JP2005121778A - 欠陥検出感度検査用マスク及び欠陥検出感度検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基本パターンに作り込んだパターン欠陥の、設計値からのズレによる影響を抑えて、正確にマスクパターンの欠陥検査装置の欠陥検出感度を評価する。
【解決手段】 基本パターンの設計データを基づきパターンが形成された基本パターン領域と、基本パターンに、所定の欠陥を加えた欠陥パターンの設計データを元にパターンが形成された欠陥パターン領域とを備える欠陥検出感度検査用マスクを用いて、マスク欠陥検出感度の検査を行う。この際、パターン欠陥検出感度検査用マスクの基本パターン領域に形成された基本パターンから取得した基本検査画像と、欠陥パターンの設計データを基に画像処理により生成した欠陥参照画像とを、比較して欠陥を検出する。そして、その検出結果から、パターン欠陥検査装置の欠陥検出感度を検査する。
【選択図】 図２

Description

この発明は欠陥検出感度検査用マスク及び欠陥検出感度検査方法に関する。更に具体的には、フォトマスクのパターン欠陥を検査する欠陥検査装置の欠陥検出感度を測定するために用いられる欠陥検出感度検査用マスク、及び、これを用いた欠陥検出感度検査方法に関するものである。

現在、半導体集積回路の製造において、半導体ウェーハに微細パターンを形成する場合、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスク（あるいは、レチクル）に形成されたパターンを１/１０程度に縮小して転写する方法が多用されている。また、一般には、１つのマスクのパターンが、複数のウェーハ、あるいは、１枚のウェーハ上の複数領域に転写される。従って、マスクパターン自体に存在する欠陥は、半導体製造歩留まりを大きく低下させる原因となる。このため、マスクに形成されたパターンの欠陥を検出し、欠陥を有するマスクの使用を避けることは、半導体集積回路の製造においては、重要な課題である。更に、近年、半導体集積回路の微細化、高集積化の要求に伴い、マスクパターンの微細化も進んでいる。従って、マスクパターンの検査においては、より微細な欠陥をも検出できるよう、高精度、高感度な検査が望まれている。

一般に、マスクのパターン欠陥検査方法には、「Die to Die」と呼ばれる方法と、「Die to Database」と呼ばれる方法とがある。
「Die to Die」は、例えば、同一のパターン領域が、１枚のマスク上に繰り返し配列してある場合などに用いられる検査で、２以上のパターン領域のパターン同士を比較して、その違いを欠陥検出手段によって検出する技術である。
一方、「Die to Database」は、あるパターン領域のパターンを検出手段で検出し、その検出画像と、そのパターン領域の元の設計データとを比較して欠陥を検出する方法である。

ところで、このようなパターン欠陥検査の際に用いられる欠陥検査装置の性能確認や性能管理等のため、最小欠陥検出サイズ等から欠陥検査装置の欠陥検出感度の確認が要求される場合がある。この場合、例えば、ドットパターンやホールパターン等のパターン欠陥、あるいは、半透明の（即ち、光透過率の低い）材料からなるパターン欠陥を、予め、基本パターンに作り込んだ欠陥検査用マスクを用いて欠陥検出を行い、その欠陥検出の結果から感度を判断する。具体的には、パターン欠陥を含んだ欠陥検査用マスクから、検出手段により取得した検査画像と、パターン欠陥を含まない基本パターンの設計データから生成した参照画像とを比較検査する。この検査により、欠陥として検出した部分の座標とその欠陥のサイズとを記録する。そして、この記録されたデータと、予めマスクに作り込んだパターン欠陥の設計データとを、順次比較して、パターン欠陥を、実際に検出できたか否かで、検出感度を判断する方法が取られている（例えば、特許文献１参照）。

このような欠陥検出感度を評価するために用いられる欠陥検査用マスクを形成する場合、例えば、マスクの欠陥部分の検出サイズをある程度正確に評価するためには、欠陥検査用マスクのパターン欠陥は、欠陥検査装置の欠陥検出感度に相当する欠陥サイズよりも小さなサイズで形成する必要がある。また、それら欠陥サイズの計測には、パターン欠陥の欠陥検出サイズを正しく評価するために、例えば、欠陥検査装置よりも波長の短い光源をもつ光学顕微鏡や、あるいは、電子線走査顕微鏡（ＳＥＭ）等が用いられる。また、例えば、ゴミ等異物欠陥の欠陥検出サイズを評価するための欠陥検査用マスクは、予めサイズの判明している真球状ポリスチレンラテックスなどの粒子を散在して、パターン欠陥を追加する等の方法により形成される。

特開平５−９４００５号公報

しかし、各種基本パターンに、種類やサイズの異なるパターン欠陥を、遮光部あるいは透過部として、設計データのサイズの通りに正確に作り込むことは困難であり、このため形成されたパターン欠陥のサイズが、設計データ上の値とは乖離していたり、形成した欠陥と欠陥との間隔が大きくなっていたりする場合がある。特に、ピンホール欠陥や、ドット欠陥等の、設計データサイズ通りの形成は困難であり、設計データとのずれが生じやすい。また、現在の微細パターンに対応可能な検査を行うことを考えた場合、作りこむパターン欠陥にも、当然に微細化が要求されるため、正確なパターン欠陥を作りこむことは、ますます困難な状況となっている。また、真球状ポリスチレンラテックスなどの粒子を散在させたマスクは、散在させた異物の位置、及びその異物の大きさを正確に特定することは困難である。

しかし、欠陥検査用マスクに作り込むパターン欠陥が正確でなければ、当然に、欠陥検出感度の評価を正確に行うこともできないため、問題である。

従って、この発明は、以上の問題を解決し、欠陥検査装置の検出感度を、より正確に評価できるよう改良した欠陥検出感度検査用マスク及び欠陥検出感度検査方法を提供するものである。

この発明における欠陥検出感度検査用マスクは、
基本パターンの設計データを元にパターンが形成された基本パターン領域と、
前記基本パターンに、所定の欠陥を加えた欠陥パターンの設計データを基にパターンが形成された欠陥パターン領域と、
を備えるものである。

また、この発明における欠陥感度検査方法は、
基本パターンの設計データを基づきパターンが形成された基本パターン領域と、
前記基本パターンに、所定の欠陥を加えた欠陥パターンの設計データを基にパターンが形成された欠陥パターン領域と、
を備える欠陥検出感度検査用マスクを用いて、マスク欠陥検出感度の検査を行う際に、
前記パターン欠陥検出感度検査用マスクの前記基本パターン領域に形成された前記基本パターンから取得した基本検査画像と、
前記欠陥パターンの設計データを基に画像処理により生成した欠陥参照画像と、
を、比較して欠陥を検出し、その検出結果から、パターン欠陥検査装置の欠陥検出感度を検査するものである。

この発明においては、欠陥検出感度検査用マスクの基本パターン部分の基本検査画像と、欠陥パターンの設計データから得た欠陥参照画像とを比較する。従って、比較される参照画像側には、正確にパターン欠陥を含む設計データを用いることができる。このため、パターン欠陥の設計上のデータと、実際にマスクに形成されたパターン欠陥とのズレに左右されることなく、欠陥検出感度の検査を、より正確に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態における欠陥検査用マスク１００を説明するための模式図である。
図１に示すように、欠陥検査用マスク１００は、基本パターン領域１１０と、欠陥パターン領域１２０とを含んで構成されている。

欠陥検査用マスク１００において、マスク基板２は、ガラス等の光透過率の高い材料により構成されている。また、遮光部分４は、クロム等の光を遮断する材料により構成された、光を遮断する部分である。

基本パターン領域１１０においては、マスク基板２上に、遮光部分４が、基本パターン設計データに基づいて配置されて、基本パターンが形成されている。基本パターンの遮光部分４は、ライン１０と、パッド１２とからなる。また、欠陥パターン領域１２０においては、マスク基板２上に、遮光部分４が、欠陥パターン設計データに基づいて配置されている。ここで、欠陥パターンは、基本パターンに、ピンホール１４と、ピンドット１６からなるパターン欠陥を作り込んだパターンである。

具体的には、基本パターン領域１１０の基本パターンは、例えば、寸法幅約３００nmのライン１０と、ライン１０上に規則的に配置された約５００nm角のパッド１２とからなる。また、欠陥パターン領域１２０の欠陥パターンは、基本パターンに加えて、パターン欠陥として、ピンホール１４と、ピンドット１６とが形成されたパターンである。ピンホール１４は、基本パターンの所定のパッド１２上に、規則的に繰り返し配置されている。また、ピンドット１６は、基本パターンの所定のパッド１２付近に、規則的に繰り返し配置されている。ピンホール１４及びピンドット１６のサイズは、それぞれ、約１４nmから、約２８０nmまで、１４nm刻みで、２０段階の異なるサイズに振り分けられている。なお、このようなパターンは、SEMI Draft Documentにある、SEMI STANDARD P23-99-1500Wパターンのベース寸法と、配列を変更して使用したものでもよい。また、このようなパターンは、電子線描画装置を用いて形成すればよい。

図２は、この実施の形態において、欠陥検査及びその欠陥検出感度検査のために用いられる検査装置２００を説明するための模式図である。
検査装置２００においては、欠陥検査の対象となるマスクの検査画像を取得する検査画像取得部２１０と、そのマスクのパターン設計データから参照画像を生成する参照画像作成部２２０と、検査画像と、参照画像とを比較して欠陥を検出する、比較検査部２３０とが設けられている。

検査画像取得部２１０は、マスクの検査画像を取得するための検出手段として、光源２０、ミラー２２、ハーフミラー２４、対物レンズ２６、マスクステージ２８、コレクタレンズ３０、ミラー３２、さらに、イメージセンサ３４、３６、バッファメモリ３８を含んで構成されている。
一方、参照画像作成部２２０は、基本パターン設計データ４２、欠陥パターン設計データ４４とを読み込み、参照画像を作成するデータ準備システム４６を含んで構成されている。
また、比較検査部２３０は、比較検査システム５０及びデータ収集システム５２を含んで構成されている。

検査装置２００において、検査画像を取得する場合、マスクステージ２８に、欠陥検査の対象となるマスクが載置される。そして、光源２０から、検査光が発振されると、検査光は、まず、ミラー２２に入射する。ミラー２２は、入射した検査光を、ハーフミラー２４方向に反射する。ハーフミラー２４は、ミラー２２からの検査光を透過する。ハーフミラー２４を透過した光は、対物レンズ２６に入射して、対物レンズ２６において、焦点が合わせられ、マスクステージ２８上に載置されたマスクに照射される。

マスクを透過した光は、コンタクトレンズ３０に入射して集光され、ミラー３２に反射して、イメージセンサ３４に送られ、イメージセンサ３４から、バッファメモリ３８に送られて透過像として取り込まれる。

一方、マスクを反射した光は、ハーフミラー２４に入射して、ここで反射する。この反射光は、イメージセンサ３６に送られ、イメージセンサ３６から、バッファメモリ３８に送られて反射像として取り込まれる。

バッファメモリ３８に取り込まれた透過像、あるいは、反射像は、マスクの検査画像として、バッファメモリ３８から、必要に応じて、１画面毎に、順次比較検査システム５０に送信できるようになっている。

一方、検査対象となるマスクパターンの基本パターン設計データ４２、あるいは、欠陥パターン設計データ４４は、データ準備システム４６に取り込まれる。データ準備システム４６においては、取り込まれたデータから参照画像が合成される。参照画像の合成においては、バッファメモリ３８に送られた検査画像に合うように、設計データの頂点部分を丸めたり、周辺部分に諧調を持たせたりする、いわゆる画像処理が行われる。ここで合成された参照画像は、１画面毎に、順次、比較検査システム５０に送信できるようになっている。

比較検査システム５０において、受信された検査画像と、参照画像とが比較検査され、欠陥が検出される。欠陥として、検出された箇所については、その欠陥の位置や欠陥のサイズなどの情報が、データ収集システム５２に送信される。

図３は、この発明の実施の形態において、欠陥感度を検査する工程を説明するためのフロー図である。
この実施の形態において、欠陥感度を検査する場合には、検査画像取得部２１０において、マスクステージ２８に、欠陥検査用マスク１００を載置する（ステップＳ２）。その後、光源２０から、検査光を照射して、欠陥検査用マスク１００の、基本パターン領域１１０、及び、欠陥領域１２０に対応する基本検査画像、欠陥検査画像を、それぞれ、バッファメモリ３８に取り込む。バッファメモリ３８には、基本検査画像と、欠陥検査画像とが登録される（ステップＳ４）。

一方、参照画像作成部２２０においては、データ準備システムにおいて、基本パターン設計データ４２あるいは、欠陥パターン設計データ４４から、基本参照画像あるいは欠陥参照画像が作成される（ステップＳ６）。

バッファメモリ３８からは、基本検査画像の画像が、１画面ごとに、順次、比較検査システム５０に送信される。一方、この送信される画像に対応する部分の、欠陥参照画像が、データ準備システム４６から比較検査システム５０に送信される。比較検査システム５０においては、両者を比較して、欠陥を有する部分を発見した場合には、その部分の座標や、欠陥のサイズを、データ収集システム５２に送信する（ステップＳ１０）。なお、ここでは、欠陥参照画像と、基本検査画像とを比較している。検査画像側は、基本パターン設計データに基づいて作成された基本パターン領域１１０から得られた画像であり、欠陥が無いものと考えられることから、ここで検出される欠陥は、参照画像側の欠陥として登録される。

ここで、実際に欠陥として登録された部分と、欠陥パターンの設計データとを比較して、どのサイズの欠陥まで検出することができたか等を検査し、参照画像側の欠陥検出の感度を評価することができる（ステップＳ１２）。

次に、バッファメモリ３８からは、欠陥検査画像の画像が、１画面ごとに、順次、比較検査システム５０に送信される。一方、この送信される画像に対応する部分の基本参照画像が、データ準備システム４６から、比較検査システム５０に送信される。比較検査システム５０は、両者を比較して、欠陥を有する部分を発見した場合には、その部分の座標や、欠陥のサイズをデータ収集システム５２に送信する（ステップＳ１４）。なお、ここでは、欠陥検査画像と、基本参照画像とを比較している。参照画像側は、基本パターン設計データに基づいて生成されたものであり、欠陥が無いものと考えられることから、ここで検出される欠陥は、検査画像側の欠陥として登録される。

ここで、実際に欠陥として登録された部分と、欠陥パターンの設計データとを比較して、どのサイズの欠陥まで検出することができたか等を検査し、検査画像側の欠陥検出の感度を評価することができる（ステップＳ１６）。
最終的に、参照画像側の欠陥検出の感度と、検査画像側の欠陥検出の感度とから、欠陥検査装置２００の欠陥検出感度を評価することができる（ステップＳ１８）。

以上説明したように、この実施の形態においては、まず、基本パターンの検出画像と、欠陥パターンの参照画像とを比較することにより、欠陥検出感度の評価を行うことができる。即ち、欠陥検出感度の測定において、実際に形成されたマスクからの検出画像側は基本パターンに対応する基本検出画像を用いる。従って、欠陥サイズに、設計データからのずれが生じている場合にも、そのずれに左右されることなく、正確に、欠陥検出感度を評価を行うことができる。

また、この実施の形態においては、更に、通常の欠陥感度測定の際と同様に、欠陥パターンに対応する欠陥検出画像と、基本パターンからの基本参照画像とを比較して、検査画像側の欠陥検出の感度をも測定し、欠陥検査装置の感度検出の際には、この結果をも考慮して感度評価を行う。従って、より正確な感度の評価を行うことができる。

また、ここでは、１のマスクに、基本パターン領域１１０と、欠陥パターン領域１２０とが形成され、同時に、基本検出画像と、欠陥検出画像とを得る事ができる。従って、欠陥検査用マスク１００の交換等を必要とせず、効率の良い検査を行うことができる。

なお、この実施の形態においては、基本検査画像と、欠陥参照画像とを比較した後、更に、基本参照画像と、欠陥検査画像とを比較する場合について説明した。これは、このように、２重の検査を行うことにより、参照画像側の欠陥検出感度と、検査画像側の欠陥検出感度とを踏まえて、より、正確な感度の評価を行うことができるためである。しかし、この発明は、このように２段階に比較を行うものに限るものではなく、基本検査画像と、欠陥参照画像との比較のみを行うものであってもよい。この場合には、欠陥検査用マスク１００は、基本パターン領域１１０のみを備えるものであってもよい。

また、この発明において、欠陥検査用マスク１００の各部材の構成材料、あるいは、欠陥検査装置２００の構造等は、この実施の形態において説明したに限られるものではなく、この発明の範囲内で、適宜選択しうるものである。

なお、例えば、この実施の形態において、欠陥検査用マスク１００は、この発明の欠陥検出感度検査用マスクに該当する。

この発明の実施の形態における欠陥検査用マスクを説明するための模式図である。 この発明の実施の形態における欠陥検査装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態における欠陥検出感度を評価する工程を説明するためのフロー図である。

符号の説明

１００ 欠陥検査用マスク
１１０ 基本パターン領域
１２０ 欠陥パターン領域
２ マスク基板
４ 遮光部
１０ ライン
１２ パッド
１４ ピンホール
１６ ピンドット
２００ 欠陥検査装置
２１０ 検査画像取得部
２２０ 参照画像作成部
２３０ 比較検査部
２０ 光源
２２ ミラー
２４ ハーフミラー
２６ 対物レンズ
２８ マスクステージ
３０ コンタクトレンズ
３２ ミラー
３４ イメージセンサ
３６ イメージセンサ
３８ バッファメモリ
４２ 基本パターン設計データ
４４ 欠陥パターン設計データ
４６ データ準備システム
５０ 比較検査システム
５２ データ収集システム

Claims (3)

1. 基本パターンの設計データを元にパターンが形成された基本パターン領域と、
   前記基本パターンに、所定の欠陥を加えた欠陥パターンの設計データを基にパターンが形成された欠陥パターン領域と、
   を備えることを特徴とする欠陥検出感度検査用マスク。
2. 基本パターンの設計データを基づきパターンが形成された基本パターン領域と、
   前記基本パターンに、所定の欠陥を加えた欠陥パターンの設計データを基にパターンが形成された欠陥パターン領域と、
   を備える欠陥検出感度検査用マスクを用いて、マスク欠陥検出感度の検査を行う際に、
   前記パターン欠陥検出感度検査用マスクの前記基本パターン領域に形成された前記基本パターンから取得した基本検査画像と、
   前記欠陥パターンの設計データを基に画像処理により生成した欠陥参照画像と、
   を、比較して欠陥を検出し、その検出結果から、パターン欠陥検査装置の欠陥検出感度を検査することを特徴とする欠陥検出感度検査方法。
3. 前記欠陥検出感度検査方法は、更に、
   前記パターン欠陥検出感度検査用マスクの前記欠陥パターン領域に形成された欠陥パターンから取得した欠陥検査画像と、
   前記基本パターンの設計データを基に画像処理により生成した基本参照画像と、
   を比較した結果を踏まえて、パターン欠陥検査装置の検出感度を検査する事を特徴とする請求項２に記載の欠陥検出感度検査方法。

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