JP3728495B2

JP3728495B2 - 多層膜マスク欠陥検査方法及び装置

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Publication number: JP3728495B2
Application number: JP2001309981A
Authority: JP
Inventors: 敏尚富江
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: US6954266B2; EP1300676B1; EP1300676A1; US20030067598A1; JP2003114200A

Description

【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100mm× 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R_def、その面積をS_def、背景の反射率（透過率）をR_pix、その面積をS_pix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I_defと、ない場合の信号I_pixの大きさは、
I_def= n R_def S_def + n R_pix (S_pix - S_def)、 I_pix= n R_pix S_pix
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、
｜I_def - I_pix｜ ≧ 3(I_def)^1/2 + 3(I_pix)^1/2
であるので、
｜(I_d)^1/2 - (I_pix)^1/2｜ ≧ 3
となり、
n ≧ 9 / ｜(R_def S_def + R_pix (S_pix - S_def) )^1/2-(R_pix S_pix)^1/2｜² (nS_def)≧ 9 /｜((R_def + R_pix (S_pix/S_def - 1) )^1/2- (R_pix (S_pix/S_def))^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R_def=0.54とし、背景の基板マスクの反射率をR_pix =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 S_def) ≧27,800 ・・・・（２）
になる。
【０００７】
欠陥を照明する光子数が28,000の時、100mm ×100mm の大きさのマスクの面積は欠陥の面積S_def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、I_def=486,000 I_pix= 481,800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S_pixを、検出すべき欠陥の大きさS_def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 S_def) ≧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mW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、R_defは小さいまま13nm光を使って基板の反射率R_pix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R_def=0.6にして、背景の反射率がR_pix=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 S_def) ≧1,030 ・・・・（３）
になる。このとき、I_def=10,920、I_pix= 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 S_def) ≧27,800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R_pixをほぼ零で、欠陥の散乱強度を決めるR_def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 al., 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MCP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、2.5μm ×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、多層膜マスク上の微小欠陥を検査する多層膜マスク欠陥検査方法において、前記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、散乱反射される照明光をシュバルツシルト集光光学系を用いて捕集して拡大結像し、被検査マスクで鏡面反射される照明光をシュバルツシルト集光光学系の構成物あるいは角度分布制御板により、遮光し、被検査マスク上の複数画素領域の拡大像を複数画素を有する画像検出器で観測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、前記多層膜マスク上の照明された検査領域の大きさと照明の開口数ＮＡの積が０ . ３ mm x ０ . ０１５以上であることを特徴とする請求項１に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、マスク上の正常パターンにより発生す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に記載の多層膜マスク欠陥検査方法としたものである。
【００２０】
また、請求項４に係る発明は、多層膜マスク上の微小欠陥を検査する多層膜マスク欠陥検査装置において、前記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する光源と、光源からの輻射を捕集し、被検査マスクの鏡面反射光が、散乱反射光を捕集し拡大結像するシュバルツシルト集光光学系と、被検査マスクで鏡面反射される照明光をシュバルツシルト集光光学系の構成物あるいは角度分布制御板により、遮光する手段と、被検査マスク上の複数画素領域の拡大像を観測する、複数画素を有する画像検出器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。
【００２１】
また、請求項５に係る発明は、前記多層膜マスク上の照明される検査領域の大きさと照明の開口数ＮＡの積が０ . ３ mm x ０ . ０１５以上であることを特徴とする請求項４に記載の多層膜マスク欠陥検査装置としたものであり、また、請求項６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したことを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の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×4μm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R_def=0.6であり、基板マスクの粗さに由来する背景の反射率R_pix=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 S_def) ≧33 ・・・・（４）
になる。このとき、I_def=23.3 I_pix= 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25mm、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R_pixに依存する。
R_pix=0.001と小さければ、一画素を1μmにしても、（１）式から、(n S_def) ≧130になり、I_def=207、 I_pix= 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R_pix=0.01になると、(n S_def) ≧1064になり、I_def=11,300、 I_pix= 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。R_pix=0.01と大きくても、一画素を0.3μmにすれば、(n S_def) ≧132であり、I_def=211、 I_pix= 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500nm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B_averageは、
B_average=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B_peakは
B_peak=1E17 photons/(sec mm² mrad²1%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
B_peak=2E8 photons/(shot mm² mrad²1%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 ×100mm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1,000×1,000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

多層膜マスク上の微小欠陥を検査する多層膜マスク欠陥検査方法において、
前記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、
散乱反射される照明光をシュバルツシルト集光光学系を用いて捕集して拡大結像し、
被検査マスクで鏡面反射される照明光をシュバルツシルト集光光学系の構成物あるいは角度分布制御板により、遮光し、
被検査マスク上の複数画素領域の拡大像を複数画素を有する画像検出器で観測することを特徴とする多層膜マスク欠陥検査方法。
前記多層膜マスク上の照明された検査領域の大きさと照明の開口数ＮＡの積が０.３mm x ０.０１５以上であることを特徴とする請求項１に記載の多層膜マスク欠陥検査方法。
マスク上の正常パターンにより発生す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に記載の多層膜マスク欠陥検査方法。
多層膜マスク上の微小欠陥を検査する多層膜マスク欠陥検査装置において、
前記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する光源と、
光源からの輻射を捕集し、被検査マスクの鏡面反射光が、散乱反射光を捕集し拡大結像するシュバルツシルト集光光学系と、
被検査マスクで鏡面反射される照明光をシュバルツシルト集光光学系の構成物あるいは角度分布制御板により、遮光する手段と、
被検査マスク上の複数画素領域の拡大像を観測する、複数画素を有する画像検出器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。
前記多層膜マスク上の照明される検査領域の大きさと照明の開口数ＮＡの積が０.３mm x ０.０１５以上であることを特徴とする請求項４に記載の多層膜マスク欠陥検査装置。
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したことを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の検査装置。