JP2004071867A

JP2004071867A - マスク付着量の測定方法

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Publication number: JP2004071867A
Application number: JP2002229913A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Iwase; 岩瀬　和也
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04

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）／（χε_０Ｓ）
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、ε_０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^−３ｍ^２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Ｓ_１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Ｓ_１で評価用ウエハの露光を繰り返した後、ステップＳ_２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Ｓ_３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Ｓ_４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Ｓ_５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Ｓ_６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Ｓ_７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Ｓ_８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Ｓ_１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Ｓ_８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Ｓ_９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Ｓ_３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Ｓ_１０に移行してステンシルマスクを洗浄し、次いでステップＳ_８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Ｓ_８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。

Claims

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、
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。
前記第２の工程では、前記表面電位計に対して前記マスクを移動させつつ、前記マスクの表面電位を測定することを特徴とする請求項１に記載のマスク付着量の測定方法。
前記第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、
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。
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、
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。