(57)【要約】【課題】  疑似欠陥を発生させることなく、暗視野像の取得によりマスクの欠陥を高い感度で検出する。【解決手段】  半導体露光用マスクの欠陥の有無を検査する方法であって、マスクに任意波長の光を入射させ暗視野像を取得する光学系を用い、マスク上にて均一な暗視野像が得られる任意の一部領域をジャストフォーカス位置から離れたデフォーカス位置に配置して像を取得する。取得された一部領域の像の信号強度と、所望検査領域と一部領域の面積比を用い、所望検査領域において検出しきい値以上の信号強度を示す信号数が目標擬似欠陥数以下になるように検出しきい値を決定する。次いで、マスクをジャストフォーカス位置近傍に配置して所望検査領域の像を取得する。そして、取得された所望検査領域の像の信号強度が前記検出しきい値以上を示す信号を欠陥として判定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体露光用マスクの欠陥の有無を検査する方法であって、
前記マスクに任意波長の光を入射させて暗視野像を取得する光学系を用い、前記マスク上にて均一な暗視野像が得られる任意の一部領域をジャストフォーカス位置から離れたデフォーカス位置に配置して、前記一部領域の像を取得する工程と、
前記取得された前記一部領域の像の信号強度と、所望検査領域と前記一部領域の面積比を用い、前記所望検査領域において検出しきい値以上の信号強度を示す信号数が目標擬似欠陥数以下になるように検出しきい値を決定する工程と、
前記光学系を用い、前記マスクをジャストフォーカス位置近傍に配置して前記所望検査領域の像を取得する工程と、
前記取得された前記所望検査領域の像の信号強度が前記検出しきい値以上を示す信号を欠陥として判定する工程と、
を含むことを特徴とするマスク欠陥検査方法。
【請求項２】
前記マスクとして、極端紫外光露光用のブランクマスクを用いたことを特徴とする、請求項１記載のマスク欠陥検査方法。
【請求項３】
前記デフォーカス位置とは、波長に開口数の２乗を除算した値の５倍以上であることを特徴とする、請求項１記載のマスク欠陥検査方法。
【請求項４】
前記一部領域又は前記所望検査領域の像の信号強度として、注目する位置を中心とした領域の外側の領域における像強度の平均値をバックグラウンドとして求め、前記注目する位置を中心とした領域の像強度から前記バックグラウンドを減算した値の総和を求め、得られた総和を信号強度として代用することを特徴とする、請求項１記載のマスク欠陥検査方法。
【請求項５】
半導体露光用マスクの欠陥の有無を検査する装置であって、
前記マスクに任意波長の光を入射させて暗視野像を取得する光学系と、
前記光学系を用いて、前記マスク上にて均一な暗視野像が得られる任意の一部領域をジャストフォーカス位置から離れたデフォーカス位置に配置して、前記一部領域の像を取得する手段と、
前記取得された像の信号強度と、所望検査領域と前記一部領域の面積比を用い、前記所望検査領域において検出しきい値以上の信号強度を示す信号数が目標擬似欠陥数以下になるように検出しきい値を決定する手段と、
前記光学系を用いて、前記マスクをジャストフォーカス位置近傍に配置して所望検査領域の像を取得する手段と、
前記所望検査領域の像の信号強度が前記検出しきい値以上の強度を示す場合に欠陥と判定する手段と、
を具備したことを特微とするマスク欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体露光用マスクの欠陥検査に使用するマスクの欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光用マスクは、一般にブランクマスクに所望パターンを形成することにより作製される。例えば、ガラス基板上に遮光膜又は反射膜と吸収膜などを蒸着したブランクマスクと呼ばれるものに感光レジストを塗布し、このレジストに所望のパターンを描画した後に現像を行い、レジストをマスクにエッチングを行うことによって遮光膜などを所望のパターンの形状に加工する。このとき、ガラス基板上や各膜上又は膜中に付着物などが存在すると、遮光膜の遮光性能や反射多層膜の反射性能が劣化する。さらに、その後の現像やエッチングを阻害し、パターンが異常な形状になるなどマスクの性能を低下させる恐れがある。
【０００３】
このような問題は、特に極端紫外光の露光用マスクにおいて顕著となる。極端紫外光の露光用マスクでは、反射膜として多層膜と呼ばれる反射率の異なる２種類の層を交互に積層し、各層からの反射光の位相を揃えることによって反射率を増大させている。このため、ガラス基板上に付着物などがあった場合、その上に形成される多層膜を局所的に隆起又は陥没させ反射光の位相が乱れる傾域（位相欠陥）が発生し、露光する際にこの領域がウェハ上に転写されてしまうことになる。
【０００４】
従って、半導体露光用マスクを作製する際には、ブランクマスクの状態にて付着物や位相欠陥などが存在するかどうかを検査する必要がある。極端紫外光の露光用ブランクマスクの欠陥検査方法としては、暗視野像を検出し、予め設定していた検出しきい値以上の強度を持つ信号を欠陥として検出する方法が有望視されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７２８４９５号公報
【特許文献２】特許第３０６８６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した暗視野像を利用したマスクの欠陥検査方法にあっては、暗視野像を撮像するＣＣＤカメラに検出ノイズが存在した場合、該検出ノイズは欠陥信号と類似した信号として観察される。従って、検出しきい値を低く設定すると、微弱な欠陥信号を検出できるため高い検出感度が得られる反面、上記検出ノイズも欠陥として誤検出するという擬似欠陥と呼ばれる現象が発生し易くなる。擬似欠陥が発生すると、実欠陥と擬似欠陥の両方が検出されるため、検査後に再度検出位置に移動し、検出されたものが実欠陥か擬似欠陥かであるかを確認する作業が必要になり、検査工程にかかる労力や時間が増大する。一方、検出しきい値を高く設定し擬似欠陥が発生しにくくすると、微弱な欠陥信号を検出することができず検出感度は低くなり、本来検出するべき欠陥を見逃してしまう可能性がある。
【０００７】
本実施形態は、疑似欠陥を発生させることなく、暗視野像の取得によりマスクの欠陥を高い感度で検出することのできるマスクの欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、半導体露光用マスクの欠陥の有無を検査する方法であって、マスクに任意波長の光を入射させ暗視野像を取得する光学系を用い、マスク上にて均一な暗視野像が得られる任意の一部領域をジャストフォーカス位置から離れたデフォーカス位置に配置して像を取得する。取得された一部領域の像の信号強度と、所望検査領域と一部領域の面積比を用い、所望検査領域において検出しきい値以上の信号強度を示す信号数が目標擬似欠陥数以下になるように検出しきい値を決定する。次いで、マスクをジャストフォーカス位置近傍に配置して所望検査領域の像を取得する。そして、取得された所望検査領域の像の信号強度が前記検出しきい値以上を示す信号を欠陥として判定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に用いる暗視野光学系の一例を示す図。
【図２】第１の実施形態に係わるマスク欠陥検査方法を説明するための作業工程図。
【図３】欠陥検査を行うマスクとその暗視野像を示す図。
【図４】暗視野像における信号数分布を示す図。
【図５】第２の実施形態に係わるマスク欠陥検査方法を説明するための作業工程図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
暗視野像の取得によりブランクマスクの欠陥を検出する場合、擬似欠陥を発生させずに高い検出感度を得るためには、検出ノイズの強度を僅かに超える程度に検出しきい値を設定することが望ましい。しかし、検出ノイズの強度は、光源の強度や微弱な散乱光を発生させる原因となるブランクマスクの表面粗さなどによって変化する。従って、検査を実施する度に検査を実施するブランクマスクを用いて検出ノイズの強度を正確に把握し、適正な検出しきい値を設定することが必要である。
【００１２】
そこで実施形態では、検出ノイズの強度を正確に把握し、検出ノイズの強度を僅かに超える程度に検出しきい値を設定する技術を提案する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わるマスクの欠陥検査方法に使用した暗視野光学系の一例を示す図である。
【００１４】
極端紫外光を放出する光源１０１と、光源１０１から発せられた光を収束させマスク１０４上に照射するための楕円鏡１０２及び平面鏡１０３と、マスク１０４をＸＹＺ方向に移動可能なマスクステージ１０５と、マスク１０４によって散乱される光のうち放射角が任意角度未満の散乱光を遮蔽する遮蔽部と、遮蔽部を透過した散乱光を集光させる凹面鏡１０７と、凹面鏡１０７にて集光された光をＣＣＤ検出器１０８上に結像させると共に、遮蔽部の機能を兼ね備えた遮蔽部兼凸面鏡１０６と、ＣＣＤ検出部１０８にて検出される像を取り込み、得られた像強度から検出しきい値を算出し、検出しきい値以上の強度を示す信号を欠陥として判定するパーソナルコンピュータ１０９から構成される。
【００１５】
暗視野光学系の構成自体は、新規の構成ではなく公知の構成であり、マスク１０４に任意波長の光を入射させて暗視野像を取得できるものであればよい。従って、各部の構成は適宜変更可能である。
【００１６】
次に、本実施形態に係わるマスクの欠陥検査方法を、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００１７】
まず、前記図１の暗視野光学系を用い、図３（ａ）に示すブランクマスク３０１をマスクステージ１０５上に載せ（ステップＳ２０１）、ジャストフォーカス位置から光軸の方向に大きく離れたデフォーカス位置に移動させる（ステップＳ２０２）。この移動量はブランクマスク３０１の表面に存在する欠陥３０２がＣＣＤ検出器１０８にて結像されない程度であり、少なくとも波長λに開口数ＮＡの二乗を除算した値の５倍以上［＞（λ／ＮＡ2）×５）］が望ましい。より望ましくは、１０倍から２０倍程度である。
【００１８】
マスクステージ１０５を走査させ、ＴＤＩ（Time Delay Integration）手法を用いてブランクマスク３０１の一部領域３０３の暗視野像を連続的にＣＣＤ検出器１０８にて取得する（ステップＳ２０３）。このときに取得された像３０４を、図３（ｃ）に示す。一方、一部領域３０３をジャストフォーカス位置にて取得した像３０５を、図３（ｂ）に示す。なお、後述するジャストフォーカスでの像３０５の場合、欠陥３０２に対応する欠陥信号３０６に加えてノイズ信号３０７が存在するのに対し、デフォーカスでの像３０４では、欠陥信号が結像されないため、ノイズ信号３０８のみ残った像になる。また、像３０４は、一部領域３０３を検出器１０８の画素領域にて分割し、各画素の信号強度の集合として取得される。
【００１９】
上記のように、ブランクマスク３０１の一部領域３０３の暗視野像を、ジャストフォーカス位置から大きく離れたデフォーカス位置にて撮像する。もし、一部領域３０３に欠陥が含まれていたとしても、ジャストフォーカス位置から大きく離れているため欠陥の像は輝点にはならず、得られた像の輝点は検出ノイズのみによって発生したものになる。
【００２０】
図４に示すように、暗視野像の取得により得られた信号強度のうち、あるしきい値以上の強度を示す信号数をプロットすることにより、しきい値に対する信号数の分布４０１を得る（ステップＳ２０４）。信号数分布４０１に一部領域３０３と所望検査領域３０９の面積比を乗算することにより、所望検査領域における信号数分布４０２を得る（ステップＳ２０５）。信号数分布４０２を任意関数でフィッティング近似を行うことによって近似曲線４０３を作成する（ステップＳ２０６）。近似曲線４０３において、信号数が任意の目標擬似欠陥数４０４になる信号強度４０５を求め、これを検出しきい値として決定する（ステップＳ２０７）。ここで、目標擬似欠陥数は許容できる擬似欠陥数の期待値であり、例えば１０回の検査で１回の擬似欠陥を許容するのであれば該目標擬似欠陥数は０．１になる。
【００２１】
次に、再び前記図１の暗視野光学系を用い、マスクステージ１０５の移動によりブランクマスク３０１をジャストフォーカス位置に移動し、所望検査領域３０９の像を取得する（ステップＳ２０８）。得られた像３０５の信号が検出しきい値以上の強度を示す場合、この信号を欠陥とみなし（ステップＳ２０９）、該信号の座標を記録して検査を終了する（ステップＳ２１０）。この方法により、検出ノイズの検出数を許容できる値以下に抑えた状態で、最も高い欠陥検出感度にて検査を実施することが可能となる。
【００２２】
なお、図２のＳ２０３とＳ２０４の間と、Ｓ２０８とＳ２０９の間にて、以下のように信号強度をピーク信号強度に変換する工程を挿入し、得られたピーク信号強度をＳ２０４，２０５，２０９の信号強度として代用すると、照明光分布ムラなどの影響による信号強度の変動を小さくし、複数の画素に跨る信号の強度を正確に検出することが可能である。具体的には、画素（ｉ，ｊ）（図３（ｃ）の３１０）における信号強度をＩijとすると、座標（ｉ，ｊ）を中心とした５×５以上９×９以内の画素領域（図３（ｃ）の３１１）の信号強度の平均値を算出することによって、バックグラウンドＢを求める。そして、下記の（１）式のように座標（ｉ，ｊ）を中心とする３×３以内の画素領域３１２それぞれについて信号強度からバックグラウンドを減算した値の総和をピーク強度Ｐijとして定義する。
【数１】
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【００２３】
上記の３×３画素領域は、結像光学系の解像力やＣＣＤ検出器の電子拡散などに起因する欠陥信号の拡がりと同程度になるように決定し、バックグラウンドの５×５〜９×９画素領域は、拡がりよりも十分大きい領域によって決定する。取得された像のうち、ピーク信号強度を計算することのできない４画素幅の外周を除いた領域の全ての画素において、僧号強度Ｉijからピーク信号強度Ｐijに変換する。
【００２４】
一部領域３０３と所望検査領域３０９の面積比が大きいほど、上記計算に要する時間が短くなる一方、所望検査領域における信号数分布４０２の信頼性が低下するため、実際に発生する擬似欠陥数と目標擬似欠陥数が異なる可能性が高くなる。逆に、面積比が小さいほど、実際に発生する擬似欠陥数と目標擬似欠陥数が一致する可能性が高くなるが、上記計算に要する時間が長くなる。従って、目標とする検査所要時間や擬似欠陥数によって面積比を調整することが必要である。
【００２５】
このように本実施形態によれば、一部領域３０３の暗視野像をデフォーカス位置で取得し、取得した像の信号強度に基づいて所望検査領域３０９において検出しきい値以上の信号強度を示す信号数が目標擬似欠陥数以下になるように検出しきい値を決定することにより、検出ノイズを欠陥として検出する数を予め定めておいた許容擬似欠陥数以下に抑えた状態にて、最も検出感度の高い検出しきい値を設定することが可能になる。従って、擬似欠陥と実欠陥の同定作業が不要になるため検査時間や労力を低減できるのと同時に、装置の持つ最高の検出性能にて検査することが可能となる。
【００２６】
また、領域３０３，３０９の像の信号強度として、注目する位置３１０を中心とした領域の外側の領域３１１における像強度の平均値をバックグラウンドとして求め、位置３１０を中心とした領域３１２の像強度からバックグラウンドを減算した値の総和を求め、得られた総和を信号強度として代用することにより、照明光分布ムラなどの影響による信号強度の変動を小さくすることが可能である。
【００２７】
なお、特許文献１に記載された技術は、極端紫外光の露光用ブランクマスクの位相欠陥を検査する技術のうち最も有力な手法であり、極端紫外光をブランクマスクに照射し、ブランクマスクの暗視野像を取得するものである。ブランクマスク上に欠陥が存在しない場合はブランクマスク表面粗さに起因する僅かな散乱光のみ発生するのに対し、欠陥が存在する場合は欠陥部分から強い散乱光が発生するため、暗視野像では欠陥は輝点として観察される。
【００２８】
しかし、この特許文献１では、検出しきい値の設定を最適設定するのが難しい。検出しきい値を低く設定すると、微弱な欠陥信号を検出できるため高い検出感度が得られる反面、上記検出ノイズも欠陥として誤検出するという擬似欠陥と呼ばれる現象が発生し易くなる。一方、検出しきい値を高く設定し擬似欠陥が発生しにくくすると、微弱な欠陥信号を検出することができず検出感度は低くなり、本来検出するべき欠陥を見逃してしまう可能性がある。本実施形態では、先に説明したように検出しきい値を最適に設定することができ、検出ノイズの検出数を許容できる値以下に抑えた状態で、最も高い欠陥検出感度にて検査を実施することが可能となるのである。
【００２９】
また、特許文献２に記載された技術は、２本の対物レンズを用い、一方のレンズを用いてデフォーカスの状態で画像を取得し欠陥のない基準パターンデータを作成し、他方のレンズを用いてジャストフォーカスの状態で画像を取得し、基準パターンデータと比較することによって欠陥を検知するものである。暗視野像の取得により結果を検出する本実施形態とは構成が全く異なっている。
【００３０】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係わるマスク欠陥検査方法を説明するためのフローチャートである。
【００３１】
本実施形態で用いる暗視野光学系は、第１の実施形態で用いた図１の構成と同様であるので、省略する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、図２のＳ２０４からＳ２０７までが図５のＳ５０４に置き換わっていることである。
【００３２】
Ｓ５０１〜Ｓ５０３では、前述したＳ２０１〜Ｓ２０３と同様にして、ブランクマスク３０１をマスクステージ１０５上に載せ、デフォーカス位置に移動させた状態で、ブランクマスク３０１の一部領域３０３の暗視野像をＣＣＤ検出器１０８にて取得する。
【００３３】
Ｓ５０４では、前述したＳ２０４からＳ２０７の手法を用いて、一部領域３０３における信号強度の最大値（Ｉ）と、目標擬似欠陥数（Ｆ）と、所望検査領域３０９と一部領域３０３の面積比（Ｒ）と、検出しきい値（Ｔ）の関係式を予め求めておく。この関係式とは、実験などで得られる値を近似するなどの手法により、ある係数ｋを用いて、
【数２】
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【００３４】
のように求められる。そして、Ｓ５０４にて、上記の関係式を用い、所望検査領域３０９と一部領域３０３の面積比と、一部領域３０３における信号強度の最大値から、検出しきい値を求める。Ｓ５０５以降は、前述のＳ２０８以降と同様であり、ブランクマスク３０１をジャストフォーカス位置に移動して所望検査領域３０９の像を取得し、得られた像３０５の信号が検出しきい値以上の強度を示す場合はこの信号を欠陥とみなし、該信号の座標を記録して検査を終了する。
【００３５】
このように本実施形態によれば、信号強度の最大値（Ｉ）、目標擬似欠陥数（Ｆ）、面積比（Ｒ）、検出しきい値（Ｔ）の関係式を予め求めておくことにより、一部領域３０３の暗視野像を撮像するのみで、最適なしきい値を簡易に設定することができる。従って、第１の実施形態よりも簡便な方法にて、検出ノイズを欠陥として誤検出することなく最も検出感度の高い検出しきい値を設定することが可能になる。
【００３６】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。第１及び第２の実施形態では、ブランクマスクの検査方法について示したが、パターン付マスクに本手法を適用することも可能である。前記図２及び図５のＳ２０３，Ｓ２０４，Ｓ５０３，Ｓ５０４に記述した一部領域や、Ｓ２０５，Ｓ２０８，Ｓ２０９，Ｓ５０４，Ｓ５０５，Ｓ５０６に記述した所望検査領域を、例えばラインアンドスペースのパターンが周期的に並んだ領域などの均一なパターン領域とすることにより、第１及び第２の実施形態がパターン付マスクにおいても適用可能となる。
【００３７】
また、暗視野光学系の構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、マスクに任意波長の光を入射させて暗視野像を取得できるものであればよく、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、デフォーカスの量は、必ずしも波長λに開口数ＮＡの二乗を除算した値の５倍以上に限るものではなく、ＣＣＤ等の検出器で欠陥を解像しない程度であればよい。また、実施形態では極端紫外光露光用マスクに適用した例で説明したが、マスク全般に適用可能である。
【００３８】
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１０１…光源
１０２…楕円鏡
１０３…平面鏡
１０４…マスク
１０５…マスクステージ
１０６…遮蔽部兼凸面鏡
１０７…凹面鏡
１０８…ＣＣＤ検出器
１０９…パーソナルコンピュータ
３０１…ブランクマスク
３０２…欠陥
３０３…一部領域
３０４…一部領域のデフォーカス像
３０５…一部領域のジャストフォーカス像
３０６…欠陥信号
３０７…ノイズ信号
３０８…ノイズ信号
３０９…所望検査領域
３１０…画素（ｉ，ｊ）
３１１…座標（ｉ，ｊ）を中心とした５×５以上９×９以内の画素領域
３１２…座標（ｉ，ｊ）を中心とした３×３以内の画素領域
４０１…一部領域における信号数分布
４０２…所望検査領域における信号数分布
４０３…信号数分布４０２の近似曲線
４０４…許容擬似欠陥数
４０５…検出しきい値
【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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