JPH02237107A - パターン露光装置及びマスク検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 半導体素子等における微細パターンの露光装置に関し、 荷電粒子ビームを整形する特定のパターンを有するマス
ク板における欠点の有無の検査を容易にかつ短時間で行
えることを目的とし 特定のパターンを有する透過孔マスク板を通過させて荷
電粒子ビームをウェハ上の所定の位置に照射して露光を
行うことによりパターンを形成する微細パターン露光装
置において、該荷電粒子ビームのビーム径を該マスク板
に設けられた誘過孔を完全に通過しうるようなビーム径
にするためのビーム径変更手段、該マスク面に対し該微
小ビー゛ム径としたビームを走査するための偏向手段及
び該ビームの照射により該マスク板から放出される放射
物を検出するため該マスク板の近傍に設けられた放射物
検出手段とを有するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体素子等に形成される微細パターンを形成
するためパターン露光装置に関するものであり 更に詳しくはパターン形成のために使用されるビーム整
形用透過マスクの不良、欠点を検査する装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

近年、集積回路の高密度化に伴い、長年微細パターン形
成方法の主流であったフォトリソグラフィに代り、電子
線を用いる新しい露光方法が検討され、実際に使用され
る様になってきた。

かかる電子線露光装置は一般的に可変矩形型方式と呼ば
れるものであって、荷電粒子ビームを２枚の矩形の孔を
もったマスクを使用し、少くともそのー・方が適宜の偏
向手段或は走査手段により変位させることによって、二
次元的平面に沿って自由に可動しうるようにして該ビー
ムの断面形状を任意の矩形状になして例えばシリコンウ
ェハ上に露光させるものである。これは形成されるパタ
ーンが全て矩形の集まりであるという理念にもとづき、 所望のパターンを全て適当な矩形に分割しそれぞれの個
処でその大きさと形状に合ったビームの断面を上記操作
に従って作り出し露光するものである．然しなからかか
る電子線露光装置は、ボウ大なパターンデータをもとに
、電子線を偏向し、試料ウェハ上にパターンを描く、描
画装置であり、このような装置は、ソフトであるパター
ンデータから、パターンというハードを作るパターンジ
ェネレート機能をもった装置であるが、その露光はいわ
ゆる一筆書きであるため、高いスルーブットが得られな
いという問題があった。

ところで、最近の超微細パターンを必要とされる半導体
装置は、たとえば１６　Ｍ　−　ＤＲＡＭの様に微細で
はあるが露光する殆どの面積は繰り返しパターンである
物が多い．従って、超微細パターンで形成される半導体
装置おいてはこの繰り返し部分が所望される全露光パタ
ーンの大部分を占めることに着目し所望する全パターン
から繰り返しパターン部分のみを抽出し繰り返し部分の
パターンについては、その繰り返しパターンの元になる
基本セルユニットを予めマスク上に形成しておき、その
セルが構成されている領域ではその基本ユニットに電子
線を照射・露光し、その他の部分は従来通り可変矩形で
露光を行うこと、いわゆるステンシル転写露光方法が提
唱されている． 該ステンシル転写露光方式の１例を第２図に示す． 電子銃１から放出された電子は第１矩形成形゛７バチャ
２で矩形に成形され、レンズ３を通ってアバーチャ選択
用デフレクタ−４によりステンシルマスク５土の任意の
繰り返し基本パターン部分（基本セル部分）６もしくは
可変矩形用アパーチャ７に照１・１ざれる。その後、パ
ターン化された電子は約１／１０．０に縮小する縮小レ
ンズ９により縮小されさらに偏向系を構成するレンズ１
０とコイル１１によりウェハ１２上に偏向・露光される
。

マスク上には非繰り返しパターン用に、可変矩形用アバ
ーチャ７（パターンがない抜きスリット）も備えている
． 本装置において使用されるステンシルマスクの断面形状
を第３図に示す。即ち、Ｓｔ或は適宜の金属からなる本
件部１３のうちパターンを形成する部分１４は薄膜化し
ておき、適宜の孔あけ手段例えばエッチング法、カッテ
ィング法等により任意のパターンが形成される。又形成
されるパターンは１セル分のみでなく、数セル分をーグ
ループとして形成したものであっても良い。

パターン部分１４はアバーチャ選択用デフレクタ−４で
電子が照射できる部分であるならばマスク上のどの位置
に形成されていても良い。

処で、かかるステンシル方式の露光装置にあっては使用
されるパターンの品質が特に重要であり、ウェハに露光
した後で検査してパターンの欠点や欠陥が見付けられて
も膨大な製品が既に作られてしまっているため経済的損
失は大きくなる．然しながら既存の方法においては、厳
密にパターン検知を行おうとすれば、ウェハ上に露光さ
れた実パターンそのものを検査する必要がある。しかし
近年、パターンサイズが微細化し、従来の光学的手段に
よる検査が困難になってきている。

一方かかる露光方式においてはパターンを有するマスク
面はビームにより直接照射されるためマスク面上でパタ
ーンの変化や欠陥が生じる可能性があり、更には、マス
クの移動、取り付け中にごみが付着するとか、ビームの
熱によりパターン部分が発熱して融解欠落してしまうと
いう欠点も生じる可能性がある。然しなから従来の装置
においては実際に試料上（ウェハ）上に転写したパター
ンを検査しなければかかる欠点を見出すことは困難であ
った。

従って、検査に時間がかかる他、マスクを取り出して調
べる場合にはいちいち真空状態を破壊して作業しなけれ
ばならず作業工数が増加するため検査に要するコストは
著しく高いものとなっていた．又マスクの欠陥を発見す
るのに時間がかかるため、歩留りを大幅に低下させ、生
産コストの増加を来すという問題もあった． 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は上記した従来技術特にステンシル方式によるパ
ターン形成を行う露光装置においてマスクパターンの欠
点を検査するのに複雑な手段を採用せざるを得ず又時間
がかかるという欠点を改良し、簡単な構造で操作が平易
な検出手段を採用するということにより、マスクパター
ンの欠点を極めて短時間に容易に検出出来、検査工程の
コストを大幅に低減せしめると同時に半導体素子の生産
性を向上することの出来る微細パターン露光装置を提供
するものである． 〔課題を解決するための手段〕 本発明は上記した目的を達成するため次のような技術的
構成を採用するものである。即ち、特定のパターンを有
する透過孔マスク板を通過させて荷電粒子ビームをウェ
ハ上に所定の位置に照射して露光を行うことによりパタ
ーンを形成する微細パターン露光装置において、該荷電
粒子ビームのビーム径を該マスク板に設けられた誘過孔
を完全に通過しうるようなビーム径にするためのビーム
径変更手段、該マスク面に対し該微小ビーム径としたビ
ームを走査するための偏向手段及び該ビームの照射によ
り該マスク板から放出される放射物を検出するため該マ
スク板の近傍に設けられた放射物検出手段とを有するパ
ターン露光装置である。

即ち本発明は、ステンシルマスク等が荷電粒子ビームを
照射されると二次電子、反射電子或は輻射熱等の放射物
を放出することを利用してそれ等放射物を検出する手段
を当該露光装置の真空チャンバー内に設けることによっ
てオンマシンでマスク上のパターンを状態を検査するこ
とが出来るのである。

より具体的には、該露光装置の露光操作を一時的に中断
し、例えば電子銃から発射される荷電粒子ビームをビー
ム径変更手段等によりそのビーム径をマスクに設けたパ
ターンの孔の幅又は径に等しいかそれよりも小さくなし
、即ち該ビーム径がパターン孔中を何らの障害なしに移
動可詣となるようにし、別に設けたビーム偏光手段を用
いてビームを該パターンの全体に亘って走査させ、その
時にビームがマスク部分に照射された時とパターンの孔
部分を透過する時とで該マスクから放射される放射物が
異ることを利用してその放射物の量を検出器で検出し、
その結果を適宜の表示手段例えば該ビーム偏向手段の走
査に同期して作動するテレビのブラウン管にＳＥＭ像と
して表示することによってパターンの欠点を検査するこ
とが出来る。

〔作　用〕

本発明においては上記したように、ビーム照射されたマ
スクが放出する放射物が、マスク本体に照射された時と
マスクに設けたパターン部の孔に照射された時とで異る
ことを利用し、該ビームを走査偏向手段でパターンを走
査しつつ該放射物を検出し、これをＳＥＭ画像として表
示手段上に表示するものであるから、該露光装置を開放
することなくパターンの検査を行うことが出来、又オン
マシン上でかつ露光工程の間に検査を実行しうるので、
検査が早期にかつ簡単に行えるので工程管理上有利であ
る。

〔実施例〕

以下に本発明を実施例の形で更に詳細に説明する。

第１図は、本発明に係る微細パターン露光装万の１実施
例を示した図であり、密閉された真空チェンバー内に、
電子銃工，ビーム径変更用偏向器２６．及びビーム整形
アパーチャ２，微小開口２′などが設けられ、さらにそ
の下方部にマスクチェンバ−１９内に設けられたステン
シルマスク５，のパターン透過孔を走査せしめるための
偏向コイルからなる走査用偏向コイル１８が設けられて
いる．ビーム径変更用偏向器２６により、ビームを微小
開口２′にふりこむことにより、ステンシルマスク５上
におけるビーム径を、検査しようとするマスクに設けた
パターン幅域は径と同一又はそれ以下となるように調整
する。

本実施例における該ビーム径変更手段としては、ビーム
整形アパーチャと並べて配置された微小開口２′、及び
該微小開口２′にビームをふりこむためのビーム偏向器
２６とにより構成される．該ビーム径変更手段は、ビー
ム径を検査しようとするマスク５に設けたパターンの幅
或は径と同一又はそれ以下となるようにビームの断面積
を調整するものである．つまりビームの径が検査しよう
とするパターン透過孔の最小部分の幅或は径より小さ《
しておき、ビームがパターンを走査した時にビームがマ
スク本体を照射する時とパターン内を照射する時に放射
状態に差が生ずるようにし、特にその境界部で差が大き
くなるようになるのでパターンの認識が出来るようにな
る．なお、電子レンズにより、電　子ビームを第１ビー
ム整形アバーチャ上で収束し、これを走査させることに
より電子ビーム露光装置の焦点合ねせをする方法がすで
に特許出］！ｌｉ（昭５３−３９７４９）されている．
この方法では収束後のビームスポットの電流密度が非常
に大きくなり、アバーチャ基板部が溶融するといった問
題があった．ところが本方式によれば、電流密度をかえ
ずに、ステンシルマスク上を走査するための微小ビーム
を作ることができ、マスク基板溶融の問題は生じない。

尚、ビーム径を透過孔の大きさより小さくする別の理由
としては、透過孔の形状をＳＥＭ像として見ようとする
のが、本発明のポイントであるのでビーム径が透過孔の
大きさと同程度あるいは透過孔の大きさより大きい場合
、ＳＥＭ像には、ビーム断面形状の影響があらわれ、本
当に見たい透過孔形状があらわれなくなるからである。

次に本実施例における走査用偏向手段１８は上記により
”径が縮小されたビームがパターンとの透過孔２０をく
まなく走査するよう作動するものであり例えは第４図に
例示するように偏向手段のコイルに交流電流を一定の制
御プログラムに従って流すことによりビームとその走査
軌跡２１に沿って走査させるものである． この際ビームの走査は所定のパターン１個のみを走査す
るようにしても良く又、同一もしくは互いに異なる複数
のパターンをまとめて走査するようにしてもよい． 走査の範囲を狭くしておくと後述する画像の表示に際し
その部分が拡大されることになる．該偏向手段は検査工
程を実行しない時は第２図におけるアパーチャ選択用デ
フレクターと同じように選択されたパターン６のみビー
ムを偏向せしめる偏向器として作動しうることは云うま
でもない。

次に本実施例においては、マスクチャンバ一部ｌ９の該
ステンシルマスク５の近傍に放射物検出手段２２を設け
るものである． 該検出器は、上記したように荷電粒子ビームがマスクに
衝突した時に反射電子或は二次電子、が該マスクから放
射され又熱幅射もマスクより放射されるのでそのいづれ
かを検出する能力を有するもであれば如何なるものであ
っても良い。

上記の反射電子と二次電子とは一般にエネルギ一の程度
により区分されておりエネルギーが２〜５ｅＶのものを
二次電子、又２０〜３０ｋｅＶのものを反射電子と云っ
ている．反射電子を検出しようとする場合、該反射電子
は指向性が強いため特定の位置に検出器を配置しておく
ことが望ましい。第１図における検出器の位ｉＢは特に
この反射電子を検出器の好ましい配置位置を示している
。一方二次電子を検出しようとする場合、二次電子は一
般に真空チャンバー内１９に充満する性質があるため検
出器の配置位置は特に特定されるものではなくマスク５
の近傍であればどこでもよ《前記した反射電子検出器の
位宜であってもよく又第１図中Ａと表示した処に設ける
ものであっても良い。二次電子検出器は例えばフォトマ
ル２４を主体に構成され、その前面部に螢光物質面２３
と１０ｋＶ程度の電圧が印加されるひき込み電極 ２５が併設されていることが好ましい。かかる構成をと
ることによりビームがマスク上を走査している間上記放
射物を絶えず検出しておくため、ビームがパターンの境
界にぶつかった時放射物の璽が大きく変化するため、こ
の変化を適宜の情報として例えば検出器の電圧変化とし
て変換し、該偏向手段と同期して走査されるテレビ画面
に供給すれば、パターンのＳＥＭ画像が表示される。従
ってこのＳＢＭ画像を目視で検査することによりパター
ンの欠点、良否を容易に識別することが出来る．前記し
たように、ビームの走査範囲を狭めることによりパター
ンのＳＥＭ像はテレビ画面上に拡大して表示されるので
、詳細な検査の［効となる． 本発明では既に上述したように、実際のウェハヘのパタ
ーン露光工程とパターン検査工程とを兼用しうるもので
あるから、露光工程を実行するプログラムの中に適宜パ
ターン検査工程を実行するサブルーチンを挿入しておく
ことによって、例えば１つのパターンを露光しようとす
る時、露光工程開始直前或は露光工程中適宜の間隔で当
該パターンの検査を実行してパターンの欠点の有無をＭ
認することも出来るので、検査が容易で短時間に正確に
実行出来、検査に要する工数を極めて少く出来る。従っ
て得られる半導体の品買は向上し又生産コストも低減せ
しめることが出来る。

〔効　果〕

本発明においては、パターンの検査を簡単にかつ短時間
で正確に実行出来る他、上記したように露光装で内にパ
ターンを載置したまま露光装置の真空状態を破らずに検
査モニター出来るので検査に要する工数の低下と装置の
信頼性が大幅に向上する。更に本発明では検査対象がウ
ェハ上の露光パターンより、約１００倍大きいマスクパ
ターンであり、また《りかえし部の基本となる比較的単
純なパターンであるため、検査結果の良否判定が格段に
容易であり、この部分の無欠陥性が保証されれば、転写
結果にも、基本パターン異常による欠陥が生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微細パターン露光装置のパターン
検査部の１例を拡大して示した図である。 第２図は従来のパターン露光装置の例を示す概略図であ
る。 第３図は従来のパターン露光装置に使用されるステンシ
ルマスクの断面図である． 第４図は本発明におけるパターン露光装置におけるビー
ム走査方法を説明する図である。 １・・・電子銃、 ２・・・ビーム整形アバーチャ、 ２゛・・・微小開口 ３．３′レンズ（集束レンズ）、 ４・・・アパーチャ選択用デフレクター５・・・ステン
シルマスク、 ６・・・基本パターン、 ７・・・可変矩形用アパーチャ、 ８・・・アバーチャ選択デフレクター調整用マークパタ
ーン、 ９・・・縮小レンズ、　　　１０・・・投影レンズ、１
１・・・偏向コイル、　　１２・・・ウェハ、１３・・
・ステンシル部、１４・・・パターン形成部、１５・・
・真空チャンバー １６・・・マスク操作用ビーム、 １６′・・・露光用ビーム、 １７・・・ビーム集束手段，． １７′・・・集束レンズ、 １８・・・偏向手段（コイル）、 １９・・・マスクチャンバー ２０・・・パターン開孔部、 ２１・・・走査軌跡、　　２２・・・検出器、２３・・
・螢光面、　　　　２４・・・フォトマル、２５・・・
ひき込み電極、 ２６・・・ビーム径変更用偏向器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、特定のパターンを有する透過孔マスク板を通過させ
   て荷電粒子ビームをウェハ上の所定の位置に照射して露
   光を行うことによりパターンを形成する微細パターン露
   光装置において、該荷電粒子ビームのビーム径を、該マ
   スク板に設けられた透過孔を完全に通過しうるようなビ
   ーム径にするためのビーム径変更手段、該マスク面に対
   し該透過孔を通過したビームを走査するための偏向手段
   及び該ビームの照射により該マスク板から放出される放
   射物を検出するため該マスク板の近傍に設けられた放射
   物検出手段とを有することを特徴とするパターン露光装
   置 ２、該検出手段が検出する放射物は二次電子、反射電子
   及び、熱幅射のうちのいずれかであることを特徴とする
   請求項１記載の装置 ３、該検出手段からの出力信号と該偏向手段に印加する
   信号とを同期して画像表示する表示装置が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１及び２記載の装置。