(57)【要約】【課題】荷電粒子線露光用マスクのメンブレンに形成された貫通パターンのテーパ形状を非破壊的に検査する。【解決手段】メンブレン１０の裏面１０ｂ側から赤外光１７を透過照射し、表面１０ａ側で赤外カメラ５により透過光による画１４Ａ像を得る。メンブレン１０は、赤外光に透過性を有するシリコン薄膜等で構成されるため画像１４Ａには貫通テーパ４Ａの表側開口の輪郭の像１５Ａと裏側開口の輪郭の像１６Ａとが含まれる。貫通テーパ４Ａが、粒子線入射側開口が射出側開口に比べて広くなった逆テーパであるかその逆の順テーパであるかにより、画像１４Ａのコントラスト波形１８Ａのパターンが異なるため、テーパ形状の非破壊的検査ができる。また、コントラスト波形１８Ａのピーク間の幅からテーパの角度を求めることもできる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メンブレンを貫通する貫通パターンが形成された荷電粒子線露光用マスクの検査方法において、
前記メンブレンの一方の面側から前記貫通パターンに対して透過照明として赤外光を照射し、他方の面側で前記赤外光を検出する荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項２】
前記メンブレンの他方の面側に赤外カメラを配置し、顕微鏡観察下で前記赤外カメラにより前記赤外光を検出して、前記メンブレンの一方の面にある前記貫通パターンの裏側開口の画像と、他方の面にある表側開口の画像と、を得る請求項１に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項３】
前記メンブレンの他方の面側から落射照明として白色光を照射し、
前記貫通パターンの表側開口の画像を得る請求項２に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項４】
前記白色光を照射して前記表側開口の画像を得るため、暗視野照明を用いる請求項３に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項５】
前記表側開口の画像から前記表側開口の開口幅を求め、
前記裏側開口の画像から前記裏側開口の開口幅を求め、
前記表側開口の開口幅と前記裏側開口の開口幅を用いて前記貫通パターンのテーパ角度を求める請求項３または４に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法に用いられる荷電粒子線露光用マスクの検査装置において、
メンブレンを貫通する貫通パターンが形成された荷電粒子線露光用マスクの一方の面側から前記貫通パターンに対して赤外光を照射する赤外光源と、
前記荷電粒子線露光用マスクの他方の面側に設けられ、前記赤外光を検出する赤外カメラと、を備える荷電粒子線露光用マスクの検査装置。
【請求項７】
前記赤外光源と前記赤外カメラとを備える顕微鏡装置と、
前記赤外カメラで検出された前記赤外光により描かれる、前記メンブレンの一方の面にある前記貫通パターンの裏側開口の画像および他方の面にある表側開口の画像の画像処理を行う画像処理ユニットと、を含む請求項６に記載の荷電粒子露光用マスクの検査装置。
【請求項８】
請求項１から５のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法により検査された荷電粒子線用マスクにおいて、
基板と、
前記基板の一方の面側に形成されたメンブレンと、を備え、
前記メンブレンは、赤外光に対する透過性を有する材料で構成され、一方の面から他方の面に貫通する貫通パターンが形成され、
前記貫通パターンの向かい合う一対の開口のうち前記メンブレンの一方の面にある裏側開口の径は、前記メンブレンの他方の面にある表側開口の径と実質的に同じか大きくされている荷電粒子線用マスク。
【請求項９】
メンブレンを貫通する貫通パターンが形成された荷電粒子線露光用マスクの製造方法において、
請求項１から５のいずれかに記載の検査方法により前記貫通パターンのテーパを検査する検査工程を含む荷電粒子線露光用マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造において使用される荷電粒子線露光用マスクの貫通パターンの検査方法、検査装置および該方法により検査された荷電粒子宣露光用マスクとその製造方法に関し、特に、貫通パターンのテーパ角度の検査方法、装置および該方法で検査されたマスクとその製造方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化が進み、例えば露光工程においてはより微細なパターン形成が可能な荷電粒子線を使った露光装置が用いられている。荷電粒子線露光用マスクはこのような装置において使用されるものである。
【０００３】
荷電粒子線露光用マスクは、その基材としてシリコンウエハ、あるいはシリコン製の多層構造の基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ基板、「ＳＯＩ基板」）等を用い、その片側面にメンブレンと呼ばれる薄膜形成部が設けられる。メンブレンは数μｍ〜数１０μｍ程度の厚さで、半導体の回路に対応するよう、数μｍもしくは１μｍ以下の各種微小なパターンやホールが薄膜形成部を貫通するように多数、形成される。
【０００４】
半導体製造においては、上述のマスク上に荷電粒子線を照射する。照射された荷電粒子線のうち、メンブレンに形成されているパターンやホール(以下、これらを総称して「貫通パターン」と称する)を通過した荷電粒子線のみがレジストに照射され、レジストを塗布したウエハ上に所望の回路パターンとして縮小、もしくは等倍で転写露光される。
【０００５】
このような半導体製造においては、メンブレンに形成されている貫通パターン通りにウエハ上に所望のパターンが転写露光されるのが望ましい。しかし、例えばマスクに歪みがあると、位置ずれを生じ所望のパターンが転写露光されない。そこで、マスクパターンの正確な転写を妨げる要因となる歪みの有無等を検査する種々のマスク検査が行われている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−２１６５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、マスクパターン通りに転写露光するためには、マスク上に照射した荷電粒子線が貫通パターン通りにマスクを通過することが望ましい。貫通パターンがメンブレンの表面から裏面に向かって垂直な孔であれば、マスク上に照射した荷電粒子線は貫通パターン通りにマスクを通過する。
【０００７】
ここで、貫通パターンはシリコンウエハのような基板上に形成されたメンブレンに対し、リソグラフィ技術とエッチング技術を用いて形成される。このため、貫通パターンは、必ずしもメンブレンの面方向に垂直な孔になるとは限らず、メンブレンの表面側の開口または裏面側の開口の一方が他方より大きいテーパ形状になる場合がある。
【０００８】
ここで、貫通パターンのテーパ形状について、荷電粒子線の入射側（メンブレン表面側）の開口径に比べ射出側（メンブレン裏面側）の開口径が小さい場合を順テーパ、大きい場合を逆テーパとする。図４および図５は、メンブレン１０の一部断面模式図であり、図４は逆テーパ形状の貫通パターン４Ａの断面形状を示し、図５は順テーパ形状の貫通パターン４Ｂの断面形状を示す。
【０００９】
図４に示すように、逆テーパ形状の貫通パターン４Ａは、メンブレン表面１０ａ側の開口径が裏面１０ｂ側の開口径より小さく、その内壁は粒子線２０Ａの進行方向に向かって広くなる。逆テーパ形状の貫通パターン４Ａの場合、表面１０ａ側から照射された荷電粒子線２０Ａのうち、表面１０ａ側開口を通過しない粒子線は表面１０ａ側開口で遮光される。一方、表面１０ａ側開口を通過した粒子線２０Ｂは貫通パターン４Ａの内壁に阻まれることなくまっすぐ進む。
【００１０】
これに対し、図５に示すように順テーパ形状の貫通パターン４Ｂは、メンブレン裏面１０ｂ側の開口径が表面１０ａ側の開口径より小さく、その内壁は粒子線の進行方向に向かって狭くなる。このため、表面１０ａ側から照射された荷電粒子線のうち表面１０ａ側開口を通過した粒子線の一部は、狭まった貫通パターン４Ｂの内壁にぶつかって不必要に反射、あるいは散乱を生じる。この結果、順テーパ形状の貫通パターン４Ｂの内壁にぶつかって曲った粒子線２０Ｃがウエハ上に到達し、所望のパターンが形成されず、微細回路の不良原因になってしまう。
【００１１】
このため、あらかじめ貫通パターンのテーパ形状を検査する必要があった。貫通パターンのテーパ形状の検査法としては、電子顕微鏡（ＳＥＭ）により断面を観察する方法がある。しかし、ＳＥＭで観察する方法は、荷電粒子線露光用マスクのメンブレンについて断面出しを行う破壊検査であるため、製品からの抜き取り検査は不可能であった。
【００１２】
また、断面観察を行うために、微小な貫通パターンに正確に位置を合わせして断面出しをすることは極めて困難である。さらに、貫通パターンは数μｍ〜数１０μｍの薄膜状のメンブレンに形成されているため、断面を出す際に割れてしまう可能性がある。そのため、ベアウエハに同様のパターンを形成して代用とする必要があるが、断面形状は貫通パターンとは厳密には異なり、事実上不可能であった。
【００１３】
上述のような課題に対し、本発明においては荷電粒子線露光用マスクの貫通パターンのテーパ角度について、非破壊で検査する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に係る発明によれば、メンブレンを貫通する貫通パターンが形成された荷電粒子線露光用マスクの検査方法において、前記メンブレンの一方の面側から前記貫通パターンに対して透過照明として赤外光を照射し、他方の面側で前記赤外光を検出する荷電粒子線露光用マスクの検査方法が提供される。
【００１５】
本発明では、ＳＯＩ基板のようなＳｉ系基板を基材とし、この基板の一方の面にパターン形成されたメンブレンを有する荷電粒子線用マスクを検査対象とする。メンブレンは、赤外光に対して透過性がある材料（例えばシリコン薄膜）で構成され、このメンブレンを貫通する貫通パターンが形成されている。
【００１６】
Ｓｉは荷電粒子線露光用マスクの基材として一般に用いられるが、赤外光はＳｉに対して透過性があり、特に数μｍ〜数１０μｍの厚さの薄膜状のメンブレンにおいて赤外光は透過観察される。そして、赤外光がメンブレンを透過する際、貫通パターンのテーパ形状によって赤外光の透過パターンが異なる。このため、メンブレンの一方の側から赤外光を透過照明として照射し、メンブレンの他方の側で透過した赤外光を検出することで、貫通パターンのテーパ形状を非破壊的に検査できる。
【００１７】
本発明の請求項２に係る発明によれば、前記他方の面側に赤外カメラを配置し、顕微鏡観察下で前記赤外カメラにより前記赤外光を検出して、前記メンブレンの一方の面にある前記貫通パターンの裏側開口の画像と、他方の面にある表側開口の画像と、を得る請求項１に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項３に係る発明によれば、前記メンブレンの他方の面側から落射照明として白色光を照射し、前記貫通パターンの表側開口の画像を得る請求項２に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法が提供される。
【００１９】
白色光を落射照明として照射すれば貫通パターンの表側開口だけの画像が得られる。そして、白色光の照射により得られた表側開口の画像と、赤外光照射により得られた画像を合成処理すれば、より鮮明で正確な画像が得られる。
【００２０】
本発明の請求項４に係る発明によれば、前記白色光を照射して前記表側開口の画像を得るため、暗視野照明を用いる請求項３に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法が提供される。
【００２１】
白色光照射により表側開口の画像を得る際、暗視野照明を用いれば表面観察がより容易で鮮明な画像が得られる。
【００２２】
本発明の請求項５に係る発明によれば、前記表側開口の画像から前記表側開口の開口幅を求め、前記裏側開口の画像から前記裏側開口の開口幅を求め、前記表側開口の開口幅と、前記裏側開口の開口幅を用いて前記貫通パターンのテーパ角度を求める請求項３または４に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法が提供される。
【００２３】
本発明によれば、貫通パターンの表側開口と裏側開口それぞれの幅を求めることができるため、両者の差とメンブレン厚さからテーパ角度を計算することができる。よって、テーパ形状が順テーパであってもパターン描画精度に悪影響を与えない程度か否かを判断することもできる。
【００２４】
本発明の請求項６に係る発明によれば、請求項１から５のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法に用いられる荷電粒子線露光用マスクの検査装置において、メンブレンを貫通する貫通パターンが形成された荷電粒子線露光用マスクの一方の面側から前記貫通パターンに対して赤外光を照射する赤外光源と、前記荷電粒子線露光用マスクの他方の面側に設けられ、前記赤外光を検出する赤外カメラと、を備える荷電粒子線露光用マスクの検査装置が提供される。
【００２５】
本発明の請求項７に係る発明によれば、前記赤外光源と前記赤外カメラとを備える顕微鏡装置と、前記赤外カメラで検出された前記赤外光により描かれる、前記メンブレンの一方の面にある前記貫通パターンの裏側開口の画像および表側開口の画像の画像処理を行う画像処理ユニットと、を含む請求項６に記載の荷電粒子露光用マスクの検査装置が提供される。
【００２６】
本発明の請求項８に係る発明によれば、請求項１から５のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法により検査された荷電粒子線用マスクにおいて、基板と、前記基板の一方の面側に形成されたメンブレンと、を備え、前記メンブレンは、赤外光に対する透過性を有する材料で構成され、一方の面から他方の面に貫通する貫通パターンが形成され、前記貫通パターンの向かい合う一対の開口のうち前記メンブレンの一方の面にある裏側開口の径は、前記メンブレンの他方の面にある表側開口の径と実質的に同じか大きくされている荷電粒子線用マスクが提供される。
【００２７】
本発明の請求項９に係る発明によれば、メンブレンを貫通する貫通パターンが形成された荷電粒子線露光用マスクの製造方法において、請求項１から５のいずれかに記載の検査方法により前記貫通パターンのテーパを検査する検査工程を含む荷電粒子線露光用マスクの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、荷電粒子線露光用マスクのメンブレンに形成された微小な貫通パターンを非破壊的に検査できる。具体的には、本発明によれば貫通パターンがほぼ垂直な孔か、逆テーパ形状であることが容易に確認できる。よって、本発明で検査されたマスクを半導体製造で使用すれば、照射した粒子線が貫通パターンの内壁で乱反射して転写露光されることを防止でき、半導体の回路配線の品質向上と製品の歩留まり向上、性能向上に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明について詳しく説明する。同一部材については同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。
【００３０】
図１は本発明の一実施形態に係る荷電粒子線露光用マスク１のメンブレン１０に形成された貫通パターンのテーパ角度の検査に用いられる検査装置３の概略図である。検査装置３は、顕微鏡装置７、画像処理ユニット１２、および演算処理ユニット１３を含む。顕微鏡装置７は、赤外光を照射する赤外光源８と、白色光を照射する白色光源６と、対物レンズ９と、赤外カメラ５と、を備え、マスク１を載置するステージ１１が設けられている。赤外光源８は、透過照明として検査対象下方から赤外光を照射するようにステージ１１を挟んで対物レンズ９と反対側に設置されている。一方、白色光源６は、落射照明として検査対象斜め上から白色光を照射するように、対物レンズ９側に設置されている。
【００３１】
マスク１は、ＳＯＩのような基板上にシリコン薄膜のように赤外線透過性を有するメンブレン１０が形成された構成とされている。マスク１の使用時には、メンブレン１０の向かい合う面のうち基板に近い側の面を裏側、その反対の面を表側とし、表側から裏側へ向かって粒子線が照射される。
【００３２】
このようなマスク１の検査に際しては、メンブレン１０の表面１０ａ側が対物レンズ９と向かい合うように裏面１０ｂをステージ１１上に載せる。このようにして検査対象のマスク１をステージ１１へロードした後、マスク１上にあらかじめ形成されているマーク（図示せず）を使用してアライメントを行う。その後、所望の貫通パターン座標へのステージ移動と焦点合わせを行う動作を行い、その都度、次に説明する手順で画像取得を行う。
【００３３】
図２は、マスク１に形成された逆テーパの貫通パターン（ホール）４Ａの検査方法の概念図であり、最上段は本発明方法により取得される貫通パターン４Ａの画像１４Ａ、中段は最上段の画像１４ＡのＸ−Ｘ線に示す部分に相当する部分におけるコントラスト波形１８Ａ、最下段は画像１４ＡのＸ−Ｘ線に示す部分に相当する部分でのマスク１の断面を示す。
【００３４】
図２最下段に示すように、ステージ１１上に載置されたマスク１の貫通パターン４Ａに向かって裏面１０ｂ側から赤外光１７を照射する。赤外光源８から照射され貫通パターン４Ａを通って表面１０ａ側に達した赤外光１７は、対物レンズ９で拡大され赤外カメラ５で捕捉される。赤外カメラ５が捕らえた像は画像処理ユニット１２で処理することで図２最上段に示すような画像１４Ａを得る。画像処理ユニット１２では、貫通パターン４Ａの表面側開口および裏面側開口それぞれの輪郭を鮮明にする画像処理を行えばよく、例えばノイズ処理や平滑化等のフィルタリング処理、またはエッジ強調が挙げられる。
【００３５】
得られた画像１４Ａにおいて、貫通パターン４Ａが赤外光１７の入射側から射出側に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状である場合、表面１０ａ側開口の輪郭は貫通パターン４Ａをまっすぐ進んだ平面波による像（表側輪郭像）１５Ａとして得られる。一方、裏面１０ｂ側開口の輪郭は、赤外光１７が貫通パターン４Ａを通過する際に狭くなった内壁にぶつかることで生じる光波に干渉される結果、若干弱い像（裏側輪郭像）１６Ａとなる。よって、画像１４Ａのコントラスト波形１８Ａでは、裏側開口の輪郭を示すピークは表側開口の輪郭を示すピークに比べて小さくなる（図２中段参照）。
【００３６】
これに対し、貫通パターンが順テーパ形状である場合、表側開口の輪郭を示すピークと裏側開口の輪郭を示すピークはほぼ同じ強度となる。以下、図３を用いて説明する。図３は、マスク１に形成された順テーパの貫通パターン（ホール）４Ｂの検査方法の概念図であり、最上段は本発明方法により取得される貫通パターン４Ｂの画像１４Ｂ、中段は、画像１４ＢのＹ−Ｙ線に示す部分に相当する部分におけるコントラスト波形１８Ｂ、最下段は画像１４ＢのＹ−Ｙ線に示す部分に相当する部分でのマスク１の断面を示す。
【００３７】
貫通パターン４Ｂが赤外光１７の入射側から射出側に向かって幅が広くなる順テーパ形状である場合、表面１０ａ側開口の輪郭および裏面１０ｂ側開口の輪郭はともに貫通パターン４Ｂをまっすぐ進んだ平面波が描く像として得られる。よって、コントラスト波形１８Ｂでは、表側輪郭像１５Ｂの輪郭を示すピークと、裏側輪郭像１６Ｂの輪郭を示すピークとは図３中段に示すようにピーク強度はほぼ同じとなる。
【００３８】
このように、本発明によれば、マスク１の一方の側である裏側から他方の側である表側に赤外光を照射し、裏側で赤外光を補足して描かれる画像のコントラスト波形のパターンから、貫通パターンが順テーパであるか逆テーパであるかを判断できる。
【００３９】
さらに、テーパ角度も求めることができる。以下、図３を参照してテーパ角度を求める手順を説明する。テーパ角度を求める際には、メンブレン１０の厚さＨを求める。また、前述した手順で取得した画像１４Ｂの濃度のピーク検出を行い、図３中段に示すようなコントラスト波形１８Ｂを得る。コントラスト波形１８Ｂには、表側開口の輪郭１５Ｂに対応した一対のピークがあり、このピーク間の距離が表面側開口の幅２０Ｂに相当する。また、コントラスト波形１８Ｂには裏側開口の輪郭１６Ｂに対応した一対のピークもあり、このピーク間の距離は裏側開口の幅１９Ｂに相当する。よって、表側開口の幅２０Ｂと表側開口の幅１９Ｂとメンブレン１０厚さＨを求めれば、次式に従い、テーパ角度Ａが算出できる。
【００４０】
（テーパ角度算出式）
ｔａｎ（Ａ−（π／２））＝（（２０Ｂ−１９Ｂ）／２）／Ｈ
【００４１】
図２に示す逆テーパの貫通パターン４Ａについては、表側開口の開口幅は１９Ａ、裏側開口の開口幅は２０Ａで、上記計算式の２０Ｂを２０Ａとし、１９Ｂを１９Ａとすれば同様にテーパの角度を求めることができる。
【００４２】
検査装置３においては、上記式がプログラムされた電算機が演算処理ユニット１３として配置され、テーパ角度が算出される。
【００４３】
また、検査装置３は、白色光源６を対物レンズ９側に備える。このため、白色光源６から白色光を落射照明として照射し、メンブレン１０の表面１０ａ側の開口の画像を得ることができる。白色光の照射により得られた表面側開口の画像は、透過照明として赤外光を照射することにより得られた表面側開口の画像と合わせることで、より正確な表面側開口の輪郭を得ることができる。なお、白色光を照射する場合は、絞り（図示せず）で対物レンズ９に入る光を制限して暗視野照明での観察を行うとよい。
【００４４】
このような検査を経ることで、メンブレンに形成された貫通パターンのうち、パターン制度描写に悪影響を与える順テーパ形状のものが特定される。よって、このような検査に合格したマスクは、順テーパ形状の貫通パターンが排除され、貫通パターンの表側開口の径は裏側開口の径とほぼ同じか、それより小さいものとなっている。
【００４５】
上記検査方法は、マスクの製造工程の中に組み込み、貫通パターンの孔（または溝）の形状がパターン描写の精度に悪影響を与えるものを不良として除外する工程とすれば、高品質のマスクが製造できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、半導体製造に用いられる荷電粒子線露光用マスクの製造や品質検査に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る検査に用いる検査装置の概略図。
【図２】逆テーパ形状の貫通パターンの検査方法を示す概念図。
【図３】順テーパ形状の貫通パターンの検査方法を示す概念図。
【図４】逆テーパ形状の貫通パターンに粒子線を照射した場合の概念図。
【図５】順テーパ形状の貫通パターンに粒子線を照射した場合の概念図。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・・荷電粒子線露光用マスク
３・・・・検査装置
４Ａ、４Ｂ・・・貫通パターン
５・・・・赤外カメラ
６・・・・白色光源
７・・・・顕微鏡装置
８・・・・赤外光源
９・・・・対物レンズ
１０・・・メンブレン
１１・・・ステージ
１２・・・画像処理ユニット
１３・・・演算処理ユニット
【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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