(57)【要約】【課題】装置を大気開放すること無しに、簡便にマスクを検査することができる電子ビーム露光装置、及び電子ビーム露光装置用マスクの検査方法を提供すること。【解決手段】  ブロックパターン８ａの形状に電子ビームEBを整形するブロックマスク８と、複数のブロックパターン８ａのうちの一つに電子ビームEBを偏向する偏向器１３、１４と、ブロックパターン８ａを通った電子ビームEBをウエハ２６表面に結像させるレンズ系２１と、レンズ系２１を通った電子ビームEBの電流値を測定する電流計２７ａと、上記電流値をブロックパターン８ａの開口面積で割ることにより電子ビームEBの電流密度を算出し、更に該電流密度が基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べ、超えている場合にブロックパターン８ａに異常があると判断する制御部３０とを有する電子ビーム露光装置による。【選択図】図１
2007317863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生させる電子銃と、
複数のブロックパターンが形成され、該ブロックパターンの形状に前記電子ビームを整形するマスクと、
前記複数のブロックパターンのうちの一つに前記電子ビームを偏向する偏向器と、
前記ブロックパターンを通った前記電子ビームをウエハ表面に結像させるレンズ系と、
前記レンズ系を通った前記電子ビームの電流値を測定する電流計と、
前記電流値を前記ブロックパターンの設計時の開口面積で割ることにより前記電子ビームの電流密度を算出し、更に該電流密度が基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べ、超えている場合に前記ブロックパターンに異常があると判断する制御部と、
を有することを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項２】
前記基準値は、全ての前記ブロックパターンにおける前記電流密度の平均値であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項３】
前記基準値は、前記電流密度の過去の値であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項４】
前記マスクは、同じパターン形状の前記ブロックパターンを二以上有し、
前記制御部は、一つの前記ブロックパターンに異常が発見された場合に、前記ブロックパターンと同じパターン形状の別の前記ブロックパターンに前記電子ビームを偏向し、前記ウエハに対して露光を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項５】
(a)電子ビーム露光装置用マスクに形成された複数のブロックパターンのうちの一つに電子ビームを偏向するステップと、
(b)前記ブロックパターンを通った前記電子ビームの電流量を測定するステップと、
(c)前記電流量を前記ブロックパターンの設計時の開口面積で割ることにより、前記ブロックパターンを通った前記電子ビームの電流密度を算出するステップと、
(d)前記電流密度が基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べ、超えている場合に前記ブロックパターンに異常があると判断するステップと、
を有することを特徴とする電子ビーム露光装置用マスクの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム露光装置、及び電子ビーム露光装置用マスクの検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI等の半導体装置の製造工程で使用される露光装置には、光学的な露光装置の他に、電子ビーム露光装置がある。なかでも、ブロック電子ビーム露光装置では、繰り返しパターンよりなるブロックパターンがブロックマスクに複数形成されており、所望のブロックパターンに電子ビームを偏向することにより、半導体ウエハ上に繰り返しパターンが１ショットで露光される。このため、ブロック電子ビーム露光装置を用いた露光は、基本パターンの繰り返しを有する半導体装置、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)やFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)等のメモリの製造に適している。
【０００３】
ここで、上記のブロックマスクにパターン欠損や異物があると、ウエハに転写されるパターンに異常が発生してしまう。そこで、通常は、顕微鏡でブロックマスクのパターンを目視で検査し、この検査によってパターンに異常が無いと判断された後に、露光装置にブロックマスクを搭載する。
【０００４】
但し、露光装置に搭載する前にパターン異常が無くても、露光装置を使用していくうちに、例えば電子ビームの照射熱によってブロックマスクのパターンが欠損したり、或いはパターンが埋まったりしてしまうことがある。
【０００５】
このような露光装置の使用中に発生したパターン異常を目視で発見するには、真空状態にされている露光装置のコラムを大気開放し、露光装置から一旦ブロックマスクを外さなければならない。しかしながら、これでは、コラムを大気開放したり真空に戻したりする操作が必要で、露光装置のスループットが低下し、半導体装置の量産には不向きである。
【０００６】
そのため、ブロック電子ビーム露光装置では、装置を大気開放せずにブロックマスクのパターン異常を検出する方法が望まれる。
【０００７】
そのような方法として、例えば、ブロックマスクを透過した電子ビームでウエハ上のフォトレジストを露光し、そのフォトレジストを現像してレジストパターンを形成した後、このレジストパターンのSEM(Scanning Electron Microscope)像からブロックパターンに欠損があるかどうかを目視で検査する方法がある。
【０００８】
しかしながら、この方法では、一つのブロックマスクに形成されるブロックパターンの数が今後増えた場合に、SEM像を目視で確認する作業にかなりの工数を要することになるため、検査に時間がかかるという問題が発生してしまう。
【０００９】
また、これとは別の方法が特許文献１に開示されている。
【００１０】
特許文献１の方法では、ブロックマスクのパターンをブランキングアパーチャ板に結像させ、ブランキングアパーチャ板の開口部を通過した電子ビームを検出することにより、パターン異常を検出している。
【００１１】
しかし、この方法では、露光時にはウエハ表面に結像する電子ビームをブランキングアパーチャ板に結像させるため、電磁レンズで発生する磁場や電場の強度を露光時と異なる値にする必要があり、手間が掛かるという問題がある。
【特許文献１】特開平５−４１３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、装置を大気開放すること無しに、簡便にマスクを検査することができる電子ビーム露光装置、及び電子ビーム露光装置用マスクの検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によれば、電子ビームを発生させる電子銃と、複数のブロックパターンが形成され、該ブロックパターンの形状に前記電子ビームを整形するマスクと、前記複数のブロックパターンのうちの一つに前記電子ビームを偏向する偏向器と、前記ブロックパターンを通った前記電子ビームをウエハ表面に結像させるレンズ系と、前記レンズ系を通った前記電子ビームの電流値を測定する電流計と、前記電流値を前記ブロックパターンの設計時の開口面積で割ることにより前記電子ビームの電流密度を算出し、更に該電流密度が基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べ、越えている場合に前記ブロックパターンに異常があると判断する制御部とを有する電子ビーム露光装置が提供される。
【００１４】
また、本発明の別の観点によれば、(a)電子ビーム露光装置用マスクに形成された複数のブロックパターンのうちの一つに電子ビームを偏向するステップと、(b)前記ブロックパターンを通った前記電子ビームの電流量を測定するステップと、(c)前記電流量を前記ブロックパターンの設計時の開口面積で割ることにより、前記ブロックパターンを通った前記電子ビームの電流密度を算出するステップと、(d)前記電流密度が基準値から許容範囲を超えて外れているかどうかを調べ、外れている場合に前記ブロックパターンに異常があると判断するステップとを有する電子ビーム露光装置用マスクの検査方法が提供される。
【００１５】
次に、本発明の作用について説明する。
【００１６】
電子銃から発生した電子ビームの電流密度は、ブロックマスク上において略一様になっている。しかし、ステップ(c)で算出された電流密度が基準値よりも大きく変動している場合には、ブロックパターンに異常が発生し、ブロックパターンの開口面積が設計時と異なる値になっていると判断できる。
【００１７】
そこで、本発明では、ステップ(d)において、検査対象となる一つのブロックパターンを通った電子ビームの電流密度が基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べることにより、ブロックパターンの異常の有無を判断する。
【００１８】
この方法では、電子ビーム露光装置からブロックマスクを外す必要が無いので、装置を大気開放しなくてよい。よって、ブロックマスクの検査を終えた後に、すぐさま製品用ウエハに対する露光を行うことができ、検査に伴う電子ビーム露光装置のスループットの低下を防止することができる。
【００１９】
しかも、検査を行うとき、レンズ系における磁場の強度は、ウエハに描画を行う際と同じでよいので、特許文献１のように電磁レンズの磁場の強度を変える場合と比較して、ブロックマスクの検査に手間が掛からない。
【００２０】
更に、SEM像のような人間の視覚に頼った情報を用いず、電流密度というコンピュータ内で演算可能な量を用いて検査を行うので、人間が検査を行う場合と比較して検査に要する労力や時間を著しく削減することができる。
【００２１】
なお、ステップ(d)で使用される基準値としては、全てのブロックパターンにおける電流密度の平均値や、電流密度の過去の値を採用し得る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ブロックパターンを通った電子ビームの電流密度が基準値から許容範囲を超えて外れているかどうかにより、そのブロックパターンに異常があるかどうかを検査するので、検査のときに装置を大気開放する必要が無く、簡単に検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成図である。
【００２５】
その電子ビーム露光装置は、ブロックパターンで電子ビームEBを整形し、ウエハ上に繰り返しパターンを１ショットで露光するブロック電子ビーム露光装置であり、図示のようにコンピュータ等の制御部３０と電子光学系４０とに大別される。
【００２６】
電子光学系４０は、内部が真空に維持されたコラム３９を有し、電子銃１から発生した電子ビームEBの断面形状を矩形に整形するためのスリット４をコラム３９内に備える。スリット４を出た電子ビームEBは、第１電磁レンズ５によって集束された後、第１偏向器６を通って第２電磁レンズ７に入る。そして、その第２電磁レンズ７において、電子ビームEBが平行ビーム化される。
【００２７】
また、第２電磁レンズ７の後段には第２、第３偏向器１３、１４が設けられており、これらの偏向器によって、ブロックマスク８の所定のブロックパターン８ａに電子ビームEBが偏向させられる。
【００２８】
ブロックマスク８には、後述のように、複数のブロックエリアが確定されており、そのブロックエリアの各々に、ラインやホール等の繰り返しパターンよりなるブロックパターンが複数形成される。
【００２９】
このブロックマスク８を通過した電子ビームEBは、第４、第５偏向器１５、１６によって再び光軸Cに振り戻された後、第３電磁レンズ１７によって集束される。
【００３０】
なお、第３電磁レンズ１７の後段には、電子ビームEBの通過を制御するためのブランキング電極１８が設けられており、ウエハに電子ビームEBを描画しないときは、電子ビームEBはこのブランキング電極１８に吸収される。
【００３１】
ブランキング電極１８を通過した電子ビームEBは、第４電磁レンズ１９によって縮小された後、絞り２０に通される。その後、電子ビームEBは、主偏向器２３と副偏向器２４により偏向させられると共に、第５、第６電磁レンズ２１ａ、２１ｂで構成されるレンズ系２１によりウエハ２５表面に結像させられる。
【００３２】
そのウエハ２５は、電流測定部２７が設けられたステージ２６上に載置される。電流測定部２７は、ステージ２７のホール２６ａの内面を覆う金属箔２９を有し、金属箔２９に照射された電子ビームEBの電流量が電流計２７ａによって測定される。
【００３３】
上記した第１〜第６電磁レンズ５、７、１７、２１、２２における磁界強度や、偏向器６、１３〜１６、２３、２４における偏向量、更に電流計２７ａは、制御部３０によって制御される。
【００３４】
図２は、上記したブロックマスク８の平面図である。
【００３５】
図２に示されるように、ブロックマスク８には複数のブロックエリア８ｂが画定されており、そのブロックエリア８ｂの各々に複数（この例では１００個）のブロックパターン８ａが形成されている。ブロックパターン８ａは、ラインやホール等の繰り返しパターンよりなるが、そのパターン形状は特に限定されない。また、そのブロックパターン８ａの大きさも限定されないが、本実施形態では例えば３００μm×３００μmの正方形とする。
【００３６】
更に、このブロックマスク８は、シリコンよりなる薄い板から製造されており、その厚さは約２０μmである。
【００３７】
本実施形態では、同一のブロックエリア８ｂ内で電子ビームEBを偏向する場合にはブロックマスク８を固定したままにする。
【００３８】
一方、一つのブロックエリア８ｂから別のブロックエリア８ｂに電子ビームEBを偏向する場合には、電子ビームEBが偏向できる領域内に偏向先のブロックエリア８ｂが収まるようにマスク移動機構２８（図１参照）によりブロックマスク８を移動し、その後、電子ビームEBを偏向して目的のブロックパターン８ａを選択する。
【００３９】
図３は、この露光装置を用いた露光方法を示す模式図である。
【００４０】
図３に示されるように、スリット４で矩形に整形された電子ビームEBは、ブロックマスク８の所定のブロックパターン８ａに偏向されて、そのブロックパターン８ａを構成する繰り返しパターン（図の例ではライン）に整形される。そして、電子ビームEBは、ウエハ２５に１ショットで照射され、ウエハ２５に繰り返しパターンが露光される。本実施形態では、既述の主偏向器２３と副偏向器２４によって電子ビームEBを偏向しながら上記の操作を繰り返すことにより、所定の数の繰り返しパターンがウエハ２５に１ショットずつ露光されていく。
【００４１】
ところで、このようにして露光を行っていくと、電子ビームEBの照射熱により薄いシリコン板よりなるブロックマスク８が溶融し、使用中にブロックパターン８ａが欠損したり埋まったりすることがある。
【００４２】
このようなブロックパターン８ａの異常を検出するために、本実施形態では、次のようにしてブロックマスク８の検査を行う。
【００４３】
図４は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置用マスクの検査方法を模式的に示す図であり、図５はそのフローチャートである。なお、以下の全てのステップは、制御部４０の制御下で行われる。
【００４４】
図５の最初のステップＳ１では、図４に示すように、ブロックマスク８に形成された複数のブロックパターン８ａのうちの一つに電子ビームEBを偏向すると共に、偏向器２３と副偏向器２４により電子ビームEBを偏向し、電子ビームEBが電流測定部２７に照射されるようにする。
【００４５】
次いで、ステップＳ２に移行し、ブロックパターン８ａを通った電子ビームEBの電流量Iを測定する。この測定は、制御部３０の制御の下、電流測定部２７に接続された電流計２７ａにおいて行われる。また、その電流計２７ａの出力値は、制御部３０に設けられた不図示のメモリに格納される。
【００４６】
次に、ステップＳ３に移行して、上記の電流量Iをブロックパターン８ａの設計時の開口面積Sで割ることにより、ブロックパターン８ａを通った電子ビームEBの電流密度J（＝I／S）を算出する。この算出は、制御部３０において行われる。また、開口面積Sは、制御部３０のメモリ（不図示）に格納されているブロックパターン８ａの設計データから取得される。
【００４７】
次いで、ステップＳ４に移行し、ブロックマスク８における全てのブロックパターン８ａについて上記の電流密度Jが算出されたかどうかを判断する。
【００４８】
ここで、算出されていない（NO）と判断された場合は、ステップＳ１に移行し、電流密度Jが算出されていないブロックパターン８ａに電子ビームEBを偏向した後、ステップＳ２、Ｓ３に従いそのブロックパターン８ａの電流密度Jを算出する。
【００４９】
一方、ステップＳ４において、全てのブロックパターン８ａについて電流密度Jが算出された（YES）と判断された場合はステップＳ５に移行する。
【００５０】
ここで、電子銃１から発生した電子ビームEBの電流密度は、ブロックマスク８上において略一様になっている。しかし、ステップＳ３で算出された電流密度Jが基準値よりも大きく変動している場合には、ブロックパターン８ａに異常が発生し、ブロックパターンの開口面積が設計時と異なる値になっていると判断できる。
【００５１】
そこで、ステップＳ５では、検査対象となる一つのブロックパターン８ａについての電流密度Jが、基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べ、超えている（YES）場合にそのブロックパターン８ａに異常があると判断する。
【００５２】
本ステップで採用し得る基準値としては次の二つがある。
【００５３】
(i)電流密度Jの平均値Jmean
平均値Jmeanとは、全てのブロックパターン８ａにおける電流密度Jの平均値Jmeanを言い、各ブロックパターン８ａの各々の電流密度Jの総和をブロックパターン８ａの個数で割って得た値である。
【００５４】
(ii)電流密度Jの過去の値Jprev
過去の値Jprevとは、検査対象のブロックパターン８ａの過去の電流密度の値であり、例えば検査の前日における値である。
【００５５】
本実施形態では、これらJmeanとJprevのいずれか一方を採用する。
【００５６】
また、上記の許容範囲としては、基準値の±５％の範囲を採用する。例えば、基準値として平均値Jmeanを採用する場合は、電流密度Jが０．９５×Jmean未満又は１．０５×Jmeanよりも大きいときに、ブロックパターン８ａに異常があると判断する。基準値として過去の値Jprevを採用する場合も同様である。
【００５７】
そのステップＳ５の判断において、ブロックパターン８ａに異常がある（YES）と判断された場合は、ステップＳ６に移行し、異常が発見されたブロックパターン８ａと同じパターン形状のブロックパターン８ａが別のブロックエリア８ｂに有るかどうかが判断される。
【００５８】
そして、有る（YES）と判断された場合は、ステップＳ７に移行し、マスク移動機構２８によりその別のブロックエリア８ｂを選択する。その後、上記したステップＳ１〜Ｓ５に従ってそのブロックパターン８ａにパターン異常が無いことを確認し、このパターン８ａに電子ビームEBを偏向してウエハ２５に対して露光を行う。
【００５９】
図６は、このように同じパターン形状のブロックパターン８ａが二つ設けられたブロックマスク８の一例を示す平面図である。この例では、ハッチングで示す二つの同一のブロックエリア８ｂがブロックマスク８に画定されており、これらのブロックエリア８ｂに同じブロックパターン８ａが形成されている。
【００６０】
これに対し、ステップＳ６の判断において、同じパターン形状のブロックパターン８ａが無い（NO）場合、及びステップＳ５の判断においてブロックパターン８ａに異常が無い（NO）場合は、本実施形態に係るブロックマスクの検査を終了する。
【００６１】
以上説明した本実施形態によれば、ステップＳ５において、検査対象となる一つのブロックパターン８ａについての電流密度Jが基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べることにより、ブロックパターン８ａの異常の有無を判断する。
【００６２】
この方法では、電子ビーム露光装置からブロックマスク８を外す必要が無いので、コラム３９（図１参照）を大気開放しなくてよい。よって、ブロックマスク８の検査を終えた後に、すぐさま製品用ウエハに対する露光を行うことができ、検査に伴う電子ビーム露光装置のスループットの低下を防止することができる。
【００６３】
しかも、検査を行うとき、各電磁レンズ５、７、１７、１９、２１、２２における磁場の強度は、ウエハ２５に描画を行う際と同じでよいので、特許文献１のように電磁レンズの磁場の強度を変える場合と比較して、ブロックマスク８の検査に手間が掛からない。
【００６４】
更に、SEM像のような人間の視覚に頼った情報を用いず、電流密度というコンピュータ内で演算可能な量を用いて検査を行うので、人間が検査を行う場合と比較して、検査に要する労力や時間を著しく削減することができる。
【００６５】
以下に、本発明の特徴を付記する。
【００６６】
（付記１）  電子ビームを発生させる電子銃と、
複数のブロックパターンが形成され、該ブロックパターンの形状に前記電子ビームを整形するマスクと、
前記複数のブロックパターンのうちの一つに前記電子ビームを偏向する偏向器と、
前記ブロックパターンを通った前記電子ビームをウエハ表面に結像させるレンズ系と、
前記レンズ系を通った前記電子ビームの電流値を測定する電流計と、
前記電流値を前記ブロックパターンの設計時の開口面積で割ることにより前記電子ビームの電流密度を算出し、更に該電流密度が基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べ、超えている場合に前記ブロックパターンに異常があると判断する制御部と、
を有することを特徴とする電子ビーム露光装置。
【００６７】
（付記２）  前記基準値は、全ての前記ブロックパターンにおける前記電流密度の平均値であることを特徴とする付記１に記載の電子ビーム露光装置。
【００６８】
（付記３）  前記基準値は、前記電流密度の過去の値であることを特徴とする付記１に記載の電子ビーム露光装置。
【００６９】
（付記４）  前記マスクは、同じパターン形状の前記ブロックパターンを二以上有し、
前記制御部は、一つの前記ブロックパターンに異常が発見された場合に、前記ブロックパターンと同じパターン形状の別の前記ブロックパターンに前記電子ビームを偏向し、前記ウエハに対して露光を行うことを特徴とする付記１に記載の電子ビーム露光装置。
【００７０】
（付記５）  (a)電子ビーム露光装置用マスクに形成された複数のブロックパターンのうちの一つに電子ビームを偏向するステップと、
(b)前記ブロックパターンを通った前記電子ビームの電流量を測定するステップと、
(c)前記電流量を前記ブロックパターンの設計時の開口面積で割ることにより、前記ブロックパターンを通った前記電子ビームの電流密度を算出するステップと、
(d)前記電流密度が基準値の許容範囲を超えているかどうかを調べ、超えている場合に前記ブロックパターンに異常があると判断するステップと、
を有することを特徴とする電子ビーム露光装置用マスクの検査方法。
【００７１】
（付記６）  前記ステップ(d)における前記基準値として、全ての前記ブロックパターンにおける前記電流密度の平均値を採用することを特徴とする付記５に記載の電子ビーム露光装置用マスクの検査方法。
【００７２】
（付記７）  前記ステップ(d)における前記基準値として、前記電流密度の過去の値を採用することを特徴とする付記５に記載の電子ビーム露光装置用マスクの検査方法。
【００７３】
（付記８）  前記電子ビーム露光装置用マスクに、同じパターン形状の前記ブロックパターンを二以上設け、
前記ステップ(d)において一つのブロックパターンに異常が発見された場合に、該ブロックパターンと同じパターン形状の別の前記ブロックパターンに前記電子ビームを偏向し、ウエハに対して露光を行うことを特徴とする付記５に記載の電子ビーム露光装置用マスクの検査方法。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る電子ビーム露光装置の構成図である。
【図２】図２は、図１の電子ビーム露光装置が備えるブロックマスクの平面図である。
【図３】図３は、図１の電子ビーム露光装置を用いた露光方法を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る電子ビーム露光装置用マスクの検査方法を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る電子ビーム露光装置用マスクの検査方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態において、同じパターン形状のブロックパターンが二つ設けられたブロックマスクの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…電子銃、４…スリット、５…第１電磁レンズ、６…第１偏向器、７…第２電磁レンズ、８…ブロックマスク、８ａ…ブロックパターン、８ｂ…ブロックエリア、１３〜１６…第２〜第５偏向器、１７…第３電磁レンズ、１８…ブランキング電極、１９…第４電磁レンズ、２０…絞り、２１…レンズ系、２１ａ、２１ｂ…第５、第６電磁レンズ、２３…主偏向器、２４…副偏向器、２５…ウエハ、２６…ステージ、２７…電流測定部、２７ａ…電流計、EB…電子ビーム。
【図１】
2007317863.tif 000003
【図２】
2007317863.tif 000004
【図３】
2007317863.tif 000005
【図４】
2007317863.tif 000006
【図５】
2007317863.tif 000007
【図６】
2007317863.tif 000008