エバラ時報 No. 241(2013-10) ─ ─ 9 1.は じ め に 半導体デバイスは多くの産業の基幹部品として用いら れている。高密度集積化の進展によって,その部品を用 いた製品の性能・機能の向上とコスト削減が達成されて きた。この高密度集積化を可能としたのは,半導体リソ グラフィの微細化技術とその周辺技術の進歩があったか らであると言われている。近年,光リソグラフィによる 微細化が理論限界を迎え,次世代のリソグラフィ技術へ のパラダイムシフトが起こっており,幾つかの候補の中 で有望視されているのが波長13.5 nmの極端紫外線 (EUV:Extreme ultraviolet)を使用した露光技術である。 当社は株式会社EUVL基盤センターと共同で,hp(half pitch)16 nmのデバイスに適用するEUVマスク欠陥検 査装置の開発を行っている 1 〜 4) 。リソグラフィ工程では マスク上の回路パターンをシリコンウェーハ上に 1/4 で 縮小転写するが,マスク上に欠陥があると,この欠陥も シリコンウェーハに転写され,半導体デバイスの品質の 低下の要因となるため,マスク製造ではマスクの欠陥検 査が行われる。hp16nmのデバイス用のパターンを有す るEUVマスクに対しては,高分解能の検査を実現でき る電子線方式の欠陥検査装置が望まれている。電子線方 式として,SEM (scanning electron microscopy) 式 と 写像投影(PEM:Projection electron microscopy)式の 二とおりがある 5 〜 10) 。 SEM 式は,一般に電子顕微鏡として知られている方式 で,数 nmレベルの点状の電子ビームをマスク上で走査 させながら照射し,照射された点から出た 2 次電子を検 出器で捕集して検査像の形成と欠陥検査を行う(図 1 の SEM式参照)。このSEM式は高分解能であるが,マスク 1枚の検査に数十時間以上掛かる場合もあるといわれて いる 5,8,11) 。PEM 式(図 1 の PEM 式参照)は,電子照射 系(Exposure electron optics(Exposure EO))と結像 光学系(Imaging electron optics(Imaging EO))から 〔論文〕 EUV マスク欠陥検査に用いる新写像投影(PEM)式 電子光学系の製作 畠 山 雅 規 * 村 上 武 司 ** 渡 辺 賢 治 * 狩 俣 努 ** 寺 尾 健 二 ** * * 精密・電子事業カンパニー 新事業推進統括部 電子線検査装 置事業室 カラム開発グループ ** 同 精密機器事業部 ME製品技術室 開発グループ ** * 同 新事業推進統括部 電子線検査装 置事業室 Development of Novel Optical System based on Projection Electron Microscopy (PEM) for EUV Mask Inspection by Masahiro HATAKEYAMA, Takeshi MURAKAMI, Kenji WATANABE, Tsutomu KARIMATA, & Kenji TERAO An optical system based on projection electron microscopy (PEM) has been designed and fabricated to provide an EUV mask inspec- tion system for half-pitch (hp) 16 nm devices. Compared to conventional DUV and SEM optics, the novel optical system based on PEM for EUV mask inspection can perform defect inspection at higher resolution and higher speed. To obtain a defect sensitivity of 16 nm, performance improvement requirements have been estimated with reference to a system for hp 2X nm devices (Ebara’s current system). After that, the novel optical system based on PEM has been designed and fabricated by establishing specifications that meet the requirements. Regarding aberration and transmittance requirements, this paper presents performance improvements achieved in the novel system. Keywords: EUV mask, Defect inspection, Projection electron microscopy (PEM), Electron optical system, Imaging electron optics, Electron expo- sure optics, 1Xnm EUV mask, Aberration, Transmittance, Pixel size
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査装置の開発を行っている1 〜 4)。リソグラフィ工程ではマスク上の回路パターンをシリコンウェーハ上に1/4で縮小転写するが,マスク上に欠陥があると,この欠陥もシリコンウェーハに転写され,半導体デバイスの品質の低下の要因となるため,マスク製造ではマスクの欠陥検査が行われる。hp16nmのデバイス用のパターンを有するEUVマスクに対しては,高分解能の検査を実現できる電子線方式の欠陥検査装置が望まれている。電子線方式として,SEM (scanning electron microscopy)式と写像投影(PEM:Projection electron microscopy)式の二とおりがある5 〜 10)。 SEM式は,一般に電子顕微鏡として知られている方式で,数nmレベルの点状の電子ビームをマスク上で走査させながら照射し,照射された点から出た2次電子を検出器で捕集して検査像の形成と欠陥検査を行う(図1のSEM式参照)。このSEM式は高分解能であるが,マスク1枚の検査に数十時間以上掛かる場合もあるといわれている5,8,11)。PEM式(図1のPEM式参照)は,電子照射系(Exposure electron optics(Exposure EO))と結像光学系(Imaging electron optics(Imaging EO))から
〔論文〕
EUVマスク欠陥検査に用いる新写像投影(PEM)式電子光学系の製作
畠 山 雅 規* 村 上 武 司** 渡 辺 賢 治*
狩 俣 努** 寺 尾 健 二***
* 精密・電子事業カンパニー 新事業推進統括部 電子線検査装置事業室 カラム開発グループ
** 同 精密機器事業部 ME製品技術室 開発グループ
*** 同 新事業推進統括部 電子線検査装
置事業室
Development of Novel Optical System based on Projection Electron Microscopy (PEM) for EUV Mask Inspection
An optical system based on projection electron microscopy (PEM) has been designed and fabricated to provide an EUV mask inspec-tion system for half-pitch (hp) 16 nm devices. Compared to conventional DUV and SEM optics, the novel optical system based on PEM for EUV mask inspection can perform defect inspection at higher resolution and higher speed. To obtain a defect sensitivity of 16 nm, performance improvement requirements have been estimated with reference to a system for hp 2X nm devices (Ebara’s current system). After that, the novel optical system based on PEM has been designed and fabricated by establishing specifications that meet the requirements. Regarding aberration and transmittance requirements, this paper presents performance improvements achieved in the novel system.
Keywords: EUV mask, Defect inspection, Projection electron microscopy (PEM), Electron optical system, Imaging electron optics, Electron expo-sure optics, 1Xnm EUV mask, Aberration, Transmittance, Pixel size
図9 結像光学系の透過率とアパーチャサイズFig. 9 Transmittance vs aperture size in imaging EO
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0.05 0.1 0.15
電子照射系のApサイズAperture size in exposure EO a.u.
透過率 ηex
Transmittance ηex a.u.
図10 電子照射系の透過率とアパーチャサイズFig. 10 Transmittance vs aperture size in exposure EO
a)hp64 nmのL/Sパターンa) hp 64 nm L/S pattern
b)hp44 nmのL/Sパターンb) hp 44nm L/S pattern
図8 結像光学系の高倍率撮像例Fig. 8 PPEM images at high magnification
EUVマスク欠陥検査に用いる新写像投影(PEM)式電子光学系の製作
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defect”, Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology XIX, Proc. SPIE Vol.8441, 84411G (2012).
4) M. Hatakeyama, T. Murakami, K. Terao, K. Watanabe, Y. Naito, T. Amano, R. Hirano, S. Iida, T. Terasawa, H. Wata-nabe, “Development of Optical System on Novel Projection Electron Microscopy (PEM) for EUV Masks and its Basic Performance Evaluation”, Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology XX, Proc. SPIE Vol.8701, 87010S (2013).
6) T. Satake, N. Noji, T. Murakami, M. Tsujimura, I. Nagahama, Y. Yamazaki, and A. Onishi,“Electron beam inspection sys-tem for semiconductor wafer based on projection electron microscopy” Proc. SPIE, vol.5375, pp.1125-1134, 2004.
7) I. Nagahama, A. Onishi, Y. Yamazaki, T. Satake, and N. Noji,“Inspection performance of the electron beam inspection system based on projection electron microscopy”, Proc. SPIE, vol.5375, pp.921-928, 2004.
8) T. Hirano, S. Yamaguchi, M. Naka, M. Itoh, M. Kadowaki, T. Koike, Y. Yamazaki, K. Terao, M. Hatakeyama, H. Sobukawa, T. Murakami, K. Tsukamoto, T. Hayashi, K. Watanabe, N. Kimura and N. Hayashi, “Development of EB inspection sys-tem EBeyeM for EUV mask”, Proc. SPIE 7823, 78232C, (2010).
9) S. Yamaguchi, M. Naka, M. Kadowaki, T. Koike, T. Hirano, M. Itoh, Y. Yamazaki, K. Terao, M. Hatakeyama, K. Wata-nabe, H. Sobukawa, T. Murakami, K. Tsukamoto, T. Hayashi, N. Kimura, N. Hayashi, “Performance of EBeyeM for EUV Mask Inspection”, Proc. SPIE Vol.8166, 81662F (2011).
10) T. Amano, S. Iida, R. Hirano, T. Terasawa, H. Watanabe, M. Hatakeyama, T. Murakami, “EUV mask pattern inspec-tion using EB projection optics” 2011 Inter. Symposium on EUVL, 17-19 October Miami, US (2011).
11) Shmoolik Mangan, Aya Kantor, Nir Shoshani, Asaf Jaffe, Dror Kasimov, Vladislav Kudriashov, Ran Brikman, Lior Shoval, and Anoop Sreenath, “Evaluation of novel EUV mask inspection technologies”, Proc. SPIE Vol.7748, 774822 (2010).
1) International Technology Roadmap for Semiconductors 2012 Update, Lithography, Table LITH6.
2) M. Hatakeyama, T. Murakami, T. Karimata, K. Watanabe, Y. Naito, T. Amano, R. Hirano, S. Iida, H. Watanabe, T. Terasa-wa,“Development of Novel Projection Electron Microscopy (PEM) system for EUV Mask Inspection”, Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology XIX, Proc. SPIE Vol.8441, 844116 (2012).
3) R. Hirano, H. Watanabe, S. Iida, T. Amano, T. Terasawa, M. Hatakeyama, T. Murakami, “Study of EUV mask inspec-tion using projection EB optics with programmed pattern