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JP2003114200A - 多層膜マスク欠陥検査方法及び装置 - Google Patents

多層膜マスク欠陥検査方法及び装置

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JP2003114200A
JP2003114200A JP2001309981A JP2001309981A JP2003114200A JP 2003114200 A JP2003114200 A JP 2003114200A JP 2001309981 A JP2001309981 A JP 2001309981A JP 2001309981 A JP2001309981 A JP 2001309981A JP 2003114200 A JP2003114200 A JP 2003114200A
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light
mask
image
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illumination
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Toshihisa Tomie
敏尚 富江
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可視・紫外レーザーを用いる手段では検出が
困難な多層膜反射型マスク上の極微小欠陥を、高速で検
査可能とし、かつコンパクトで誰でも簡単に利用できる
光源を用いて実現することを可能とする。 【解決手段】 レーザーパルス１を照射して生成される
プラズマ光源２から発生するEUV光を、拡大照明光学系
３を用いて捕集し、その捕集された照明光４を、照明用
反射鏡５で反射させて反射型マスク６の被検査領域を照
明する。被検査領域中に欠陥があると、それにより発生
する散乱光７を、シュバルツシルト光学系８で捕集し、
２次元画像検出器９の上に拡大結像する。マスクの正常
パターンから発生する散乱光の影響を小さくして欠陥の
検出を容易にするため、角度分布制御板１０を通して結
像する。画像計測器９で得られた画像を、散乱光解析装
置１１を用いて分析し、欠陥の有無を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リソグラフィー用
多層膜マスクの微少欠陥を検査する方法及びその方法を
実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最小線幅が70nm以下の半導体素子を生産
するリソグラフィー技術として、波長13nmの極端紫外光
(EUV)を用いるEUVリソグラフィー（EUVL）が最有望視さ
れており、関連技術の開発が行われている。
【０００３】ここで開発すべき技術の一つに、転写マス
クのパターン欠陥検査技術がある。EUV光が物質中で強
く吸収されて透過レンズが作れないために、EUVLでは、
パターンの縮小転写は全て反射光学系を用いて行われ
る。EUV光に対する高い反射率を得るために、SiとMoそ
れぞれ約3nm厚さの薄膜を交互に数十対層積層させた多
層膜を、光学素子表面に蒸着する。EUVL用のマスクは、
多層膜反射鏡の上に、反射を妨げる吸収体で素子回路パ
ターンを描いた反射型マスクであり、全体の大きさは10
0mm× 100mm程度である。マスクパターン上の検出すべ
き欠陥サイズは30nm程度とされている。
【０００４】（レーザーを用いた検査技術について）こ
れまでの紫外レーザーを光源とするリソグラフィーに於
けるマスクは透過型で、レーザー光を照明光源として欠
陥検査が行われている。EUVL用の反射型マスクも、レー
ザー光による照明で行う試みがなされている。しかし、
検査すべきパターンがより微細になるだけでなく、レー
ザー光に対して、基板の多層膜とパターンの欠陥を検査
すべき吸収体との反射率が大きく変わらないために、反
射型マスクの欠陥検査は極めて困難である。その事情を
以下で詳しく述べる。
【０００５】検出すべき欠陥の反射率（透過率）を
Rdef、その面積をSdef、背景の反射率（透過率）を
Rpix、その面積をSpixと置くと、光子数密度nで照明し
たときに、欠陥がある場合の信号Idefと、ない場合の信
号Ipixの大きさは、Idef= n Rdef Sdef + n Rpix (Spix
- Sdef)、 Ipix= n Rpix Spixである。二つの信号が
十分な精度で判別出来るためには、つまり信号の大きさ
の差が、ショット雑音の標準偏差sの３倍以上になるに
は、 ｜Idef - Ipix｜ ≧ 3(Idef)1/2 + 3(Ipix)1/2 であるので、 ｜(Id)1/2 - (Ipix)1/2｜ ≧ 3 となり、 n ≧ 9 / ｜(Rdef Sdef + Rpix (Spix - Sdef) )1/2 - (Rpix Spix)1/2｜2 (nSdef) ≧ 9 /｜((Rdef + Rpix (Spix/Sdef - 1) )1/2 - (Rpix (Spix/Sde f ))1/2｜2 ・・・・（１） の光子数が必要になる。
【０００６】多層膜鏡は、可視および紫外光に対しては
金属鏡と同等であり、マスクパターンも金属であり、両
者の反射率の差は大きくない。特に、200nmn以下の遠紫
外になると物質による反射率の差が小さくなる。例え
ば、欠陥の反射率をRdef=0.54とし、背景の基板マスク
の反射率をRpix =0.39とする。検出すべき欠陥の大きさ
を30nm、背景の大きさを200nmであるとすると（１）式
から、 (n Sdef) ≧27,800 ・・・・（２） になる。
【０００７】欠陥を照明する光子数が28,000の時、100m
m ×100mm の大きさのマスクの面積は欠陥の面積Sdefの
1E13倍なので、マスク全体を照明するのに必要な光子数
は3E17個になる。１光子のエネルギーが6eVであれば、
総エネルギーは0.3 Jになる。マスク全体の検査を３時
間で終えるために、総露光時間が１時間許容されるなら
ば、マスク照射の平均パワー0.1mWの照明が必要にな
る。
【０００８】上記条件のとき、Idef=486,000 Ipix= 48
1,800であり、違いは僅か１％である。基板が、Siウエ
ハーの様に均一であれば、上記のパワーでの検査も可能
であるが、リソグラフィーのマスク上には複雑なパター
ンが形成されているので、マスクからの反射光強度が場
所により%オーダーは変動することが想定される。従っ
て、欠陥の有無の判定するには、マスクの部位による反
射光強度の変化を考慮した、複雑な処理が必要になると
同時に、欠陥からの信号がより検出しやすいように
（２）式の値より何桁か大きな数の光子数が必要にな
る。データ処理に大半の時間を割くために、露光に割り
当てられる時間を短くすると、必要な光源パワーは増加
する。実際にどれだけ大きなパワーが必要になるか、今
後の実験的検討を待つ必要があるが、ワットを越えるパ
ワーが必要になる恐れもある。
【０００９】上記（１）式で分かるように、背景の大き
さSpixを、検出すべき欠陥の大きさSdefに近づければ、
必要な光子数を減らすことが出来る。例えば、反射率の
条件は同じで、もしも背景の大きさを90nmにできれば、
(n Sdef) ≧5,700になり、必要なパワーを1/5に減らす
ことが出来る。
【００１０】しかし、光は回折限界以下には絞れないた
め、背景の大きさ、つまり照明ビームの大きさを小さく
するには、照明レーザー光の短波長化が必要である。し
かし、波長200nm以下への短波長化は容易ではない。連
続発振では、250nm以下の波長での直接発振は極めて困
難なため、266nm光の波長変換で短波長化することも試
みられているが、波長変換によるパワー低下および、波
長変換結晶の耐パワー特性などから、当面μWからサブm
W程度のパワーしか得られない。被検査面への集光ビー
ム径を小さくすることで必要なパワーを減らしても、集
光径を小さくするためのレーザー光の短波長化によって
それ以上に大幅にパワーが低下すると、集光ビーム径を
小さくしない方が良いことになる。つまり、基板とパタ
ーンの反射率コントラストが悪い波長での照明では、極
微細欠陥の検査は困難である。
【００１１】（放射光を用いた検査技術について）多層
膜の反射ピークである13nm光を用いれば、検査対象物か
らの信号と背景からの信号のコントラスト比を大きくし
て、微小欠陥の検出が容易に出来る。ただ、Rdefは小さ
いまま13nm光を使って基板の反射率Rpixを大きくする単
純な方法では、（１）式から分かるように、コントラス
ト比の大幅な改善は出来ない。コントラスト比を飛躍的
に改善するには、検査対象物からの信号を大きくして背
景からの信号を小さくすることが重要である。例えば、
欠陥の信号を生み出す反射率をRdef=0.6にして、背景の
反射率がRpix=0.001にできれば、背景の大きさが3μmと
大きくても、30nmの欠陥を検出するために必要な光子数
は、（１）式から (n Sdef) ≧1,030 ・・・・（３） になる。このとき、Idef=10,920、Ipix= 10,300であ
り、強度の差は６％もあり、欠陥の有無の判定は容易で
ある。
【００１２】先に述べたレーザーの場合、(n Sdef) ≧2
7,800と30倍もの光子数が必要であるだけでなく、欠陥
を含む領域からの信号と含まない場合の強度の差は僅か
１％であった。しかも、3μmの画素の1/200の面積しか
ない一画素200nmの場合の計算であったことに留意する
必要がある。このように、背景の信号を小さくする効果
は絶大である。
【００１３】マスク基板からの信号を小さくして欠陥の
信号の選択的な捕集を行うには、以下に説明するよう
な、鏡面反射光を遮光する暗視野観測を行えば良い。光
源と観測者の間に遮蔽板を置いた場合に観測点で観測さ
れる波動をU1とし、遮蔽板と正確に一致する開口を置い
た場合の波動をU2とし、間に何も置かない全開の場合の
波動をU0とすると、バビネ(Babinet)の原理により U1+U2=U0 が成り立つ。鏡面反射光を遮光する配置にすればU0=0で
あり、するとU1=-U2であるので、欠陥によって遮蔽され
た散乱信号の強度｜U1｜2は、欠陥と正確に一致する開
口からの通過光強度｜U2｜2と等しい。つまり、鏡面反
射光を遮光する暗視野での観測ではRpixをほぼ零で、欠
陥の散乱強度を決めるRdefは、基板マスクの反射率に等
しくなる。
【００１４】この暗視野配置での実験がYiら(Yi et a
l., J. Vac. Sci. Tech B16 (2000) 2930)によって行わ
れている。放射光からの13nm EUV光を斜入射KBミラーを
用いて2.5μm × 4μmのマイクロビームを形成し、それ
により模擬欠陥を照射し、欠陥からの散乱パターンをMC
P検出器で観測した。MCP検出器の外径は44mmで中心部に
は直径4.7mmの穴が開いており、鏡面反射光は受けず散
乱光のみを受光する。捕集立体角は0.068radだった。こ
の配置で、多層膜上に置いた60nmの欠陥が検出できたと
のことである。このように、暗視野配置の観測を行うこ
とにより、微小欠陥の検出感度が大幅に良くなり、2.5
μm ×4μmという大きな画素の中の60nmの欠陥、つま
り、面積比2800:1の微小欠陥も実際に検出できている。
【００１５】しかし、その検査速度は、1cm2の領域を検
査するのに30時間も要すると報告されている。実用上
は、100mm×100mmのマスクを２−３時間で検査すること
が求められるので、実に３桁もの高速化が必要である。
さらには、たとえ高速化が実現できたとしても、彼らが
光源として用いている放射光はとてつもなく大きな装置
であり、リソグラフィーの現場には導入できない大きさ
およびコストのため、実用装置にはなり得ない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
の問題点に鑑み、本発明では、多層膜反射型マスク上の
極微小欠陥の検査方法に関して、可視・紫外レーザーを
用いる手段では検出が困難な微小な欠陥を、放射光を用
いて試みられている上記方法による検査速度の３桁以上
の速度で検査可能な方法を提供し、しかもコンパクトな
誰でも簡単に利用できる光源を用いて実現することを目
的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、多層膜の反射ピーク波長近
傍の照明光を用いて被検査マスク上の複数画素領域を照
明し、被検査マスクで鏡面反射される照明光を遮光し
て、散乱反射される照明光を捕集して拡大結像し、得ら
れた拡大像を複数画素を有する画像検出器で観測するこ
とにより多層膜上の微小欠陥を検査することを特徴とす
る多層膜マスク欠陥検査方法としたものである。
【００１８】また、請求項２に係る発明は、ある特定の
角度分布の散乱成分を遮断して観測することを特徴とす
る請求項１記載の多層膜マスク欠陥検査方法としたもの
である。
【００１９】また、請求項３に係る発明は、輻射線を発
生させるプラズマ光源と、光源からの輻射を捕集して被
検査領域に拡大結像照明する照明光集光光学系と、被検
査領域からの散乱光を捕集して被検査領域を拡大結像す
るための、凹面鏡と凸面鏡からなるシュバルツシルト光
学系と、得られた拡大像を記録するための多数の画素数
を有する画像検出器と、得られた画像から欠陥の有無を
判定するための解析手段装置とを備えたことを特徴とす
る多層膜マスク欠陥検査装置としたものである。
【００２０】また、請求項４に係る発明は、照明光を被
検査領域に導くために、凸面鏡の背面で、且つ、シュバ
ルツシルト光学系による被検査領域からの散乱光の捕集
を妨げない場所に反射鏡を設置することを特徴とする請
求項３記載の多層膜マスク欠陥検査装置としたものであ
る。
【００２１】また、請求項５に係る発明は、特定の角度
への散乱光を遮断して観測するための散乱光捕集角度分
布制御板を備えたことを特徴とする請求項３または請求
項４記載の多層膜マスク欠陥検査装置としたものであ
る。
【００２２】本発明において上記のように構成したのは
次のような理由によるものである。即ち、暗視野観察を
行えば、極めて高いコントラスト比で欠陥の信号が検出
できるため、大きな背景の中の微小な欠陥が検出できる
のは、（１）式から明白である。暗視野のためには、多
層膜反射型マスクの反射ピークの波長の光源を用いる必
要がある。暗視野観察により大きな背景の中の微小な欠
陥が検出できることは、上記Yiらの放射光を光源とする
実験で実証されている。しかし、Yiらの方法での検査速
度は、実用上求められる速度の３桁も遅い。発明者の分
析によると、それは以下の理由による。
【００２３】先ず第１に、一度に観測するのが一画素で
あるために、一画素に割り当てられる露光時間が極めて
短くなるからである。Yiらの場合について言えば、マイ
クロビームの大きさ（＝一画素の大きさ）が2.5μm×4
μmであるので、100mm×100mmのマスク全体を検査する
には、1E9回の移動が必要になる。これを１時間で行う
ためには、１回の移動時間を３μs以下にする必要があ
る。すると、１画素の露光を３μsよりも十分短い時間
で完了させなければならないので、照明光源に極めて高
い輝度が要求される。
【００２４】第２に、一画素が大きすぎるからである。
暗視野法は高いコントラスト比が得られる観測法ではあ
るが、極めて弱いとは言え基板の不均一性に起因する散
乱光も存在するので、極微小欠陥の信号のコントラスト
比をなるべく高くするには、一画素はなるべく小さい方
がよい。
【００２５】本発明はこのような分析の下になされたも
ので、利用可能な高輝度光源で十分な光子数が供給でき
るように、一度に観測する画素数を大きくして一画素の
露光時間を長くして、また、極微小欠陥からの信号のコ
ントラスト比を高めるために、被検査領域を２次元画像
検出器に拡大結像して、一画素の大きさを小さくした観
察を行う。
【００２６】本発明では、第１に、一度に観測する画素
数を大きくするために、13nmEUV光による照射を、例え
ば、一画素500nmで1,000×1,000画素に対応する領域、
つまり0.5mm×0.5mmに一括して行い、その領域全体から
の散乱光を画像検出器に結像する。一回の検査領域をこ
の程度に大きくすると、100mm×100mmのマスク全体の検
査が、4E4回の移動で済む。これを１時間で行うとする
と、一領域の露光に0.1秒もの時間を掛けることが出来
る。露光時間が長くできるために、光源のパワーへの要
求が大きく緩和される。
【００２７】（散乱光の捕集方法について）本発明で
は、第２に、散乱光の結像を、十分に大きな拡大率をも
つ光学系で行う。例えば、受光面の大きさ25mm×25mmで
1,000×1,000の画素数の画像検出器の一画素の大きさは
25μmであるが、画像素子への結像拡大率を80倍にすれ
ば、非検査マスク上での一画素は300 nmになる。このよ
うに、非検査領域の一画素を小さくすることで、極微小
欠陥からの信号のコントラスト比が高くできる。
【００２８】例えば、マスク基板の反射率が0.6の時、
暗視野法ではRdef=0.6であり、基板マスクの粗さに由来
する背景の反射率Rpix=0.001と仮定すると、検出すべき
欠陥の大きさが30nm、一画素の大きさが300nmの時、 (n Sdef) ≧33 ・・・・（４） になる。このとき、Idef=23.3 Ipix= 3.3であり、強度
比は７倍もあり、欠陥の有無の判定は極めて容易であ
る。（３）式で述べたように、一画素が3μmの場合に
は、必要な光子数が30倍大きく、且つ信号の差は６％し
かなかった。
【００２９】大きな角度への散乱光を捕集し、且つ非検
査マスク上の観察一画素を小さくするために、本発明
は、凸面鏡と凹面鏡を組み合わせたシュバルツシルト光
学系(SO)を用いる方法を提供する。大きさ30nmの欠陥に
よる散乱（全発散角θ(sin(θ/2)=0.4 程度)）を捕集す
るために、SOの捕集開口数は、NA=0.2程度にする。凸面
鏡の背面に向かう散乱光（NA=0.2程度）は捕集結像され
ないので、鏡面反射光が遮蔽され必然的に暗視野観察に
なる。マスク上の緩やかな不均一性などに由来する散乱
角の小さな散乱成分も遮蔽されるので、欠陥からの信号
の対雑音比が向上する。
【００３０】上記SOは拡大光学系であり、被検査領域か
らの散乱光を２次元画像検出器上に拡大結像出来る。SO
の拡大率を80倍とし、画像検出器の受光面の大きさが25
mm、画素数が1,000×1,000であれば、被検査マスク上の
観察領域の大きさは0.3mmで、マスク上の検査一画素の
大きさは300nmになる。背景信号のレベルが低く画素サ
イズが大きくできる場合には、例えば、一画素を1μmに
して、マスク上の観察領域を1mmにし、拡大率を25倍に
選ぶこともある。
【００３１】一画素をどれだけ大きくできるかは、もっ
ぱら基板マスクの不均一性に起因する雑音散乱光の強度
Rpixに依存する。Rpix=0.001と小さければ、一画素を1
μmにしても、（１）式から、(n Sdef)≧130になり、I
def=207、 Ipix= 129であるから、判別は容易である。
ところが、雑音が10倍大きくRpix=0.01になると、(n S
def) ≧1064になり、Id ef=11,300、 Ipix= 10,600にな
る。7％の信号強度の違いは区別できるが、一目瞭然と
はいかず、若干の複雑な処理が必要になる。Rpix=0.01
と大きくても、一画素を0.3μmにすれば、(n Sdef) ≧1
32であり、Idef=211、 Ipix= 132であるから、判別は
容易である。基板マスクの雑音散乱光が大きいときに
は、検査の一画素を小さくする必要がある。
【００３２】（照明光源と照明方法について）本発明で
は、第３に、非検査領域の照明光源として、光源の径と
発散角の積が大きい光源を用いる。検査の迅速化には、
多数の画素領域を同時に観測することが重要で、そのた
めに広い領域を明るく照明できる光源が必要である。例
えば、非検査マスク上の検査一画素を300 nmとすると、
1,000×1,000の画素領域は0.3mm×0.3mm の大きさにな
る。なるべく明るい照明を行うには、非検査マスクを照
明する光源の集光角もなるべく大きい方が良いが、暗視
野観測を行うために、集光角には上限がある。今それを
0.1radとする。すると、照明領域の大きさと照明光の集
光角の積は、0.3mm×0.1rad になる。光学結像に於い
ては、像の大きさと発散角の積が保存されることから、
非検査マスクを照明する光源の大きさと光源からの輻射
を捕集する光学系の捕集角の積も、0.3mm×0.1rad に
等しい。パルスレーザー照射で生成されるプラズマの大
きさが50μmの場合、0.6radの捕集角になる。
【００３３】放射光の時間平均パワーは、単位立体角あ
たりでは、レーザープラズマ光源の時間平均パワーより
２−３桁大きい。しかし、放射光は発散角が1mrad程度
と小さいため、捕集光学系を用いてもパワーは増えない
が、プラズマ光源は発散光源であるため、捕集立体角を
大きくすれば捕集パワーが大きくなる。上述のように、
大きさ50μmのプラズマの場合600mradの角度まで捕集す
れば、光源面積×発散立体角の積は、放射光の3.5桁も
大きくなる。従って、一般に信じられているのと反対
に、ある程度の繰り返し率があればプラズマ光源の方
が、非検査マスクをより明るく照明することが出来る。
【００３４】被検査用の照明EUV光は、図１に例示する
ように、SOの凸面鏡の背中に多層膜反射鏡を置いて、検
査領域に導く。SOが捕集する光は凸面鏡の外径より大き
く散乱されるものであるから、凸面鏡の反対側に置く多
層膜反射鏡は、SOの結像には影響を与えない。被検査マ
スクの照明の開口数NAは、検査領域から凸面鏡を見込む
開口数が最大であるが、NA=0.1程度も可能である。照明
の開口数NAが大きいほど、被検査マスク上を明るく照明
できるが、後で述べるように光源の明るさには余裕があ
るので、NA=0.015程度に小さくすることも可能である。
【００３５】被検査用の照明EUV光の導入には、次の方
法も可能である。SOで捕集される非検査マスクからの散
乱光のパターンは、凸面鏡の影が入った中抜けドーナツ
状になっているので、その中抜け部分を利用することが
出来る。例えば、図２に示すような配置が可能である。
凹面鏡の中心の穴を抜けた中抜けドーナツ状のパターン
を、穴あきの多層膜反射鏡を用いて画像検出器に導け
ば、その多層膜反射鏡の穴を通してEUV光による検査領
域の照明が出来る。この際には、凸面鏡の中心部にも貫
通孔を開ける必要があるが、SOの結像特性には影響を与
えない。
【００３６】図２に例示する配置では、被検査マスクの
照明の開口数NAは、SOの凹面鏡の被検査マスクからの距
離と、SOで捕集されて凹面鏡を通過するときの中抜けド
ーナツ状のパターンの穴の大きさで制限され、図１に例
示した凸面鏡の背中に反射鏡を置く配置の場合より小さ
な、NA=0.05程度になってしまうが、それでも、次に述
べるように、光源の能力的には十分である。
【００３７】（光源の明るさについて）次に、光源に求
められる明るさを計算する。一画素が300nmの時、30nm
の欠陥を検出するには、（４）式にあるように、30nmの
面積に33個の光子を照明する必要がある。一画素が500n
mの時は、54個、1μmの時は130個が必要である。
【００３８】一画素を0.5μm とし、30nmの面積あたり
に54個の光子を照射するならば、100mm×100mmのマスク
全体を照明するには1E13倍、つまり、5.4E14個の光子が
必要である。マスク全体の検査の内、照明に割く時間を
0.5時間とすると、3 E11/secの光子フラックスが必要で
ある。光源の捕集、SOおよび画像検出器への反射などの
ため、合計４枚の多層膜を用いるが、それぞれが60％の
反射率だとすると、反射率の積は13％になる。従って、
光源から、2.3 E12/secの光子数が捕集できる必要があ
る。
【００３９】一度に観察する画素数を1,000×1000とす
れば、マスク上の照明領域の大きさは0.5mm×0.5mmにな
る。照明の集光角を200 mradとする。すると、光源の大
きさと捕集角の積も同じく0.5mm×200 mradであるか
ら、2.3E12/secの光子数が捕集できるためには、単位面
積、単位立体角、単位時間に放出される光子数で定義さ
れる輝度Baverageは、 Baverage=2.3 E8 photons/(sec mm2 mrad2 1%BW) ・・・・（５） 以上であることが、光源に求められる。多層膜の反射ス
ペクトルのバンド幅は2％程度であるので、スペクトル
幅1％幅あたりに必要な光子数という意味で、（５）式
では、1%BWとした。
【００４０】プラズマ光源の場合、ピーク輝度Bpeakは Bpeak=1E17 photons/(sec mm2 mrad2 1%BW) ・・・・（６） を得るのは容易である。プラズマを生成するパルスレー
ザのパルス幅を2nsとすると、１ショットでの光子数は Bpeak=2E8 photons/(shot mm2 mrad2 1%BW) ・・・・（７） になる。
【００４１】従って、10Hz程度の走査で１秒間つまり10
領域分の光子数が、１ショットの照射で得られる。プラ
ズマは100Hz以上の繰り返し率で発生することも可能で
あり、必要であれば、今後の研究開発により数kHzの高
繰り返し化も十分可能であるので、光源の明るさとして
は、3〜4桁の余裕があることになる。
【００４２】（画像読み出し速度について）画像検出器
の画素の読みだし速度について検討することにより、一
画素をどれだけ小さくできるかは、もっぱら画像処理速
度に依存することが分かる。一回に観察するマスク上の
領域の大きさを一辺0.5mmとすると、大きさ100mm×100m
mのマスク全体を検査するには、4E4回の観察が必要であ
る。マスク全面を検査するとき、画像読み出しに割ける
時間を１時間とすると、一画面を1/11秒以下で読み出す
必要がある。画像検出器の画素数を1,000×1,000とする
と、必要な読みだし速度は11MHzになる。現状の２次元
画像検出器でも10MHzの素子が存在するので画像読み出
し速度は、十分である。
【００４３】一画素の大きさを小さくするには、画像読
み出し速度を高くしなければならないが、読み出し速度
100MHzの素子の開発も困難でないと期待できるので、そ
うすると、一画素を170nmに小さくすることも可能であ
る。SOの分解能も、170nmにするのはそれほど困難では
ない。
【００４４】画像検出器に関しては、13nmEUV光に感度
が高い必要があるが、背面照射型と称されるCCDカメラ
が、EUV光に対して量子効率１に近い高感度であること
が知られており、全く問題がない。CCDカメラの一画素
の大きさは25μm程度であり、SOで50倍の拡大結像を行
えば、マスク上での一画素が0.5μmになる。
【００４５】（多層膜反射のピーク波長の角度依存の影
響について）多層膜鏡では、多くの境界面からの反射光
の干渉によって高い反射率が得られているので、反射率
がピークになる波長は、入射角に依存する。層間隔を
d、入射角をθ、反射のピーク波長をλとおくと、 d cos θ = λ ・・・・（８） の関係がある。この多層膜のピーク波長の角度依存が、
本発明においてどのような影響があるか、検討する。
【００４６】先ず、散乱光の捕集についてであるが、被
検査領域から発生する散乱光は、先ずSOの凹面鏡で反射
され、次に凸面鏡で反射されて、画像検出器に導かれる
が、凹面鏡および凸面鏡にはほぼ垂直入射する。場所に
よって入射角は数度異なるが、数度の変化であれば、次
に述べるように、殆ど問題はない。しかしもし必要であ
れば、凹凸面鏡の部位によって多層膜の層間隔を変化さ
せた蒸着を行うことで、凹凸面鏡の部位による反射ピー
クの変動を抑えることが出来る。
【００４７】次に、照明への影響を考える。なるべく明
るい照明をするためには開口数の大きな照明が好まし
い。例えば、NA=0.1の照明の場合を考える。このとき、
被検査マスクには最大 θ= 0.1radの入射角度で照明さ
れる。（８）式から、 θ= 0.1rad入射の場合の反射の
ピーク波長は、垂直入射の場合より0.5％短くなる。多
層膜の反射スペクトルのバンド幅は２％程度あるので、
このズレは、全く問題にならない。
【００４８】尚、反射のピーク波長が垂直入射の場合の
波長から１％ずれるのは、 θ= 0.14radである。万が一
に、このような大きな開口数の照明が必要になった場合
にも、斜め入射になる多層膜は被検査マスク１枚であ
り、光量低下は僅かなため、大きな問題にはならない。
【００４９】（正常パターンの散乱光の影響の除去につ
いて）マスクには回路パターンが描かれており、それに
よる散乱光も発生する。欠陥の検出を容易にするために
は、正常パターンによる散乱光の混入を出来る限り抑制
する必要がある。ある方向に長い形状を持つパターンか
らは、それと直交する方向に散乱光が発生する。回路パ
ターンにより、散乱光が発生する角度は限られる。回路
パターンが既知であれば、散乱光の発生角度も計算する
ことが出来る。その特定の角度成分が画像検出器に届か
ないようにすれば、正常パターンの散乱光の影響が除去
できる。特定の角度の光を遮断する角度マスクを作り、
例えば、SOの凹面鏡の中心穴部付近に設置すればよい。
【００５０】
【発明の実施の形態】本発明における上記のような基本
思想に基づいて、例えば図１にその概要を示す光学系に
よって本発明を実施することができる。即ち、レーザー
パルス１を照射して生成されるプラズマ光源２から発生
するEUV光を、拡大照明光学系３を用いて捕集し、その
捕集された照明光４を、照明用反射鏡５で反射させて反
射型マスク６の被検査領域を照明する。
【００５１】レーザー１のパルス幅は例えば10nsとす
る。レーザービームの集光系でほぼ決まるプラズマ２の
大きさを、例えば50μmとすると、拡大照明光学系３に
よる捕集角を0.6radとすれば、照明光４の拡大率を、例
えば6倍とすると、被検査マスク上0.3mmの大きさが開口
数NA=0.05の照明を受ける。被検査領域中に欠陥がある
と、それにより発生する散乱光７を、シュバルツシルト
光学系８で捕集し、２次元画像検出器９の上に拡大結像
する。
【００５２】欠陥の大きさが30nmであると、それによる
散乱光は0.4rad程度の広がりをもつので、その殆どを捕
集するために、シュバルツシルト光学系８の開口数を、
例えばNA=0.2とする。開口数NA=0.05の照明光の鏡面反
射は、シュバルツシルト光学系８の凸面鏡で遮断され、
大きな角度に散乱される光だけが捕集される。シュバル
ツシルト光学系８の拡大率を例えば80倍とすると、被検
査マスク上0.3mmの領域が、画像計測器９の受光面25mm
全体に転写される。画像計測器９の画素数を例えば1,00
0×1,000とすると、被検査マスク上の一画素300nmの検
査が出来る。被検査マスクが13nmEUV光用であれば、拡
大照明光学系３、反射鏡５、シュバルツシルト光学系８
にも13nmEUV光を反射する多層膜を蒸着することで、明
るい観測が出来る。
【００５３】マスクの正常パターンから発生する散乱光
の影響を小さくして欠陥の検出を容易にするため、角度
分布制御板１０を通して結像する。画像計測器９で得ら
れた画像を、散乱光解析装置１１を用いて分析し、欠陥
の有無を判定する。レーザーパルス１ショットで十分な
強度の照明が出来るはずであるが、必要であれば、複数
ショットの露光の像を画像計測器で蓄積記録する。２次
元画像計測器９の画像読み出し速度が10MHzであれば、
1,000×1,000画素の読み出しが0.1秒で完了する。被検
査マスクを移動させて、0.3mm×0.3mm の領域毎に次々
検査する。10万回の観測で100mm×100mmの大きさのマス
ク全体の走査が完了し、３時間程度で一枚のマスクの検
査が終了する。
【００５４】上述の、プラズマ生成用のレーザー１のパ
ルス幅、プラズマ光源２の大きさ、照明光学系３の捕集
角および拡大率、被検査マスク６上照明領域の大きさと
照明の開口数、シュバルツシルト光学系８の拡大率と捕
集の開口数、画像計測器９の受光面の大きさ、画素数、
画素読み出し速度、は一例を示したに過ぎず、いろいろ
な数字の組み合わせが可能である。
【００５５】図１において、レーザーパルス１、プラズ
マ光源２、および拡大照明光学系３と、被検査マスク６
およびシュバルツシルト光学系８の位置関係は、検査装
置の概念図を示すためであり実際の装置の位置関係を示
すものではなく、照明光が被検査マスクに導ける限りに
おいて、いかなる相対関係にすることも可能である。
【００５６】角度分布制御板１０は、シュバルツシルト
光学系８の直後に配置してあるが、欠陥からの散乱光が
大きくなる、例えば、凸面鏡の直前に配置することも可
能であり、その他、散乱光の光路上任意の場所に設置す
ることが可能である。
【００５７】
【発明の効果】本発明は上記の様な手段を採用すること
により、多層膜反射型マスク上の極微小欠陥を検査する
に際して、可視・紫外レーザーを用いる手段では検出が
困難な微小な欠陥を、放射光を用いて試みられている従
来の検査速度の３桁以上の速度で検査可能となる。しか
もコンパクトで誰でも簡単に利用できる光源を用いて実
現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における光学系統の模式図であ
る。
【図２】本発明の他の実施例における光学系統の模式図
である。
【符号の説明】
１ レーザーパルス ２ プラズマ光源 ３ 拡大照明光学系 ４ 照明光 ５ 照明用反射鏡 ６ 被検査マスク ７ 散乱光 ８ シュバルツシルト光学系 ９ 画像検出器 １０ 散乱光捕集角度分布制御板 １１ 散乱光解析装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多層膜の反射ピーク波長近傍の照明光を
    用いて被検査マスク上の複数画素領域を照明し、 被検査マスクで鏡面反射される照明光を遮光して、散乱
    反射される照明光を捕集して拡大結像し、 得られた拡大像を複数画素を有する画像検出器で観測す
    ることにより多層膜上の微小欠陥を検査することを特徴
    とする多層膜マスク欠陥検査方法。
  2. 【請求項２】 ある特定の角度分布の散乱成分を遮断し
    て観測することを特徴とする請求項１記載の多層膜マス
    ク欠陥検査方法。
  3. 【請求項３】 輻射線を発生させるプラズマ光源と、 光源からの輻射を捕集して被検査領域に拡大結像照明す
    る照明光集光光学系と、 被検査領域からの散乱光を捕集して被検査領域を拡大結
    像するための、凹面鏡と凸面鏡からなるシュバルツシル
    ト光学系と、 得られた拡大像を記録するための多数の画素数を有する
    画像検出器と、 得られた画像から欠陥の有無を判定するための解析手段
    装置とを備えたことを特徴とする多層膜マスク欠陥検査
    装置。
  4. 【請求項４】 照明光を被検査領域に導くために、凸面
    鏡の背面で、且つ、シュバルツシルト光学系による被検
    査領域からの散乱光の捕集を妨げない場所に反射鏡を設
    置することを特徴とする請求項３記載の多層膜マスク欠
    陥検査装置。
  5. 【請求項５】 特定の角度への散乱光を遮断して観測す
    るための散乱光捕集角度分布制御板を備えたことを特徴
    とする請求項３または請求項４記載の多層膜マスク欠陥
    検査装置。
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