JP2004012779A - マスクの検査方法およびマスク欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細パターンが形成されたマスクで、修正が必要な欠陥を正確かつ容易に検出できるマスクの検査方法と、マスク欠陥修正装置を提供する。
【解決手段】所定のパターンで光透過領域と遮光領域を有し、パターンの転写に用いられるマスクにおいて、パターンの欠陥を検出する方法であって、パターンの線幅および／または間隔が異なる複数の条件に対し、予め許容欠陥サイズを設定しておく工程と、欠陥を検出し、欠陥部分でのパターンの線幅および間隔を認識する工程と、認識されたパターンの線幅と間隔に対応する許容欠陥サイズを選択し、検出された欠陥のサイズと比較する工程と、許容欠陥サイズより大きい欠陥を、修正が必要な欠陥と判断する工程とを有するマスクの検査方法およびそれに用いるマスク欠陥修正装置。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置等の製造におけるリソグラフィ工程で用いられるマスクの検査方法と、マスク欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、フォトリソグラフィに用いられるフォトマスク上のパターンサイズは、ますます小さくなっている。従来、フォトリソグラフィにおいては露光波長の短波長化によって、微細パターンの形成精度が高められてきた。しかしながら、近年、転写パターンが露光波長より小さくなり、同一の露光波長でのフォトマスクの延命策として、超解像技術が広く用いられている。
【０００３】
超解像技術には、大別して露光装置（ステッパー、スキャナー）側で行うタイプとマスク側で行うタイプの２種類がある。前者の技術は変形照明と呼ばれ、照明方法を変化させることにより解像力を向上させる。前者の例としては、現在一般的に使用されている輪帯照明が挙げられる。
【０００４】
一方、後者の技術ではハーフトーン型位相シフトマスクやレベンソン位相シフトマスク等を用いる。ハーフトーン型位相シフトマスクは遮光領域を半透過膜とし、非遮光領域を透過する光の位相と遮光領域を透過する光の位相を反転させて、光強度がゼロとなる部分を発生させるものである。ハーフトーン型位相シフトマスクは変形照明と併用される場合もある。
【０００５】
レベンソン位相シフトマスクは、非遮光領域（光透過領域）内に光路長が互いに異なる部分（位相シフタ）を設けたものである。例えば、非遮光領域で基板の一部を掘り込むことにより、マスク上での位置に応じてマスクの透過光に位相差が生じる。これにより、パターンの解像度が向上する。
【０００６】
上記のような超解像技術によれば、露光波長を短波長化せずに、パターンの微細化が可能となる。しかしながら、露光波長を短波長化してパターンを微細化した場合に比較すると、一般に超解像技術では、マスク上の線幅エラーや欠陥等が転写パターンに対して、より大きな影響を与える。
【０００７】
さらに、位相シフトマスクでパターンが密に配置された場合、透過する光量が低下し、十分なコントラストが取れないため、欠陥の影響が大きくなる。それに対して、パターンが疎の場合には、密な場合と比較すると欠陥周辺から透過する光量が多くなるため、欠陥が転写に与える影響は相対的に小さくなる。
【０００８】
このようにパターンの疎密に応じて、欠陥が転写に与える影響の大きさが変化する現象は、超解像技術を用いない従来のフォトリソグラフィにおいても見られている。超解像技術を用いることにより、パターンの粗密時の差はより大きくなる。従来、欠陥の判定は、パターンの粗密によらずに一律に決定される許容欠陥サイズとの比較により行われていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
超解像技術を用いた場合に、一律の許容欠陥サイズに基づいて欠陥の判定を行うと、パターンが密の部分では、実質的に転写に影響を及ぼす欠陥が許容される可能性がある。逆に、パターンが疎の部分では、実質的に転写に影響を及ぼさない欠陥が許容されなくなる可能性がある。したがって、従来の一律の許容欠陥サイズに基づく欠陥検出方法では、欠陥の判断が困難となる。
【００１０】
欠陥は通常、集束イオンビーム（ＦＩＢ；ｆｏｃｕｓｅｄ　ｉｏｎ　ｂｅａｍ）を照射しながら遮光膜を除去するか堆積させて修正される。一般に、欠陥が小さくなるほど、欠陥を高精度に修正するのが困難となる。したがって、一律で許容欠陥サイズを決定した場合、許容欠陥サイズが縮小されて欠陥数が増加すると、すべての欠陥を正確に修正するのに要する時間が長くなる。
【００１１】
欠陥修正の所要時間を短縮しようとすると、欠陥修正装置における欠陥の修正確率が低下する問題が起こる。そこで、欠陥検査において検出された欠陥すべてをそのまま修正するのではなく、修正が必要な欠陥を選択することが重要となっている。
【００１２】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、微細パターンが形成されたマスクで、修正が必要な欠陥を正確かつ容易に検出できるマスクの検査方法と、マスク欠陥修正装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクの検査方法は、所定のパターンで光透過領域と遮光領域を有し、前記パターンの転写に用いられるマスクにおいて、パターンの欠陥を検出するための検査方法であって、パターンの線幅および／または間隔が異なる複数の条件に対し、予め許容欠陥サイズを設定しておく工程と、欠陥を検出し、該欠陥部分でのパターンの線幅および間隔を認識する工程と、欠陥部分で認識されたパターンの線幅および間隔に対応する許容欠陥サイズを選択し、検出された欠陥のサイズと比較する工程と、許容欠陥サイズより大きい欠陥を、修正が必要な欠陥と判断する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明のマスク欠陥検査装置は、所定のパターンで光透過領域と遮光領域を有し、前記パターンの転写に用いられるマスクにおいて、パターンの欠陥を検出するための検査装置であって、パターンの線幅および／または間隔が異なる複数の条件に対し、予め設定された許容欠陥サイズを登録しておく記憶手段と、マスクのパターンを参照用パターンと比較して、欠陥を検出するパターン識別手段と、検出された欠陥部分でのパターンの線幅および間隔を認識する計測手段と、欠陥部分で認識されたパターンの線幅および間隔に対応する許容欠陥サイズを前記記憶手段に登録された許容欠陥サイズから選択し、検出された欠陥のサイズと比較して、許容欠陥サイズより大きい欠陥を、修正が必要な欠陥と判断する欠陥判断手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、マスクの欠陥検査において、修正が必要な欠陥を正確に判断することが可能となる。したがって、露光の際に問題とならない欠陥に修正を行う必要がなくなり、欠陥修正の所要時間を短縮できる。また、修正の対象となる欠陥の個数が低減することから、各欠陥の修正を高精度に行うことも可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のマスクの検査方法およびマスク欠陥検査装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明は、超解像技術を用いたフォトリソグラフィに使用されるマスクの検査に適用できる。ここで、超解像技術は前述した露光装置側の技術（変形照明）とマスク側の技術（位相シフトマスク）をそれぞれ単独で行う場合と、組み合わせて行う場合を両方含む。
【００１７】
図１は、本実施形態のマスクの検査方法が適用されるフォトマスクの一例を示す断面図である。図１に示すように、遮光領域にはガラス基板１上に遮光膜２が所定のパターンで形成され、光透過領域には遮光膜２が形成されない。遮光膜２が光を透過させない場合（通常のバイナリマスクの場合）、超解像技術として変形照明を用いる。
【００１８】
遮光膜２が半透過膜の場合（ハーフトーン型位相シフトマスクの場合）は変形照明を用いなくてもよいが、変形照明を組み合わせることもできる。また、図示しないが、レベンソン位相シフトマスク等、他のマスクの欠陥検査に本発明を適用することもできる。
【００１９】
図２は、本実施形態のマスクの検査方法を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態のマスクの検査方法によれば、ステップ１（ＳＴ１）でフォトマスクから所望のパターンと異なるパターン（欠陥）を検出する。
ステップ２（ＳＴ２）で欠陥部分のパターンサイズおよびパターンピッチを認識する。ここで、パターンサイズはマスク上のパターンの線幅を示す。
【００２０】
ステップ３（ＳＴ３）では、ステップ１で検出された欠陥のサイズと、予め作成され、マスク欠陥検査装置に登録された許容欠陥サイズテーブル内の特定の許容欠陥サイズを比較する。ステップ４（ＳＴ４）で欠陥サイズが許容欠陥サイズ以下であれば、欠陥修正が不要と判断し、その欠陥には修正を行わない。ステップ４で欠陥サイズが許容欠陥サイズを超えていれば、欠陥修正が必要と判断し、その欠陥に修正を行う。以上が本実施形態のマスクの検査方法の概略である。
【００２１】
許容欠陥サイズテーブルでは、パターンサイズおよびパターンピッチ毎に許容欠陥サイズが設定される。欠陥の位置における設計上のパターンサイズおよびパターンピッチに基づき、実際の欠陥サイズとの比較に用いる許容欠陥サイズが許容欠陥サイズテーブルから選択される。
【００２２】
許容欠陥サイズテーブル内の許容欠陥サイズは、光強度シミュレーションあるいは実際に作製されたマスクを用いた実験の結果から導出できる。許容欠陥サイズを実験から導出する場合、既知のサイズの欠陥を含むマスクを用いてウェハ上のレジストにパターンを転写する。
【００２３】
例えば、デザインルールが０．１μｍとなるデバイスの作製に用いられる位相シフトマスクの場合、マスク上のパターンサイズは最小で０．３μｍ程度となる。露光波長を１９３ｎｍとすると、ウェハ上に転写されるパターンの線幅（転写線幅）は、露光波長より小さくなる場合が含まれる。
【００２４】
許容欠陥サイズテーブルでは、パターンサイズを例えば１．０μｍから０．３μｍまで０．１μｍ間隔で設定し、パターンピッチを１：１〜１：２．５の範囲で設定する。ここで、パターンピッチは線幅とパターン間隔の相対比で示し、線幅を１としたときのパターン間隔をｎとして、１：ｎで表す。欠陥の転写性を評価する目的で、このようなパターンに所定の大きさの欠陥が配置される。
【００２５】
また、許容欠陥サイズはパターンと欠陥との位置関係によっても変化する。そこで、許容欠陥サイズテーブルでは、このような位置関係が互いに異なる欠陥を、異なる欠陥種として区別し、欠陥種毎に許容欠陥サイズを設定してもよい。
【００２６】
以下、許容欠陥サイズテーブルの作成方法を説明する。許容欠陥サイズテーブルには、パターンサイズおよびパターンピッチ毎、さらに好適には欠陥種毎に許容欠陥サイズが設定されるが、一例として、パターンサイズが０．４μｍのときの許容欠陥サイズを求める手順を示す。表１は、パターンサイズが０．４μｍのときの転写線幅エラー量を示す表である。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１に示すように、欠陥サイズ、欠陥種、パターンピッチをそれぞれ変化させ、各条件での転写線幅エラー量を求める。欠陥種は欠陥サイズ毎に２種類とした。第１の欠陥種は、図３（ａ）に示すように、隣接する２つのパターン１１の中間に孤立して遮光膜が残存した欠陥１２である。表１において、第１の欠陥種を各欠陥サイズで左側の列に示す。第２の欠陥種は、図３（ｂ）に示すように、１つのパターン１１のパターンエッジに接するように、遮光膜が残存した欠陥１２である。表１において、第２の欠陥種を各欠陥サイズで右側の列に示す。
【００２９】
図４（ａ）は、マスクに形成されるパターンを示し、図３（ａ）および（ｂ）に示すパターンで欠陥がない状態に対応する。図４（ａ）のパターンが形成されたマスクを用いて露光を行うと、ウェハ上のレジストには、図４（ｂ）に示すように、転写線幅Ｗ１でパターンが転写される。
【００３０】
ウェハ上のレジストに転写されるパターンは、光強度シミュレーション（後述）あるいは実際に作製されたマスクを用いた実験により調べることができる。例えば、図３（ａ）に示す欠陥を含むマスクを用いて露光を行うと、図５に示すようなパターンが転写される。図５に示すように、図３（ａ）の欠陥１２の部分では、転写線幅Ｗ２でパターンが転写される。
【００３１】
図４（ｂ）に示す欠陥がない場合の転写線幅Ｗ１と、図５に示す欠陥がある場合の転写線幅Ｗ２を比較して線幅差を求め、この線幅差を転写線幅エラー量とする。予め、実験等により転写線幅エラー量の許容範囲を、例えば転写線幅Ｗ１の±１０％以内というように設定しておく。表１において、許容される転写線幅エラー量となる欠陥サイズのうち最大のサイズが、その条件での許容欠陥サイズとなる。
【００３２】
転写線幅や転写されるパターンの間隔が露光波長より十分大きい場合、マスク上のパターンサイズが同一であれば、転写線幅は露光装置の光学系の倍率に応じたほぼ一定の値となる。
それに対し、本実施形態のように、転写線幅やパターン間隔が露光波長以下となる場合を含むと、パターンサイズが一定の値（０．４μｍ）であっても、転写線幅は一定とならず、パターンピッチに応じて微妙に変化する。そこで、転写線幅エラー量の許容範囲についても、表１の全体に対して一律の値を適用せず、パターンピッチや欠陥種毎に、欠陥がない場合の転写線幅から転写線幅エラー量の許容範囲が設定される。
【００３３】
許容欠陥サイズを設定する手順の一例を示す。表１に示すパターンサイズ０．４μｍの場合に、パターンピッチ１：１．５で欠陥がないときの転写線幅が０．１０μｍであると仮定する。転写線幅エラー量の許容範囲を、欠陥がないときの転写線幅の±１０％以内とすると、転写線幅エラー量の許容範囲は１０ｎｍ以内となる。
【００３４】
表１において、欠陥サイズが０．１２μｍであれば、第１の欠陥種と第２の欠陥種でともに転写線幅エラー量が許容範囲となる。一方、欠陥サイズが０．１４μｍになると、第１の欠陥種と第２の欠陥種でともに転写線幅エラー量が許容範囲を超える。したがって、パターンサイズ０．４μｍ、パターンピッチ１：１．５のとき、第１の欠陥種と第２の欠陥種でともに許容欠陥サイズは０．１２μｍとなる。
【００３５】
表１において、同様の手順ですべてのパターンピッチについて第１の欠陥種と第２の欠陥種の許容欠陥サイズを求め、これらの値を前述した許容欠陥サイズテーブルのパターンサイズ０．４μｍについてのデータとする。表１と同様の表を、他のパターンサイズについても作成し、同様の手順で許容欠陥サイズを求める。これにより、許容欠陥サイズテーブルが得られる。
【００３６】
表１に示すように、欠陥サイズが同一であれば、パターンピッチが小さくなるほど、転写線幅エラー量は大きくなる傾向がある。また、パターンピッチが同一であれば、欠陥サイズが大きくなるほど、転写線幅エラー量は大きくなる傾向がある。
【００３７】
上記の手順で許容欠陥サイズを設定することにより、欠陥をサイズのみでなく、転写への影響度に応じて選別することが可能となる。したがって、例えばパターン間隔が大きい部分に発生した欠陥等、実際には問題とならない欠陥に修正を行う必要がなくなる。修正が必要な欠陥のみ選択的に修正することにより、修正に要する時間を短縮したり、修正の精度を高くしたりすることができる。
【００３８】
フォトマスクの検査において検出された欠陥のサイズと、作成された許容欠陥サイズテーブル内の許容欠陥サイズとを比較する場合、パターンピッチが許容欠陥サイズテーブルで設定されていない値であったときは、以下のように比較の対象となる許容欠陥サイズを導出する。
【００３９】
パターンピッチが許容欠陥サイズテーブル内のパターンピッチの最小値と最大値の間の場合（表１の例では１：０〜１：２．５の場合）は、内挿補間により許容欠陥サイズを求める。パターンピッチが許容欠陥サイズテーブル内のパターンピッチの最小値より小さい場合（表１の例では１：１．０より小さい場合）は、外挿補間により許容欠陥サイズを求める。パターンピッチが許容欠陥サイズテーブル内のパターンピッチの最大値より大きい場合（表１の例では１：２．５より大きい場合）は、最大値（例えば１：２．５）のときの許容欠陥サイズと同一とする。
【００４０】
次に、上記の許容欠陥サイズテーブルの作成に用いる光強度シミュレーションについて説明する。光強度シミュレーションには、リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いることができる。図６にリソグラフィシミュレーション顕微鏡の光学系を示す。リソグラフィシミュレーション顕微鏡によれば、マスクパターンを転写したときの投影像を、実際のフォトマスクを用いてシミュレーションできる。
【００４１】
図６に示すように、リソグラフィシミュレーション顕微鏡２１は、光源として水銀ランプ２２とハロゲンランプ２３を有し、波長２４８ｎｍおよび３６５ｎｍでの測定が可能である。水銀ランプ２２からの光はコールドミラー２４、フィルター２５およびハーフミラー２６を経て、シグマアパーチャー２７に導かれる。ハロゲンランプ２３からの光はハーフミラー２６を経て、シグマアパーチャー２７に導かれる。
【００４２】
シグマアパーチャー２７を調整することにより、コヒーレンスファクターσが設定される。コヒーレンスファクターσの値は０．１〜１．０の間で可変となっている。シグマアパーチャー２７を通過した光は、ミラー２８で反射され、フォトマスク２９に照射される。
【００４３】
フォトマスク２９の光入射側には、コンデンサレンズ３０が配置される。フォトマスク２９の透過光は対物レンズ３１に入射する。対物レンズ３１を通過した光は、フォーカスレンズ３２により結像され、開口数（ＮＡ）設定アパーチャー３３を経て、ＣＣＤカメラ３４で検出される。
【００４４】
次に、本実施形態のマスク欠陥検査装置を説明する。本実施形態のマスク欠陥検査装置は、図７に示すように欠陥検査部４１、制御部４２および許容欠陥サイズテーブル登録部４３を有する。欠陥検査部４１では、例えばフォトマスクの透過光を、ＣＣＤイメージセンサを用いて検出する。
【００４５】
ＣＣＤイメージセンサで検出された透過光のパターンは画像処理され、例えば設計パターンと参照される。設計パターンでなく、同一の設計パターンに基づいて作製された他のフォトマスクとパターンを比較してもよい。設計パターンあるいは他のフォトマスクのパターンと異なる部分が、欠陥として検出される。
【００４６】
本実施形態のマスク欠陥検査装置で実行される欠陥診断アルゴリズムによれば、欠陥が検出されると、欠陥検査部４１で欠陥から最も近いパターンの線幅と、欠陥部分のパターン間隔が認識される。認識された線幅およびパターン間隔から、制御部４２でパターンピッチが算出される。
【００４７】
続いて、制御部４２は許容欠陥サイズテーブル登録部４３に予め登録された許容欠陥サイズテーブルから所定の欠陥種、パターンサイズおよびパターンピッチに対応する許容欠陥サイズを選択し、欠陥検査部４１で検出された欠陥のサイズと比較する。検出された欠陥のうち、許容欠陥サイズを超えたもののみ修正が必要な欠陥と判断する。上記の本実施形態のマスク欠陥検査装置によれば、修正が必要な欠陥を正確かつ容易に判断できる。
【００４８】
本発明のマスクの検査方法およびマスク欠陥検査方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、許容欠陥サイズテーブルを光強度シミュレーションと実際に作製されたマスクを用いた実験の両方を併用して作成してもよい。この場合、光強度シミュレーションの結果を、実験結果により補正してもよい。
【００４９】
また、上記の説明では、光透過領域に遮光膜が残存した黒欠陥の判断例を示したが、遮光領域の一部が欠損する白欠陥の判断を行う際にも、本発明を適用できる。その場合、専用の許容欠陥サイズテーブルを別途作成しておく。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のマスクの検査方法によれば、検出された欠陥が許容される欠陥か、修正が必要な欠陥か、正確かつ容易に判断することが可能となる。
本発明のマスク欠陥検査装置によれば、欠陥の検出と、修正が必要な欠陥の選択を、正確かつ容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のマスクの検査方法が適用されるフォトマスクの断面図である。
【図２】図２は本発明のマスクの検査方法を示すフローチャートである。
【図３】図３（ａ）はパターンとパターンから孤立した欠陥の例であり、図３（ｂ）はパターンとパターンに接した欠陥の例である。
【図４】図４（ａ）は欠陥のないフォトマスクのマスクパターンを示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のパターンの転写イメージを示す。
【図５】図５は図３（ａ）のパターンの転写イメージを示す。
【図６】図６は本発明のマスクの検査方法において、許容欠陥サイズテーブルを作成するための光強度シミュレーションに用いる装置の光学系を示す概略図である。
【図７】図７は本発明のマスク欠陥検査装置の概略図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…遮光膜、１１…パターン、１２…欠陥、２１…リソグラフィシミュレーション顕微鏡、２２…水銀ランプ、２３…ハロゲンランプ、２４…コールドミラー、２５…フィルター、２６…ハーフミラー、２７…シグマアパーチャー、２８…ミラー、２９…フォトマスク、３０…コンデンサレンズ、３１…対物レンズ、３２…フォーカスレンズ、３３…ＮＡ設定アパーチャー、３４…ＣＣＤカメラ、４１…欠陥検査部、４２…制御部、４３…許容欠陥サイズテーブル登録部。

Claims (5)

1. 所定のパターンで光透過領域と遮光領域を有し、前記パターンの転写に用いられるマスクにおいて、パターンの欠陥を検出するための検査方法であって、
   パターンの線幅および／または間隔が異なる複数の条件に対し、予め許容欠陥サイズを設定しておく工程と、
   欠陥を検出し、該欠陥部分でのパターンの線幅および間隔を認識する工程と、欠陥部分で認識されたパターンの線幅および間隔に対応する許容欠陥サイズを選択し、検出された欠陥のサイズと比較する工程と、
   許容欠陥サイズより大きい欠陥を、修正が必要な欠陥と判断する工程とを有する
   マスクの検査方法。
2. 前記許容欠陥サイズを、パターンと欠陥が接した場合と、接しない場合にそれぞれ設定する
   請求項１記載のマスクの検査方法。
3. 予め許容欠陥サイズを設定する工程は、パターンの線幅および／または間隔が異なる複数の条件で、マスクにより転写されるパターンの線幅を、光強度シミュレーションにより求める工程を含む
   請求項１記載のマスクの検査方法。
4. 予め許容欠陥サイズを設定する工程は、パターンの線幅および／または間隔が異なるマスクを作製して、実際に露光を行い、マスクにより転写されるパターンの線幅を測定する工程を含む
   請求項１記載のマスクの検査方法。
5. 所定のパターンで光透過領域と遮光領域を有し、前記パターンの転写に用いられるマスクにおいて、パターンの欠陥を検出するための検査装置であって、
   パターンの線幅および／または間隔が異なる複数の条件に対し、予め設定された許容欠陥サイズを登録しておく記憶手段と、
   マスクのパターンを参照用パターンと比較して、欠陥を検出するパターン識別手段と、
   検出された欠陥部分でのパターンの線幅および間隔を認識する計測手段と、
   欠陥部分で認識されたパターンの線幅および間隔に対応する許容欠陥サイズを前記記憶手段に登録された許容欠陥サイズから選択し、検出された欠陥のサイズと比較して、許容欠陥サイズより大きい欠陥を、修正が必要な欠陥と判断する欠陥判断手段とを有する
   マスク欠陥検査装置。

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