JP2004071867A - How to measure the amount of mask attached - Google Patents
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Abstract
【課題】マスクを介して荷電粒子線を被照射体に照射するためのマスクに付着したコンタミネーション物質の付着量を定量的にかつ簡便に測定する方法を提供する。
【解決手段】本方法では、ステンシルマスクを使ってウエハに対する電子線の照射を所定回数行った後、マスクステージ28を移動して、ステンシルマスク26を電子光学系の光軸中心からずらして表面電位計プローブ32の下に移動させる。次いで、ステンシルマスクの表面電位を測定する。電子ビーム照射の前後でステンシルマスクの表面電子を測定し、表面電位の差を比較することにより、ステンシルマスクに付着するコンタミネーションの付着量を検出する。予め、コンタミネーション物質の付着層の限界厚さTth、及びコンタミネーション物質の付着層の限界厚さTthと限界表面電位Vthとの相関関係を予め実験等により確立し、次いで測定した表面電位が限界表面電位Vth未満であれば、ステンシルマスク26のコンタミネーション物質の付着量は許容量以下であることが判る。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide a method for quantitatively and easily measuring the amount of a contaminant attached to a mask for irradiating a charged particle beam to an object through a mask.
In the method, after a wafer is irradiated with an electron beam a predetermined number of times using a stencil mask, a mask stage is moved, and the stencil mask is shifted from the optical axis center of the electron optical system to change the surface potential. It is moved below the meter probe 32. Next, the surface potential of the stencil mask is measured. The surface electrons of the stencil mask are measured before and after the electron beam irradiation, and the difference in surface potential is compared to detect the amount of contamination attached to the stencil mask. In advance, the limit thickness Tth of the adhesion layer of the contamination substance and the correlation between the limit thickness Tth of the adhesion layer of the contamination substance and the limit surface potential Vth are previously established by experiments or the like, and then the measured surface potential is limited. If the surface potential is lower than Vth, it can be seen that the amount of the contaminant attached to the stencil mask 26 is equal to or less than the allowable amount.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク付着量の測定方法に関し、更に詳細には、マスクを介して荷電粒子線を被照射体に照射するためのマスクに付着したコンタミネーション物質の付着量を定量的にかつ簡便に測定する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
次世代の微細線幅のパターンを形成するための露光装置として、例えば低エネルギー電子ビームの等倍近接露光によりパターンを形成する露光方法が開発されつつある。
等倍近接露光では、ウエハ上に形成するパターンと等倍のパターンを有するマスクを使用する。マスクは、レジスト膜で被覆されたウエハから上方約50μmというウエハに極めて近接した位置に配置されており、また、例えば100nm以下の極微細パターンを形成するためには、マスクにも同じく100nm以下の極微細パターンを形成する必要がある。
【0003】
等倍近接露光装置の一例として、例えばLEEPL(Low Energy E−beam Proximity Projection Lithography)を上げることができる。ここで、図4を参照して、LEEPLを例にして等倍近接電子線露光装置の構成を説明する。図4はLEEPLシステムの構成を示す模式図である。
LEEPLシステム10は、等倍近接電子線露光装置の一つであって、図4に示すように、電子ビームBを出射する電子銃12、電子ビームBの広がりを制限するアパーチャー14、電子ビームBを平行なビームにするコンデンサレンズ16、対として構成されている主偏向器のセット18、20、及び電子ビームの微調整を行う対の副偏向器22、24を有する。
また、LEEPLシステム10は、副偏向器24の下方にステンシルマスク26を保持するマスクステージ28を有し、更にステンシルマスク26下に近接してウエハWを保持し、X及びY方向に移動するウエハステージ30を有する。
【0004】
主偏向器のセット18、20は、電子ビームBが平行なままでラスターまたはベクトル走査モードの何れかで、且つステンシルマスク26に垂直に入射するように偏向させる機能を有する。
ウエハWは、ステンシルマスク26の下方に間隔Dだけ(D=約50μm)離隔してウエハステージ30上に載置される。
【0005】
電子銃12から発せられた電子線Bは、主偏向器のセット18、20及び副偏向器22、24により所定の偏向制御を加えられた後、ステンシルマスク26を通過し、ウエハW上に塗布されたレジスト膜に到達する。
電子線は、ステンシルマスク26に設けられている回路パターンと等倍の開口パターン以外の領域を通過することができないので、開口パターンを通過した電子線のみが回路パターンの形状をレジスト膜に潜像として転写する。
【0006】
現在リソグラフィーの主流となっている、波長248nmのフッ化クリプトン(KrF)レーザーや波長193nmのフッ化アルゴン(ArF)レーザーを用いたいわゆるフォトリソグラフィーと比較して、電子線の波長は数nmと短いので、電子線露光では、パターン寸法の微細化が可能である。
また、ステンシルマスクを露光用マスクとして使用して等倍近接露光することにより、従来の電子線による直接描画法と比較して、高スループット化が実現できる。
【0007】
ところで、LEEPLに代表される等倍近接露光方式では、上述のように、マスクがウエハから約50μmの位置に近接して配置されるために、パターン描画時にウエハ上のレジスト膜から発生したパーティクル状の炭素系汚染物質が、マスクに付着する確率がウエハから離隔して配置するマスクに比べて高い。
そして、半導体装置の製造用原版となるこれらマスクにパーティクルが付着してマスク欠陥を形成すると、マスク欠陥は、このマスクを用いてパターニングされた全ての半導体装置に欠陥となって転写される。半導体装置に転写された欠陥が、半導体装置の性能に影響を与えるような欠陥であるならば、その半導体装置は不良品となる。
そのため、通常は、製造用原版となるマスクは、全て、炭素系汚染物質等の異物がマスク欠陥として付着していないかどうか検査することが必要である。
【0008】
また、半導体装置の微細化が進むにつれ、問題となる欠陥の大きさも微細なものになってきている。特に、上述のLEEPL等に代表される電子線等倍露光やX線等倍露光では、マスクのパターンサイズは、半導体装置のパターンサイズと同じであるから、例えばパターンサイズと同じ100nm以下の欠陥も問題になる。
【0009】
電子線でマスクを照射し続けると、上述のように、マスク上の電子線照射領域にコンタミネーション物質が付着する。コンタミネーション物質は、主として炭化水素系の有機化合物であって、コンタミネーション物質の付着は、パターン露光時に露光済みパターンの寸法変動を引き起こす。
露光済みパターンの寸法変動は、コンタミネーション物質の付着により、マスク上のパターン開口寸法が狭くなり、開口部を透過する電子数が減少してしまうことや、コンタミネーション物質によりマスクが帯電することに、その原因がある。
従って、露光後のパターン寸法変動が生じる以前に、コンタミネーション物質を除去することが必要であって、そのためには、コンタミネーション物質付着量を定量的かつ、簡便に測定する方法が必要である。
【0010】
コンタミネーション物質のマスク付着量の測定方法として、従来から、例えばAFM等の触針式段差計を使用し、コンタミネーション物質の付着層の厚みを測定するという方法が知られている。
また、露光後のパターン寸法の変動量から、露光に使ったステンシルマスクに付着したコンタミネーション物質を算出するという方法もある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のコンタミネーション物質の付着量の測定方法には、以下のような問題があった。
触針式段差計を使用する方法については、第1には、プローブ針が付着層に接触することによるパターン崩壊の危険が伴うことから、実用化が難しいという問題である。
第2には、コンタミネーション物質の付着層の厚さ測定のためには専用の装置を使用しなければならないので、コストが嵩むという問題であり、また、スループットの向上が難しいという問題である。
第3には、コンタミネーション物質の付着量測定に際し、測定対象のマスクを一度真空容器内から取り出す必要があるために、取り出したマスクに大気中の微粒子が付着してしまい、コンタミネーション物質の付着量を正確に測定することが難しいという問題である。
【0012】
また、露光後のパターン寸法の変動量からコンタミネーション物質の付着量を測定するという方法には、コンタミネーション物質の付着量の定量化が困難であるばかりか、露光済みウエハには所望のサイズのパターンが形成されないことから、露光済みウエハが無駄になってしまうという問題がある。
【0013】
以上のように、従来のコンタミネーション物質の付着量の測定方法には、満足すべきものは今のところ見当たらない。
そこで、本発明の目的は、マスクを介して荷電粒子線を被照射体に照射するためのマスクに付着したコンタミネーション物質の付着量を定量的にかつ簡便に測定する方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、コンタミネーション物質のステンシルマスクへの付着量を測定する方法を開発するに当たり、コンタミネーション物質の帯電性に着目した。
即ち、ステンシルマスク表面に付着したコンタミネーション物質は、一般に、正または負に帯電している。そして、コンタミネーション物質が付着している領域の表面電位は、付着していない領域の表面電位に比べて、識別できるほど高い。
【0015】
コンタミネーション物質を誘電体、ステンシルマスクの電子線照射部の電位をアース電位と想定したとき、帯電によりコンタミネーション物質の表面に誘起される電位Vは、次のように表すことができる。
V=(dQ)/(χε0S)
ここで、dはコンタミネーション物質の付着層の厚み、Qはコンタミネーション物質表面の電荷、χはコンタミネーション物質の比誘電率、ε0は真空中の誘電率、Sはコンタミネーション物質の付着面積である。
【0016】
例えば、d=30nm、Q=4.8×10−5C、χ=3.0、S=1.6×10−3m2とすると、表面電位Vは33.9Vとなる。この値は、一般的な表面電位計で、十分測定可能な値である。
つまり、コンタミネーション物質の付着層の表面電位を表面電位計で測定することにより、コンタミネーション付着層の厚さを測定することができる。
【0017】
従って、コンタミネーション物質の付着層の限界厚さTth、及びコンタミネーション物質の付着層の層厚が限界厚さTthのときの表面電位を限界表面電位Vthとして、限界表面電位Vthを予め実験等により求めておき、次いで測定した表面電位が限界表面電位Vth未満であれば、ステンシルマスク26のコンタミネーション物質の付着量は許容量以下であることが判る。
ここで、コンタミネーション物資の付着層の限界厚さTthとは、コンタミネーション物質の付着層の厚さが限界厚さTth以上になると、ステンシルマスク26を介して電子線の近接等倍露光を行ったとき、パターン寸法変動量が許容値を超える厚さである。また、パターン寸法変動量が許容値を超える厚さより薄い付着層の層厚を限界厚さTthとしても良い。
【0018】
上記目的を達成するために、本発明に係るマスク付着量の測定方法は、マスクを介して荷電粒子線を被照射体に照射するためのマスクに付着したコンタミネーション物質の付着量を測定する方法であって、
マスクの表面電位とコンタミネーション物質のマスク付着量との相関関係を確立する第1の工程と、
荷電粒子線の照射を中止してマスクの表面電位を表面電位計で測定し、測定した表面電位に基づいて前記相関関係に従ってマスクのコンタミネーション物質の付着量を算出する第2の工程と
を有することを特徴としている。
【0019】
本発明方法では、予め実験等により確立した、マスクの表面電位とコンタミネーション物質のマスク付着量との相関関係に従って、測定したマスクの表面電位に基づいてマスクのコンタミネーション物質の付着量を定量的に、かつ簡便に測定することができる。
また、コンタミネーション物質の付着量を表面電位計により非接触式で測定できるので、測定対象のマスクのパターンが測定により破壊されるようなことが生じない。
更には、表面電位計のプローブは、通常、露光装置の真空容器内に収納可能な大きさであるから、真空容器内でマスクのコンタミネーション物質の付着量を測定することがでできる。従って、従来のように、マスクを大気に曝す必要がないので、大気中のコンタミネーション物質がマスクに付着して、付着量の測定に誤差が生じるようなことがない。
【0020】
本発明方法の好適な実施態様の第2の工程では、表面電位計に対してマスクを移動させつつ、マスクの表面電位を測定する。
これにより、マスク全面にわたり、つまりマスクの荷電粒子線照射面及び非照射面の区別無く、表面電位を測定し、マスク全域のコンタミネーション物質の付着量の分布を定量的に測定することができる。
【0021】
本発明方法の好適な実施態様の第1の工程では、コンタミネーション物質の付着層の許容層厚である限界層厚Tth、及びコンタミネーション物質の付着層の層厚がTthのときの表面電位Vth(以下、限界表面電位と言う)を求め、
第2の工程では、測定した表面電位が限界表面電位Vth未満であれば、マスクのコンタミネーション物質の付着量は許容量以下であるとする。
限界層厚Tthは、コンタミネーション物質の付着層の層厚が限界層厚Tth以上のときには、荷電粒子線の照射結果に支障が生じる付着層の膜厚を言う。例えば、荷電粒子線の露光によりパターンを形成する際には、付着層の層厚が限界層厚Tth以上のときには、形成したパターンの形状精度が許容値以下になるような、付着層の膜厚を言う。但し、限界層厚Tthとして、許容層厚以下の薄い層厚を設定するのは自由である。
【0022】
本発明方法の更に好適な実施態様では、荷電粒子線の露光装置により所定枚数のウエハを露光する際、
第1の工程では、限界表面電位Vthに加えて、露光時に1枚のウエハを露光した際にマスクに帯電するウエハ一枚当たりの帯電量Vc を求め、
第2に工程では、ウエハの露光枚数が所定枚数に達したかどうか確認し、未だ、所定枚数に達していないときには、露光済みウエハを荷電粒子線の露光装置からアンロードした後、マスクの表面電位Vを測定するステップを有し、
表面電位VとVth−Vc との大小を比較し、Vth−Vc >Vであれば、ウエハの露光を繰り返し、Vth−Vc ≦Vであれば、マスクを洗浄し、再びマスクの表面電位Vを測定するステップに戻る。
【0023】
本発明方法を適用する際、荷電粒子線の照射装置は、荷電粒子線を被照射体に照射する装置である限り制約は無く、露光装置、走査型電子顕微鏡、欠陥検査装置、欠陥修正装置等に好適に適用できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例1
本実施形態例は本発明に係るマスクの付着量の測定方法をLEEPLで使用するステンシルマスクに適用した実施形態の一例であって、図1は本実施形態例の方法によりマスクの付着量を測定する方法を説明する模式図である。
本実施形態例では、ステンシルマスクを使って所定枚数のウエハに電子線の照射を行った後、図1に示すように、マスクステージ28を移動して、ステンシルマスク26を電子光学系の光軸からずらして表面電位計プローブ32の下に移動させる。
次いで、表面電位計プローブ32を介してステンシルマスク26のメンブレン側の表面電位を表面電位計34で測定する。
電子ビーム照射の前後でステンシルマスク26の表面電子を測定し、表面電位の差を比較することにより、ステンシルマスク26に付着するコンタミネーションの付着量を検出する。
【0025】
本実施形態例では、予め、コンタミネーション物質の付着層の限界厚さTth、及びコンタミネーション物質の付着層の限界厚さTthと限界表面電位Vthとの相関関係を予め実験等により確立し、次いで測定した表面電位が限界表面電位Vth未満であれば、ステンシルマスク26のコンタミネーション物質の付着量は許容量以下であることが判る。
ここで、コンタミネーション物資の付着層の限界厚さTthとは、コンタミネーション物質の付着層の厚さが限界厚さTth以上になると、ステンシルマスク26を介して電子線の近接等倍露光を行ったとき、パターン寸法変動量が許容値を超える厚さである。
【0026】
実施形態例2
本実施形態例は本発明に係るマスクの付着量の測定方法をLEEPLで使用するステンシルマスクに適用した実施形態の別の例であって、図2は本実施形態例の方法によりマスクの付着量を測定する方法を説明する模式図である。
本実施形態例では、ステンシルマスクを使って所定枚数のウエハに電子線の照射を行った後、図2に示すように、マスクステージ28を移動して、ステンシルマスク26を電子光学系の光軸中心からずらして表面電位計プローブ32の下に移動させる。
本実施形態例では、マスクステージ28を移動させつつ、順次、表面電位計プローブ32を介してステンシルマスク26のメンブレン側の表面電位を表面電位計34で測定する。
【0027】
電子ビーム照射の前後でステンシルマスク26の表面電子を測定し、表面電位の差を比較することにより、ステンシルマスク26に付着するコンタミネーションの付着量を検出する。
本実施形態例では、図2に示すように、マスクステージ28を移動させながらステンシルマスク26の表面電位を測定するので、ステンシルマスク26の電子ビーム照射部と未照射部の表面電位を測定することが容易である。電子ビーム照射部と未照射部の表面電位の表面電位の値を比較することにより、コンタミネーション物質の付着の有無及び付着量を検出することができる。
【0028】
実施形態例3
本実施形態例は本発明に係るマスクの付着量の測定方法をLEEPLで使用するステンシルマスクに適用した実施形態の別の例であって、図3は本実施形態例の方法によりマスクの付着量を測定する際の手順を説明するフローチャートである。
先ず、ステップS1 で、予め、電子線露光装置を使ってステンシルマスクを介して評価用ウエハを露光して、コンタミネーション物質の付着量、すなわち付着層の層厚とステンシルマスクの表面電位との相関関係、或いは表面電位と露光後のレジスト寸法の変動との相関関係を実験により明らかにする。
ステップS1 で評価用ウエハの露光を繰り返した後、ステップS2 では、露光後のレジストパターンの寸法に影響する限界表面電位Vth、及び露光時に1枚のウエハを露光した際にステンシルマスク26に帯電する帯電量Vc を求める。
【0029】
ステップS3 で、露光対象のウエハを電子線露光装置にロードする。
ステップS4 で、ステンシルマスクを介してウエハにパターン露光する。
ステップS5 で、ウエハの露光枚数が所定枚数に達したかどうか確認する。所定枚数に達したときには、ステップS6 に移行してパターン露光を終了する。未だ、所定枚数に達していないときには、ステップS7 に移行して、露光済みウエハを電子線露光装置からアンロードする。
【0030】
本実施形態例では、ステンシルマスクを使って露光工程を実施している途中で、例えばウエハをアンロードする毎に、ステップS8 でステンシルマスクの表面電位Vを測定する。
また、ステップS1 で、ステンシルマスクのコンタミネーション物質の付着層の厚さとステンシルマスクの表面電位との関係を確立しておくことにより、ステップS8 で測定した表面電位Vに基づいて、コンタミネーション物質の付着層の厚さを検出することができる。
【0031】
ステップS9 で、表面電位VとVth−Vc との大小を比較する。Vth−Vc >Vであれば、ステップS3 に戻り、ウエハの露光を繰り返す。また、Vth−Vc ≦Vであれば、ステップS10に移行してステンシルマスクを洗浄し、次いでステップS8 に戻り、ステンシルマスクの表面電位Vを測定する。
ステップS8 で測定した表面電位VがVth−Vc 以上であった場合、次の露光時にウエハを露光する途中で、表面電位がVthを超えてしまい、パターンの転写に悪い影響が生じる。そこで、表面電位がVth−Vc 以上であった場合、ウエハの露光を中断し、マスクを洗浄する等のコンタミネーション除去を行う。
【0032】
本実施形態例では、露光に悪影響を生じさせる状態までコンタミネーション物質が付着したマスクの使用を未然に防止できるので、コンタミネーション物質の付着に起因する露光パターンの不良を防止することができる。
また、コンタミネーション物質の付着量の測定を露光装置内で行うことができるので、マスクのロードおよびアンロードの作業が不要となる。このため、露光におけるスループットの向上が期待できる。
【0033】
【発明の効果】
本発明方法によれば、従来のAFM等の触針式測定装置とは異なり、マスクの表面電位を表面電位計で測定し、測定した表面電位に基づいて相関関係に従ってマスクのコンタミネーション物質の付着量を算出する、いわゆる非接触でのコンタミネーション物質付着量測定ができる。
よって、測定対象のマスクのパターンが測定により破壊されるようなことが生じない。
また、本発明方法で使用する表面電位計のプローブは、露光装置の真空容器内に収納可能な大きさであるから、真空容器内でマスクのコンタミネーション物質の付着量を測定することがでできる。従って、マスクを大気に曝す必要がないので、従来のように、大気中のコンタミネーション物質がマスクに付着して、付着量の測定に誤差が生じるようなことがない。更には、測定毎に測定対象のマスクを真空容器から取り出すことや、これに伴う真空引き等の作業が不要になるので、露光のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1の方法によりマスクの付着量を測定する方法を説明する模式図である。
【図2】実施形態例2の方法によりマスクの付着量を測定する方法を説明する模式図である。
【図3】実施形態例3の方法によりマスクの付着量を測定する際の手順を示すフローチャートである。
【図4】LEEPLシステムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
10……LEEPLシステム、12……電子銃、14……アパーチャー14、16……コンデンサレンズ、18、20……主偏向器、22、24……副偏向器、26……ステンシルマスク、28……マスクステージ、30……ウエハステージ、32……表面電位計プローブ、34……表面電位計。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring the amount of attached mask, and more particularly, to quantitatively and easily determine the amount of attached contaminant attached to a mask for irradiating a charged particle beam to an irradiation target via the mask. It relates to a method of measuring.
[0002]
[Prior art]
As an exposure apparatus for forming a next-generation pattern having a fine line width, an exposure method for forming a pattern by, for example, equal-size proximity exposure of a low-energy electron beam is being developed.
In the equal-size proximity exposure, a mask having a pattern of the same size as the pattern formed on the wafer is used. The mask is arranged at a position very close to the wafer about 50 μm above the wafer covered with the resist film. For example, in order to form an extremely fine pattern of 100 nm or less, the mask is also 100 nm or less. It is necessary to form an extremely fine pattern.
[0003]
As an example of the 1: 1 proximity exposure apparatus, for example, LEEPL (Low Energy E-beam Proximity Projection Lithography) can be used. Here, with reference to FIG. 4, the configuration of a 1: 1 proximity electron beam exposure apparatus will be described using LEEPL as an example. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the LEEPL system.
The LEEPL system 10 is one of the same-size proximity electron beam exposure apparatuses, and includes an electron gun 12 for emitting an electron beam B, an aperture 14 for limiting the spread of the electron beam B, and an electron beam B as shown in FIG. Has a condenser lens 16 for making the beam parallel, a set of
Further, the LEEPL system 10 has a mask stage 28 for holding a stencil mask 26 below the
[0004]
The sets of
The wafer W is mounted on the wafer stage 30 below the stencil mask 26 at a distance D (D = about 50 μm).
[0005]
The electron beam B emitted from the electron gun 12 is subjected to predetermined deflection control by a set of
Since the electron beam cannot pass through an area other than the opening pattern which is the same size as the circuit pattern provided on the stencil mask 26, only the electron beam passing through the opening pattern changes the shape of the circuit pattern into a latent image on the resist film. Transcribe as
[0006]
Compared to the so-called photolithography using a krypton fluoride (KrF) laser with a wavelength of 248 nm or an argon fluoride (ArF) laser with a wavelength of 193 nm, the wavelength of an electron beam is as short as several nm. Therefore, in electron beam exposure, the pattern size can be reduced.
In addition, by performing close proximity exposure using a stencil mask as an exposure mask, higher throughput can be realized as compared with a conventional direct writing method using an electron beam.
[0007]
By the way, in the 1: 1 proximity exposure method represented by LEEPL, as described above, since the mask is arranged close to the position of about 50 μm from the wafer, particles generated from the resist film on the wafer at the time of pattern drawing are formed. Is more likely to adhere to the mask as compared to a mask arranged at a distance from the wafer.
Then, when particles adhere to these masks serving as a master for manufacturing a semiconductor device to form a mask defect, the mask defect is transferred as a defect to all semiconductor devices patterned using this mask. If the defect transferred to the semiconductor device is a defect that affects the performance of the semiconductor device, the semiconductor device is defective.
For this reason, it is usually necessary to inspect all the masks used as the original masters for foreign substances such as carbon-based contaminants as mask defects.
[0008]
Further, as the miniaturization of the semiconductor device progresses, the size of the problematic defect also becomes finer. In particular, in the electron beam equal-magnification exposure and X-ray equal-magnification exposure typified by the above-described LEEPL and the like, the pattern size of the mask is the same as the pattern size of the semiconductor device. It becomes a problem.
[0009]
When the mask is continuously irradiated with the electron beam, as described above, the contamination substance adheres to the electron beam irradiation area on the mask. The contamination substance is mainly a hydrocarbon-based organic compound, and the adhesion of the contamination substance causes a dimensional change of the exposed pattern at the time of pattern exposure.
Variations in the dimensions of the exposed pattern are caused by the contaminant adhering, which reduces the size of the pattern opening on the mask, reducing the number of electrons transmitted through the opening, and charging the mask with the contaminant. , There is a cause.
Therefore, it is necessary to remove the contaminant before the pattern dimension variation after exposure occurs, and for that purpose, a method for quantitatively and easily measuring the amount of the contaminant adhering is required.
[0010]
2. Description of the Related Art As a method of measuring the amount of a mask attached to a contamination substance, a method of measuring the thickness of an adhesion layer of the contamination substance using a stylus type step meter such as an AFM has been conventionally known.
There is also a method of calculating a contamination substance attached to a stencil mask used for exposure from a variation amount of a pattern dimension after exposure.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method of measuring the amount of the contaminant attached has the following problems.
The first problem with the method using the stylus-type step gauge is that it is difficult to put the probe into practical use because there is a risk of pattern collapse due to the probe needle coming into contact with the adhesion layer.
Second, a dedicated device must be used to measure the thickness of the contaminant-adhered layer, which increases the cost and makes it difficult to improve the throughput.
Thirdly, since the mask to be measured must be removed from the vacuum chamber once when measuring the amount of the contaminant attached, fine particles in the air adhere to the removed mask, and the contaminant adheres. The problem is that it is difficult to measure the amount accurately.
[0012]
In addition, in the method of measuring the amount of the contaminant attached from the variation in the pattern dimension after exposure, it is not only difficult to quantify the amount of the contaminant adhered, but also the exposed wafer having a desired size is required. Since the pattern is not formed, there is a problem that the exposed wafer is wasted.
[0013]
As described above, no satisfactory method has yet been found for the conventional methods for measuring the amount of deposition of the contamination substance.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for quantitatively and easily measuring the amount of a contaminant attached to a mask for irradiating an irradiation target with a charged particle beam through the mask. .
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor paid attention to the chargeability of the contamination substance when developing a method for measuring the amount of the contamination substance adhered to the stencil mask.
That is, the contamination substance attached to the stencil mask surface is generally positively or negatively charged. The surface potential of the region to which the contamination substance is attached is higher than the surface potential of the region to which the contamination substance is not attached so that it can be identified.
[0015]
Assuming that the contamination material is a dielectric and the potential of the electron beam irradiation part of the stencil mask is a ground potential, the potential V induced on the surface of the contamination material by charging can be expressed as follows.
V = (dQ) / (χε 0 S)
Here, d is the thickness of the contaminant adhering layer, Q is the charge on the surface of the contaminant, χ is the relative permittivity of the contaminant, ε 0 is the permittivity in a vacuum, and S is the adhering area of the contaminant. It is.
[0016]
For example, when d = 30 nm, Q = 4.8 × 10 −5 C, χ = 3.0, and S = 1.6 × 10 −3 m 2 , the surface potential V becomes 33.9 V. This value is a value that can be sufficiently measured by a general surface electrometer.
In other words, the thickness of the contamination adhesion layer can be measured by measuring the surface potential of the contamination adhesion layer with a surface voltmeter.
[0017]
Therefore, the critical thickness Tth of the adhesion layer of the contamination substance and the surface potential when the thickness of the contamination layer of the contamination substance is the critical thickness Tth are defined as the critical surface potential Vth. If the measured surface potential is lower than the limit surface potential Vth, it can be understood that the amount of the contaminant attached to the stencil mask 26 is not more than the allowable amount.
Here, the critical thickness Tth of the contaminant adhesion layer is defined as: When the thickness of the contaminant adhesion layer is equal to or greater than the critical thickness Tth, close-to-one-size exposure of an electron beam through the stencil mask 26 is performed. When the pattern size variation exceeds the allowable value. Further, the thickness of the adhesion layer that is thinner than the thickness where the pattern dimension variation exceeds the allowable value may be used as the limit thickness Tth.
[0018]
In order to achieve the above object, a method for measuring a mask adhesion amount according to the present invention includes a method for measuring an adhesion amount of a contamination substance attached to a mask for irradiating a charged particle beam to an irradiation target through the mask. And
A first step of establishing a correlation between the surface potential of the mask and the amount of the contamination substance attached to the mask;
Stopping the irradiation of the charged particle beam, measuring the surface potential of the mask with a surface voltmeter, and calculating the amount of adhesion of the contamination substance on the mask according to the correlation based on the measured surface potential. It is characterized by:
[0019]
In the method of the present invention, according to the correlation between the surface potential of the mask and the amount of the masking substance adhering to the mask, which has been established in advance through experiments or the like, the amount of the contaminating substance adhered to the mask is quantitatively determined based on the measured surface potential of the mask. Measurement can be performed easily and easily.
In addition, since the amount of the contaminant attached can be measured in a non-contact manner by a surface voltmeter, the pattern of the mask to be measured is not destroyed by the measurement.
Further, since the probe of the surface electrometer is usually large enough to be accommodated in the vacuum container of the exposure apparatus, it is possible to measure the amount of the contaminant attached to the mask in the vacuum container. Therefore, unlike the related art, since it is not necessary to expose the mask to the atmosphere, there is no possibility that the contamination substance in the atmosphere adheres to the mask and an error occurs in the measurement of the amount of adhesion.
[0020]
In the second step of the preferred embodiment of the method of the present invention, the surface potential of the mask is measured while moving the mask with respect to the surface voltmeter.
Accordingly, the surface potential can be measured over the entire surface of the mask, that is, without distinction between the charged particle beam irradiation surface and the non-irradiation surface of the mask, and the distribution of the amount of the contaminant attached to the entire mask can be quantitatively measured.
[0021]
In the first step of the preferred embodiment of the method of the present invention, the critical layer thickness Tth, which is the allowable layer thickness of the contamination layer, and the surface potential Vth when the thickness of the contamination layer is Tth. (Hereinafter referred to as the critical surface potential),
In the second step, if the measured surface potential is lower than the threshold surface potential Vth, it is assumed that the amount of the contaminant attached to the mask is equal to or less than the allowable amount.
The critical layer thickness Tth refers to the thickness of the adherent layer that causes a problem in the irradiation result of the charged particle beam when the thickness of the contaminant adherent layer is equal to or greater than the critical layer thickness Tth. For example, when a pattern is formed by exposure to a charged particle beam, when the thickness of the adhesion layer is equal to or greater than the limit layer thickness Tth, the thickness of the adhesion layer is such that the shape accuracy of the formed pattern is equal to or less than an allowable value. Say However, it is free to set a thin layer thickness equal to or smaller than the allowable layer thickness as the limit layer thickness Tth.
[0022]
In a further preferred embodiment of the method of the present invention, when exposing a predetermined number of wafers by a charged particle beam exposure apparatus,
In the first step, in addition to the limit surface potential Vth, a charge amount Vc per wafer charged on a mask when one wafer is exposed at the time of exposure is obtained.
In the second step, it is checked whether or not the number of exposed wafers has reached a predetermined number. If the number has not yet reached the predetermined number, the exposed wafer is unloaded from the charged particle beam exposure apparatus, and then the mask surface is exposed. Measuring the potential V,
The magnitudes of the surface potential V and Vth−Vc are compared. If Vth−Vc> V, the exposure of the wafer is repeated. If Vth−Vc ≦ V, the mask is washed, and the surface potential V of the mask is reduced again. Return to the step of measuring.
[0023]
When applying the method of the present invention, the charged particle beam irradiation device is not limited as long as it is a device for irradiating a charged particle beam to an irradiation target, and may be an exposure device, a scanning electron microscope, a defect inspection device, a defect correction device, and the like. It can be suitably applied to
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the accompanying drawings by way of example embodiments.
Embodiment 1
This embodiment is an example of an embodiment in which the method for measuring the amount of attached mask according to the present invention is applied to a stencil mask used in LEEPL. FIG. 1 measures the amount of attached mask using the method of this embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a method for performing the method.
In the present embodiment, a predetermined number of wafers are irradiated with an electron beam using a stencil mask, and then, as shown in FIG. 1, the mask stage 28 is moved to move the stencil mask 26 to the optical axis of the electron optical system. And moved below the surface electrometer probe 32.
Next, the surface potential on the membrane side of the stencil mask 26 is measured by the surface voltmeter 34 via the surface voltmeter probe 32.
The surface electrons of the stencil mask 26 are measured before and after the electron beam irradiation, and the difference in the surface potential is compared to detect the amount of contamination adhering to the stencil mask 26.
[0025]
In the present embodiment, the limit thickness Tth of the adhesion layer of the contamination material, and the correlation between the limit thickness Tth of the adhesion layer of the contamination material and the limit surface potential Vth are previously established by experiments and the like, If the measured surface potential is lower than the threshold surface potential Vth, it can be understood that the amount of the contaminant attached to the stencil mask 26 is not more than the allowable amount.
Here, the critical thickness Tth of the contaminant adhesion layer is defined as: When the thickness of the contaminant adhesion layer is equal to or greater than the critical thickness Tth, close-to-one-size exposure of an electron beam through the stencil mask 26 is performed. When the pattern size variation exceeds the allowable value.
[0026]
Embodiment 2
The present embodiment is another example of an embodiment in which the method for measuring the amount of attached mask according to the present invention is applied to a stencil mask used in LEEPL. FIG. 2 shows the amount of attached mask using the method of this embodiment. It is a schematic diagram explaining the method of measuring.
In the present embodiment, a predetermined number of wafers are irradiated with an electron beam using a stencil mask, and then, as shown in FIG. 2, the mask stage 28 is moved to move the stencil mask 26 to the optical axis of the electron optical system. It is moved off the center and below the surface electrometer probe 32.
In the present embodiment, the surface potential on the membrane side of the stencil mask 26 is sequentially measured by the surface voltmeter 34 via the surface voltmeter probe 32 while moving the mask stage 28.
[0027]
The surface electrons of the stencil mask 26 are measured before and after the electron beam irradiation, and the difference in the surface potential is compared to detect the amount of contamination adhering to the stencil mask 26.
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, since the surface potential of the stencil mask 26 is measured while moving the mask stage 28, the surface potential of the stencil mask 26 on the electron beam irradiated portion and the unirradiated portion is measured. Is easy. By comparing the surface potential value of the surface potential of the electron beam irradiated part and the surface potential of the unirradiated part, it is possible to detect the presence or absence of the contamination substance and the amount of the contamination.
[0028]
Embodiment 3
This embodiment is another example of an embodiment in which the method for measuring the amount of mask attached according to the present invention is applied to a stencil mask used in LEEPL. FIG. 3 shows the amount of mask attached by the method of this embodiment. 6 is a flowchart for explaining a procedure when measuring is measured.
First, in step S 1, in advance, by exposing the evaluation wafer through a stencil mask with an electron beam exposure apparatus, the contaminants adhering amount, i.e. between the surface potential of the layer thickness and the stencil mask of the deposited layer The correlation, or the correlation between the surface potential and the change in the resist dimensions after exposure, is clarified by experiments.
After repeated exposure evaluation wafer in step S 1, in step S 2, the limit surface potential Vth which affect the size of the resist pattern after exposure, and the stencil mask 26 upon exposure to one wafer during exposure The charge amount Vc to be charged is obtained.
[0029]
In step S 3, loads the exposure target wafer to an electron beam exposure apparatus.
In Step S 4, pattern exposure on the wafer through a stencil mask.
In step S 5, the exposure the number of wafers to determine whether reaches a predetermined number. Upon reaching a predetermined number terminates the pattern exposure proceeds to step S 6. Yet, when it does not reach the predetermined number, the process proceeds to step S 7, unloading the exposed wafer from the electron beam exposure apparatus.
[0030]
In the present embodiment, in the course of using the stencil mask has implemented an exposure process, for example, every the wafer unloading, to measure the surface potential V of the stencil mask in step S 8.
Further, in step S 1, by previously establishing the relationship between the surface potential of the thickness and the stencil mask of the deposit of contaminants in the stencil mask, on the basis of the surface potential V measured in step S 8, contamination The thickness of the deposited layer of the substance can be detected.
[0031]
In step S 9, it compares the magnitude of the surface potential V and Vth-Vc. If the Vth-Vc> V, returns to the step S 3, repeating the exposure of the wafer. Further, if Vth-Vc ≦ V, washing the stencil mask proceeds to step S 10, then the process returns to step S 8, to measure the surface potential V of the stencil mask.
If step S 8 the surface potential V measured at that was Vth-Vc or more, in the course of exposing the wafer to the next exposure, the surface potential exceeds the Vth, occurs a bad effect on the transfer of the pattern. Therefore, when the surface potential is equal to or higher than Vth-Vc, exposure of the wafer is interrupted, and contamination removal such as cleaning of the mask is performed.
[0032]
In the present embodiment, the use of the mask to which the contamination substance has adhered can be prevented before the state in which the exposure is adversely affected, so that a defect of the exposure pattern due to the adhesion of the contamination substance can be prevented.
In addition, since the amount of the contaminant attached can be measured in the exposure apparatus, the work of loading and unloading the mask is not required. Therefore, an improvement in throughput in exposure can be expected.
[0033]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, unlike a conventional stylus-type measuring device such as an AFM, the surface potential of the mask is measured by a surface voltmeter, and the contamination substance on the mask is adhered according to the correlation based on the measured surface potential. The so-called non-contact measurement of the amount of the contaminant attached can be performed to calculate the amount.
Therefore, the pattern of the mask to be measured is not destroyed by the measurement.
In addition, since the probe of the surface electrometer used in the method of the present invention is large enough to be accommodated in the vacuum vessel of the exposure apparatus, it is possible to measure the amount of contamination of the mask in the vacuum vessel. . Therefore, since it is not necessary to expose the mask to the atmosphere, there is no possibility that the contamination substance in the atmosphere adheres to the mask and an error occurs in the measurement of the amount of adhesion as in the related art. Further, since it is not necessary to take out the mask to be measured from the vacuum container for each measurement or to perform a work such as evacuation associated therewith, the exposure throughput can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method for measuring the amount of mask attached by the method of Embodiment 1;
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method of measuring the amount of mask attached by the method of Embodiment 2;
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for measuring the amount of mask attached by the method of Embodiment 3;
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a LEEPL system.
[Explanation of symbols]
10 LEEPL system, 12 Electron gun, 14 Aperture 14, 16 Condenser lens, 18, 20 Main deflector, 22, 24 Sub deflector, 26 Stencil mask, 28 ... Mask stage, 30 ... Wafer stage, 32 ... Surface voltmeter probe, 34 ... Surface voltmeter.
Claims (4)
前記マスクの表面電位とコンタミネーション物質のマスク付着量との相関関係を確立する第1の工程と、
荷電粒子線の照射を中止して前記マスクの表面電位を表面電位計で測定し、測定した表面電位に基づいて前記相関関係に従って前記マスクのコンタミネーション物質の付着量を算出する第2の工程と
を有することを特徴とするマスク付着量の測定方法。A method for measuring the amount of a contaminant attached to a mask for irradiating an irradiation target with a charged particle beam through a mask,
A first step of establishing a correlation between the surface potential of the mask and the amount of the mask adhering to the contamination substance;
A second step of stopping the irradiation of the charged particle beam, measuring the surface potential of the mask with a surface potentiometer, and calculating the adhesion amount of the contamination substance on the mask according to the correlation based on the measured surface potential; and A method for measuring a mask adhesion amount, comprising:
前記第2の工程では、前記測定した表面電位が前記限界表面電位Vth未満であれば、前記マスクのコンタミネーション物質の付着量は許容量以下であるとすることを特徴とする請求項1又は2に記載のマスク付着量の測定方法。In the first step, the critical layer thickness Tth, which is the allowable layer thickness of the contamination layer, and the surface potential Vth when the layer thickness of the contamination layer is Tth (hereinafter, referred to as the critical surface potential). )
3. The method according to claim 1, wherein in the second step, if the measured surface potential is less than the critical surface potential Vth, the amount of the contaminant attached to the mask is equal to or less than an allowable amount. 4. 3. The method for measuring the amount of mask attached described in 1.
前記第1の工程では、前記限界表面電位Vthに加えて、露光時に1枚のウエハを露光した際にマスクに帯電するウエハ一枚当たりの帯電量Vc を求め、
前記第2の工程では、ウエハの露光枚数が所定枚数に達したかどうか確認し、未だ、所定枚数に達していないときには、露光済みウエハを前記荷電粒子線の露光装置からアンロードした後、前記マスクの表面電位Vを測定するステップを有し、
前記表面電位VとVth−Vc との大小を比較し、Vth−Vc >Vであれば、ウエハの露光を繰り返し、Vth−Vc ≦Vであれば、マスクを洗浄し、再びマスクの表面電位Vを測定するステップに戻ることを特徴とする請求項3に記載のマスク付着量の測定方法。When exposing a predetermined number of wafers by a charged particle beam exposure apparatus,
In the first step, in addition to the limit surface potential Vth, a charge amount Vc per wafer charged on a mask when one wafer is exposed at the time of exposure is obtained.
In the second step, it is checked whether the number of exposed wafers has reached a predetermined number, and if the number has not yet reached the predetermined number, after unloading the exposed wafer from the charged particle beam exposure apparatus, Measuring the surface potential V of the mask,
The magnitudes of the surface potential V and Vth−Vc are compared. If Vth−Vc> V, the exposure of the wafer is repeated. If Vth−Vc ≦ V, the mask is washed, and the surface potential V 4. The method according to claim 3, wherein the method returns to the step of measuring the amount of mask attached.
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