精度でパターン形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検査方法における光学系の一例の概略模式図である。
【図２】本発明の検査方法における光学系の概略模式図である。
【図３】規格化マスク厚と電子線の透過率および吸収率との関係を示すグラフである。
【図４】本発明におけるマスクのパターン領域の例を示す概略平面図である。
【図５】マスク厚とアパーチャ通過率の関係の一例を示すグラフである。
【図６】アパーチャ通過率、及びアパーチャ角とアパーチャ通過率の関係を説明するための図である。
【図７】分割転写方式による電子線露光方法の一例の説明図である。
【図８】散乱角制限方式による電子線露光方法の一般的な光学系の概略模式図である。
【符号の説明】
１  二次電子検出器
２  対物レンズ
３  被検査マスク
３ａ  電子線透過性メンブレン
３ｂ  電子線散乱体
４  透過電子検出器
５  集束レンズ
６  制限アパーチャ
４１  小領域
４２  境界領域
６１  マスク
６２  第１の投影レンズ
６３  制限アパーチャ
６４  第２の投影レンズ
６５  ウェハ
１００  マスク
１００ａ  小領域
１００ｂ  境界領域
１１０  感応基板
１１０ａ  １チップ分の領域
１１０ｂ  マスクの各小領域に対応した被転写領域
ＡＸ  荷電粒子線光学系の光軸
ＥＢ  荷電粒子線
ＣＯ  クロスオーバーポイント
２０１  マスク
２０１ａ  電子線透過性メンブレン
２０１ｂ  電子線散乱体
２０２  第１の投影レンズ
２０３  制限アパーチャ
２０４  第２の投影レンズ
２０５  ウェハ
２０６  レジスト
【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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