(57)【要約】【課題】実際の開口部の形状との比較を行うためあらかじめ設計データを元に擬似的なパターン画像を生成しておき、自動検査を行うものであったが、画像処理の手法を駆使して設計データから所望のパターン画像を生成しても、実際に作製されたステンシルマスクの開口部の形状とはコーナ具合やコントラスト等が完全に一致することはないため、誤検出の原因となり、検査に有用に使用するのは不可能であった。【解決手段】ステンシルマスクに対して斜め方向から線状平行光を照射し、表面反射光を撮像した撮像画像における非反射像により開口部の形状を測定することにより開口部の欠陥を検査するステンシルマスク欠陥検査方法および装置を提供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンシルマスクに対して斜め方向から線状平行光を照射し、表面反射光を撮像した撮像画像における非反射像により開口部の形状を測定することにより開口部の欠陥を検査するステンシルマスク欠陥検査方法。
【請求項２】
前記撮像が、表面反射光を拡大して結像した画像を撮像するものであること特徴とする請求項１記載のステンシルマスク欠陥検査方法。
【請求項３】
非反射像の幅が規定値を越えた場合に欠陥とすることを特徴とする請求項１または２記載のステンシルマスク欠陥検査方法。
【請求項４】
線状平行光を照射し表面反射光を撮像する光学系を、順次相対的に移動させて走査することを特徴とする請求項１から３何れか記載のステンシルマスク欠陥検査方法。
【請求項５】
ステンシルマスクを搭載してＸＹ方向に移動可能なステージ、線状平行光をステンシルマスクに対して斜め方向から照射する線状平行光照射装置と表面反射光を撮像する光学系、撮像された撮像画像を処理する画像処理手段、画像処理手段により画像処理された処理画像により欠陥判定を行う欠陥判定手段と、欠陥判定手段により欠陥判定された欠陥判定情報を出力可能な出力手段からなる請求項４記載のステンシルマスク欠陥検査方法によるステンシルマスク欠陥検査装置。
【請求項６】
欠陥判定した走査時間から欠陥の大きさや面積を算出することを特徴とする請求項５記載のステンシルマスク欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造において使用されるステンシルマスクの欠陥検査方法とその装置に関わるものである。
【０００２】
ステンシルマスク上には、荷電粒子線の通過が可能なよう、設計データに忠実に数μmもしくは１μｍ以下の各種の微小なパターンやホールなどの開口部が多数形成されおり、半導体製造の露光時にはここを荷電粒子線が通過し、ウエハ上に縮小もしくは等倍投影される。
【０００３】
このような微小なパターンが求められるステンシルマスクの製作過程では開口部の形状の欠陥検査を行って、検出された開口部の形状の欠陥の要因分析を行って工程の改善が進められる。
【０００４】
上記を経てステンシルマスクの信頼性が向上し、高精度、高密度化が進む半導体製造に寄与することができる。本発明はこのようなステンシルマスクの開口部の形状の欠陥の欠陥をするステンシルマスク欠陥検査方法とその装置を提供する。
【背景技術】
【０００５】
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利用した露光装置が用いられている。ステンシルマスクはこのような装置に搭載されて使用されるが、先述の理由によりステンシルマスク上に形成される各種パターンやホールなどの開口部の長さにおいても微小化が進んでいる。
【０００６】
このようなステンシルマスクの開口部の形状の欠陥が存在する場合、半導体製造ではウエハへの不良パターンが転写され正常な回路形成ができず、歩留まり低下の原因となってしまう。
【０００７】
そのため、ステンシルマスクの製造においてはの開口部の形状の欠陥の検査を実施し、半導体デバイスメーカに向けてステンシルマスクの品質保証を行っている。
【０００８】
従来、ステンシルマスクの開口部の形状の欠陥検査の方法としては顕微鏡を利用した目視検査が行われており、例えば、パターンのエッジ観察が良好な暗視野機能による目視検査等が行われている。
【０００９】
この方法によればステンシルマスクの開口部の形状の欠陥を広範囲にわたって比較的容易に検査することが可能である。しかし微小な開口部の形状の欠陥を検出する場合は顕微鏡の倍率を上げる必要があり、その場合には目視検査を行う視野が狭くなり非常に時間がかかるといった問題が発生する。
【００１０】
また、顕微鏡を利用した目視検査の問題としては、人手による検査のため開口部の形状の欠陥の見逃しの恐れや、作業者の能力の低下や人による検出性能のバラつき等が懸念されている。
【００１１】
目視検査によらず、レーザや白色光を使用した顕微鏡の画像処理や、光学系を工夫して特長点を検出する自動検査の方法も考案されているが、ステンシルマスクの開口部の形状の欠陥の特徴をとらえて正常な開口部の形状との峻別を行うには誤認識が避けられず、ステンシルマスクの開口部の形状の欠陥のみを抽出するのは困難であった。
【００１２】
またパターン比較方式と呼ばれる方法においては通常、ステンシルマスクには同一ステンシルマスクの開口部のパターン群が繰り返し形成されていることは無いため、比較の基準となるパターンが無いため、検査を実施することは不可能である。
【００１３】
また、設計データ比較方式と呼ばれる検査装置においては、実際の開口部の形状との比較を行うためあらかじめ設計データを元に擬似的なパターン画像を生成しておき、自動検査を行うものである。しかし、画像処理の手法を駆使して設計データから所望のパターン画像を生成しても、実際に作製されたステンシルマスクの開口部の形状とはコーナ具合やコントラスト等が完全に一致することはないため、誤検出の原因となり、検査に有用に使用するのは不可能であった。
【００１４】
特許文献は以下の通り。
【特許文献１】特開２００６−１７０９３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のように、従来のステンシルマスクの検査方法では、ステンシルマスク上の微小な開口部の形状の欠陥を目視によって検出するには非常に時間がかかり、また、レーザや顕微鏡、設計データ比較といった自動検査では誤検出、あるいは比較する基準パターンとの比較が行えないなどの問題があり、実際に利用することは困難であった。
【００１６】
上記の課題を解決するため、本発明においてはステンシルマスク欠陥検査が可能な、目視検査によらない光学式の自動検査の方法と装置を提案し、開口部の形状の欠陥を高精度に行うことが可能な方式を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１として、ステンシルマスクに対して斜め方向から線状平行光を照射し、表面反射光を撮像した撮像画像における非反射像により開口部の形状を測定することにより開口部の欠陥を検査するステンシルマスク欠陥検査方法を提供する。
【００１８】
請求項２として、前記撮像が、表面反射光を拡大して結像した画像を撮像するものであること特徴とする請求項１記載のステンシルマスク欠陥検査方法を提供する。
【００１９】
請求項３として、非反射像の幅が規定値を越えた場合に欠陥とすることを特徴とする請求項１または２記載のステンシルマスク欠陥検査方法を提供する。
【００２０】
請求項４として、線状平行光を照射し表面反射光を撮像する光学系を、順次相対的に移動させて走査することを特徴とする請求項１から３何れか記載のステンシルマスク欠陥検査方法を提供する。
【００２１】
上述においては、ステンシルマスクの開口部の形状に欠陥が存在しない場合には、その表面反射光による撮像画像の非反射画像幅の長さは設計値と同一となる。一方、ステンシルマスクの開口部の形状に欠陥が存在する場合、表面反射光による撮像画像の非反射画像幅の長さは設計値から外れることになる。
【００２２】
したがって開口部の形状に欠陥の有無を判定するためには、ステンシルマスクの少なくとも開口部が設けられている領域を全て走査し、開口部が設けられている領域から得られる表面反射光による撮像画像の非反射像の断続部の長さが設計値から外れないか比較すれば良い。
【００２３】
請求項５として、ステンシルマスクを搭載してＸＹ方向に移動可能なステージ、線状平行光をステンシルマスクに対して斜め方向から照射する線状平行光照射装置と表面反射光を撮像する光学系、撮像された撮像画像を処理する画像処理手段、画像処理手段により画像処理された処理画像により欠陥判定を行う欠陥判定手段と、欠陥判定手段により欠陥判定された欠陥判定情報を出力可能な出力手段からなる請求項４記載のステンシルマスク欠陥検査方法によるステンシルマスク欠陥検査装置を提供する。
【００２４】
上記における光学系は、例えばレーザを線状にするためにスリット、もしくはシリンドリカルレンズと対物レンズ等の集光レンズを組み合わせ、ステンシルマスク表面に対して斜め上方から表面上に焦点を結ぶように構成することで達成される。その表面では概ね数μｍ程度の幅に線状平行光を照射することができる。
【００２５】
上記における光学系においてステンシルマスク表面に対して斜めではなく、直上からレーザを照射してしまうと、マスク表面からの反射光は直上へ戻り、また観察用の光学系も通常は直上に設けるため、これらを全て分離する光学系が必要となり複雑になってしまう。このことから斜め上方からレーザを照射する光学系を用いるのが望ましい。
【００２６】
上記における光学系では、ステンシルマスクに対し斜め上方から照射したシートビームがその表面で集光し反対側へ反射するが、反射光である表面反射光による撮像画像は結像光学系の倍率と撮像素子の大きさによって任意の倍率にすることが可能である。
【００２７】
検査中、レーザによるシートビーム等の線状平行光がステンシルマスク表面を走査すると、そこに開口部の欠陥がない場合には、表面反射光による撮像画像には１本の非反射画像が得られる。すなわち、レーザのシートビーム等の線状平行光を照射する光学系に対しステンシルマスクを搭載したＸＹステージが機械的に歪みなく焦点距離が等しく保たれるように調整されていれば、非反射画像は撮像画像上の高さＬの位置で常に一定の場所に、連続する１本の線として現れることになる。
【００２８】
一方、シートビームがステンシルマスク上の開口部を走査した場合、それは表面反射光による撮像画像の非反射像に断続部があるものとしてとらえられる。
【００２９】
これは、照射部位に開口部が存在するとステンシルマスクの開口部は荷電粒子線が通過できるように貫通しているためシートビームは反射せず抜けてしまうためである。したがって開口していない領域、すなわち荷電粒子線の遮蔽部からのみ線状平行光が反射し、その表面反射光は撮像素子へと結像されることになる。
【００３０】
結果として、開口部において表面反射光による撮像画像の非反射像は連続した一直線にはならず、途中にパターン幅の分だけ断続部のある表面反射光による撮像画像の非反射像となる。
【００３１】
また、シートビームがステンシルマスク上の開口部で欠陥が存在する部分を走査すれば、表面反射光による撮像画像の非反射像の断続部は欠陥の大きさによって正常な断続部の長さよりも大、もしくは小となる。
【００３２】
請求項６として、欠陥判定した走査時間から欠陥の大きさや面積を算出することを特徴とする請求項５記載のステンシルマスク欠陥検査装置を提供する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、ステンシルマスクの開口部の形状の欠陥の検査が可能となり、検出し
た欠陥については原因分析を行い、また修正を行うことが可能となる。結果としてステンシルマスクの品質、および信頼性が向上する。また、ステンシルマスクの開口部の形状の欠陥検査を自動で行うことが可能になるため、目視検査の時に問題であった人手による異物付着や欠陥の見逃しの恐れがなくなり、歩留り向上にも貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１に検査対象となるステンシルマスクの概念平面図を示す。基本的に基材１としてはシリコンウエハ等を使用し、荷電粒子線が透過するための微細パターンからなる開口部２が形成されている。
【００３５】
図２に本発明の開口部の形状の欠陥検査の概念図を示す。レーザ３は入射側で線状平行光であるシートビーム４状に成形され、基板表面に対して斜め上方から入射する。この焦点位置７に検査対象であるステンシルマスク１がセットされ表面反射光による撮像画像の非反射像５が得られるよう、装置の機械的な調整をあらかじめ実施しておく。
【００３６】
上記においては、シートビーム４はステンシルマスク１の表面で反射し、反射光である表面反射光による撮像画像の非反射像５は設置された撮像装置である検査用のカメラ６に入射する。このとき反射側の光学系の焦点もシートビームのステンシルマスク上の焦点位置７に合わせておく。
【００３７】
図３は図２の欠陥検査による表面反射を利用した開口部の形状の欠陥検査の詳細であり、斜め上方から見た場合の概念斜視図である。ステンシルマスクの開口部８は貫通孔であるため、欠陥が無い場合には反射側では撮像画像５の表面反射しなかった非反射像９はシートビームが照射された開口部８の幅と同幅となる。
【００３８】
図４は開口部の形状の欠陥１１が存在する場合の概念図である。非反射像９の幅は開口部の幅１２の分、大、または小になる。
【００３９】
図５は先述の事例で、ステンシルマスクに開口部が存在しない時の表面反射光による撮像画像の非反射像の概念図である。ステンシルマスクを搭載したＸＹステージが機械的に歪みなく、入射側の焦点距離がウエハ上で一定に保たれるように調整されているため、得られる表面反射光による撮像画像の非反射像５は常に同一箇所に、断続の無い一直線となる。
【００４０】
図６はステンシルマスクに開口部が存在する場合の表面反射光による撮像画像の非反射像の概念図である。この場合、表面反射光による撮像画像の非反射像５がなく開口部８からの表面反射光がすべて撮像されるため、非反射像５は断続部９を持つ表面反射光が撮像された部分となる。
【００４１】
図７はステンシルマスクの開口部の形状に欠陥が存在する場合の表面反射光による撮像画像の非反射像の概念図である。この場合、表面反射光による撮像画像の非反射像５としては、開口部の形状の欠陥１１が存在するため、表面反射光が撮像された幅、すなわち非反射像の断続部９の幅は、開口部の幅１０に欠陥部の幅１２を加えた幅となる。
【００４２】
したがって、あらかじめ設計データから全パターンの表面反射光による撮像画像の非反射像の断続部の幅を求めておき、検査中は断続部の幅を監視し、設定したレベルを超えたときをパターン欠陥とし、アラームの出力を行う。
【００４３】
図８は本発明による検査装置の概念図である。ステンシルマスク１はＸＹステージ１４上へ搭載され、装置に対するステンシルマスクのアライメント動作は完了しているものと
する。
【００４４】
光学系１６は入射側に線状平行光照射装置であるレーザと、反射側には撮像装置であるカメラを包含し、形成されたシートビームがステンシルマスク１１の表面上を全面走査するよう、ＸＹステージ１４が移動する。
【００４５】
画像処理部１７においては、検査中の表面反射光による撮像画像の表面反射光以外の非反射像の監視を行う。ここでは設計パターンの幅を設定しておき、表面反射光による撮像画像の非反射像の断続部の幅に変動があった場合に電算機１８に信号を出力する。
【００４６】
電算機１８においては上記の信号の入力があった時、ステージコントローラ１５から現在の座標を記録しておく。
【００４７】
また検出された開口部の形状の欠陥においては、その欠陥の大きさを求めることが可能であり、図９はその方法の走査概念図である。
【００４８】
開口部８の形状に欠陥がある場合、照射されるレーザの表面反射光として撮像されない非反射像の断続部７は欠陥の開始部分１８から欠陥の終了部分１９へ通過することが分かる。この場合、表面反射光による撮像画像の非反射像５の断続部９の幅が刻々変化することになるが、欠陥部を通過する時間をｔとすれば、パターン欠陥１１の面積は断続部９の寸法変動１２を時間ｔで積分することで求めることができる。よって、検出した欠陥の付帯情報として記録されることが望ましい。
【００４９】
以上により検査が完了すると、電算機は記録された座標をもとにステンシルマスクの開口部の形状の欠陥マップを検査装置の表示部に出力する。
【００５０】
出力される欠陥マップにおけるパターン欠陥の座標はステンシルマスク中心、あるいはアライメントマークや特定の位置からの相対座標となっているため、自動ステージを持つ顕微鏡や装置であれば、再度の観察や分析が可能である。
【００５１】
例えば、記録された開口部の形状の欠陥の検出座標を顕微鏡装置に転送し、オペレータによる詳細な検査を行って検出された欠陥のクラス分けを行う、等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】検査対象となるステンシルマスクの概念平面図である。
【図２】開口部の形状の欠陥検査方式の概念側面図である。
【図３】本発明によるステンシルマスクの欠陥検査方法の概念斜視図である。
【図４】開口部の形状の欠陥がある場合の本発明によるステンシルマスクの欠陥検査方法の概念斜視図である。
【図５】開口部が存在しない場合の撮像した画像である。
【図６】開口部が存在する場合の撮像した画像である。
【図７】形状の欠陥が存在した部分の開口部の撮像した画像である。
【図８】ステンシルマスク欠陥検査装置の概念ブロック図である。
【図９】開口部の形状の欠陥の大きさを求めるための走査の概念図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ステンシルマスク
２  開口部
３  レーザ
４  シートビーム
５  非反射像
６  撮像用カメラ
７  焦点位置
８  開口部
９  非反射像の断続部
１０  撮像画像上の開口部の幅
１１  開口部の形状の欠陥
１２  開口部の形状のの幅
１３  ＸＹステージ
１４  ステージコントローラ
１５  断光学系
１６  画像処理部
１７  電算機
１８  表面反射光による撮像画像の非反射像の寸法変動の開始点
１９  表面反射光による撮像画像の非反射像の寸法変動の終了点
【図８】
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【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９】
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