JP2000258349A - フォトマスク外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フォトマスクの外観検査を、実際にステッパで
ウェハ上に露光するときと同じ条件で、迅速かつ良好な
精度で行えるようにすることを課題とする。 【解決手段】フォトマスクＳ１のパターンを画像入力処
理Ｓ２によって取り込み画像データ変換処理Ｓ３でマス
クパターンデータＳ４に変換し、ＣＡＤパターンＳ５を
ＣＡＤデータ変換処理Ｓ６によってマスクパターンデー
タＳ７に変換し、両者のマスクパターンデータに対して
マスクパターンデータ照合・抽出処理Ｓ８を行い欠陥を
含むパターン範囲を抽出し、その範囲のマスクパターン
データを、入力した光学条件Ｓ１０の下で光強度シミュ
レーション処理Ｓ９することで、光強度分布データＳ１
１、Ｓ１２が得られ、これらをデータ比較評価処理Ｓ１
３することでデータ比較評価結果Ｓ１４を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフォトマスク製造工
程中の外観検査工程において、フォトマスクのパターン
の欠陥を検査するための外観検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マスクパターンはフォトリソグラフィ技
術を用いて、フォトマスク上のパターンをウェハなどの
基板に露光転写するときの親パターン（マスタパター
ン）となる。転写されたパターンが正確に設計パターン
を再現するかどうかがマスクの品質の善し悪しとなる
が、品質上で問題となる要因が外観欠陥である。外観欠
陥は形状欠陥とその他に大きく分類できる。形状欠陥と
は、遮光パターンの形状と設計パターンの不一致部分で
あり、主な形状不良として断線、黒点、白点、突起、凹
み、ショートなどがある。これらの形状欠陥は、転写さ
れない程度のものであれば問題とならない。また、転写
されても回路特性に実害が無いような大きさであれば欠
陥には計数（カウント）せず、一定のサイズ以上のもの
を欠陥対象とする。一般的には設計パターンサイズの１
／３〜１／４程度以上が欠陥として定義されるが、微細
化が進むにつれて定義は厳しくなる傾向がある。

【０００３】フォトマスク上にある上記の欠陥を検出す
る工程が欠陥検査である。欠陥検査は１９７０年代の中
頃迄は目視検査に頼っていたが、パターンの微細化で目
視では不可能となり、１９７０年代の後半から自動外観
検査装置が導入されるようになった。自動外観検査の方
式は実際のマスクパターン同士を比較する方式であるｄ
ｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法と、設計データと比較する方
式であるｄｉｅ−ｔｏ−ＤＢ比較法に分類できる。

【０００４】ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法の基本構成は
２つの光学系をもち、それぞれからの比較するべきチッ
プの拡大像をＣＣＤなどのセンサ上に結像させ電気信号
に変換し、適当なアルゴリズムを用いて比較論理回路で
不一致部分を検出する。不一致部分を検出したときの座
標を欠陥位置情報として記録する。ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉ
ｅ比較法は基本的には同じ信号の比較であるので、ｄｉ
ｅ−ｔｏ−ＤＢ比較法に比べ検出感度は高く、検査速度
も速く、装置の構成も簡単である。

【０００５】しかし、ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法では
１枚のレチクルに１つのパターンしか持たない場合には
検査ができない欠点がある。また、複数のパターンをも
つレチクルにおいても、描画装置などの異常で再現性が
ある欠陥の場合には原理的に検出できない欠点がある。
一方、ｄｉｅ−ｔｏ−ＤＢ比較法では設計データと比較
するためそのようなことはなく、ｄｉｅ−ｔｏ−ＤＢ比
較法の重要性が増している。ｄｉｅ−ｔｏ−ＤＢ比較法
は単眼のｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法に設計パターンを
入力として比較パターンを発生する回路を追加した構造
になっており、チップの拡大像と設計パターンとを比較
し、不一致部分を検出する方法である。この方法は、パ
ターンを発生させる時間が検査時間を決めるため、検査
時間はｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較法に比較して一般に長
くなる。

【０００６】上記の外観検査方法では以下の問題に対応
することが困難である。それは、フォトマスクの品質と
いうのは既に述べたように転写されたパターンが正確に
設計パターンを再現するかどうかであり、フォトマスク
上のパターンと設計パターンの不一致部が、ウェハ上で
問題となるような欠陥として露光転写されるかどうか
は、実際に露光してみないと分からないという問題であ
る。上記の外観検査方法は作成したフォトマスクの可視
光による光学像を使って検査を行っており、パターンの
不一致部を検出することで断線、黒点、白点、突起、凹
み、ショートなどの欠陥を検出していた。しかし、フォ
トマスクのパターンをステッパを用いてシリコン上に露
光する際にはｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎ
ｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）と
いった可視光より波長が短い光源が使用されるため、本
来フォトマスクの外観検査を可視光で行うのでは、実際
の欠陥転写性を正確に検出することはできない。そのた
め、上記の外観検査法で欠陥と判定されたパターンも実
際に露光すると欠陥部分が消失してしまう場合や、また
逆に欠陥でないと判定されたパターンでもウェハ上に露
光してみたところ、欠陥となってしまう（黒ピン欠陥が
結像してしまうなど）ことがあった。

【０００７】更に、実際のＬＳＩ製造工程ではリソグラ
フィ工程を各層に対して行うため、基板上に前回のリソ
グラフィで生じたパターンの段差が残り、その上にまた
積層して露光を行う。その際、基板上にパターン段差が
あるため均一なフォーカスで露光されず、デフォーカス
（焦点外れ）状態となる部分が存在する。しかし、上記
の外観検査方法ではフォトマスクパターンそのものを検
査対象とするため、本来目的とするウェハ上に露光され
たパターンが前記デフォーカス部分で正確に転写される
かどうかを判定することは原理的に不可能である。つま
り、デフォーカス部分に対して生じるフォトマスクの露
光パターンの変化が、実際にウェハ上に露光されたパタ
ーンの変化と一致するのかという問題や、フォトマスク
上の欠陥がこの部分にどのような影響を与えるのかとい
うことは調べることができない。

【０００８】このような問題に対処するために、検査対
象となるレチクルのレクチルパターンと設計パターンの
各々に対して、実際にステッパの縮小光学系を通して得
られる光強度分布をシュミレーションによって求め、両
者の光強度分布を比較することでレクチルの外観検査を
行うことが提案されている（特開平９−２９７１０９
号）。

【０００９】しかしながら、特開平９−２９７１０９号
の発明は、検査を行う度に、検査対象となるレチクルの
レクチルパターンと設計パターン各々のパターン全体に
対して、シュミレーションを行わなければならないの
で、フォトマスクの製造現場で迅速に外観検査を行うこ
とが不可能であるという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を上
記問題を解決するためになされたもので、フォトマスク
の外観検査を、実際にステッパでウェハ上に露光すると
きと同じ条件で、迅速かつ良好な精度で行えるようにす
ることを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明において上記の課
題を達成するために、まず請求項１の発明では、フォト
マスクを画像入力処理したマスクパターンとＣＡＤパタ
ーンを照合することによってマスク上の欠陥を含むパタ
ーン範囲を抽出し、その抽出された範囲についてのみの
マスクパターンの光強度シミュレーション結果とＣＡＤ
パターンの光強度シミュレーション結果を比較評価する
ことにより、露光条件での欠陥判定やデフォーカス時の
欠陥特性の評価が迅速かつ精度良く行われるフォトマス
ク外観検査装置であって、検査するフォトマスクの画像
を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段によって
得られたフォトマスクの画像をシミュレーション用のマ
スクパターンデータに変換する画像データ変換手段と、
ＣＡＤパターンをシミュレーション用のマスクパターン
データに変換するＣＡＤデータ変換手段と、前記フォト
マスクのマスクパターンデータと前記ＣＡＤパターンの
マスクパターンデータを照合して欠陥判定を行い、シミ
ュレーションするパターン範囲を抽出するマスクパター
ンデータ照合・抽出手段と、前記マスクパターンデータ
照合・抽出手段によって抽出されたパターン範囲におけ
るフォトマスクのマスクパターンデータの光強度分布を
露光波長やデフォーカスなどの所定の光学条件を設定し
てシミュレーション計算する光強度シミュレーション手
段と、前記マスクパターンデータ照合・抽出手段によっ
て抽出されたパターン範囲におけるＣＡＤパターンのマ
スクパターンデータの光強度分布を露光波長やデフォー
カスなどの所定の光学条件を設定してシミュレーション
計算する光強度シミュレーション手段と、前記光強度シ
ミュレーション手段によって得られたフォトマスクパタ
ーンの光強度分布とＣＡＤパターンの光強度分布を比較
することで、欠陥判定や欠陥の転写特性等の解析を行う
光強度分布評価手段と、を具備することを特徴とするフ
ォトマスク外観検査装置としたものである。

【００１２】従って、請求項１の発明は、このような手
段により、ＣＡＤパターンとマスクパターンの照合によ
ってシミュレーションするパターン範囲を効率的に抽出
し、抽出された範囲でのＣＡＤパターンとマスクパター
ンの両者の光強度分布を比較することによって、フォト
マスクの外観検査において単に可視光波長でのパターン
検査だけでなく、露光波長で実際にウェハ上に転写され
た状態での欠陥判定を行うことができ、露光転写実験を
行うことなく迅速に、デフォーカスなどの光学条件を変
化させた場合のパターンの評価及び欠陥の影響の解析を
精度良く行うことができる。

【００１３】また請求項２の発明では、ＣＡＤパターン
の光強度シミュレーション結果のデータベースを具備
し、前記データベース用いて前記光強度分布比較評価手
段が迅速に比較評価することを特徴とする請求項１記載
のフォトマスク外観検査装置としたものである。

【００１４】従って、請求項２の発明は、ＣＡＤパター
ンの光強度シミュレーション結果のデータベースを予め
作成しておき、これを利用することで、更に、光強度シ
ミュレーションの時間を短縮し、外観検査の効率化を図
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜５を用いて解説する。図１は本発明のフォトマスク外
観検査装置の構成図である。この図において、コントロ
ールプロセッサ１は、本実施形態におけるフォトマスク
外観検査装置（以下、本装置と略す）の各部をバスＢを
介して制御する。２はＲＯＭであり、本装置の起動プロ
グラム及び基本動作プログラム等を記憶している。３は
ＲＡＭであり、本装置にインストールされた本実施形態
におけるパターンデータ変換処理プログラムと、欠陥判
定およびパターン範囲抽出プログラムと、光強度シミュ
レーションプログラムと、光強度分布比較評価プログラ
ム（以下、４つのプログラムを総称して外観検査プログ
ラムと呼ぶ）とが格納される。また、外観検査プログラ
ムを実行する過程において発生したデータを一時的に記
憶する。４はハードディスクドライブ（以下，ＨＤＤと
略す）であり、本実施形態における外観検査プログラム
や外観検査プログラムの実行結果、ＣＡＤパターンの光
強度分布シュミレーション結果のデータベース等のデー
タが記憶される。

【００１６】５は画像入力装置であり、フォトマスクの
画像をコンピュータに取り込むものである。６はフロッ
ピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、半導体メ
モリ等の、コンピュータが読み取り可能な記録媒体であ
り、本実施形態におけるＣＡＤパターンが記憶されてい
る。７はデータ読取装置であり、記録媒体６に記録され
たＣＡＤパターンの読み込みを行う。８は処理プロセッ
サ群であり、フォトマスクパターンやＣＡＤパターンの
データ変換を行うパターンデータ変換処理プロセッサｃ
１と、光強度シミュレーションや光強度分布比較評価時
の演算処理やマスクパターンデータ照合・抽出処理を行
うデータ処理プロセッサｃ２が、互いにローカルバスＬ
Ｂによって接続されている。

【００１７】９はマウス、キーボードからなる入力装置
であり、本実施形態における光強度シミュレーション実
行時の光学条件の入力を行う。１０はモニタであり、フ
ォトマスクパターンやＣＡＤパターン、シミュレーショ
ンの結果等を表示する。１１はプリンタであり、光強度
分布比較評価の結果等をプリントアウトする。

【００１８】次に本実施形態の処理例を図２のフローチ
ャートに基づいて説明する。まず、検査したいフォトマ
スクＳ１のパターンの外観画像データをコンピュータに
取り込む（Ｓ２）。これには、光学顕微鏡によるパター
ンの拡大画像をＣＣＤカメラで撮影して光学アナログ画
像データを得た後、これを画像処理ボード上のＡ／Ｄ変
換装置によってディジタル画像データに変換してＲＧＢ
データとしてメモリに展開し、ビットマップなどのデー
タとしてコンピュータに取り込む方法や、パターンの拡
大写真をスキャナなどで読み込む方法などがある。な
お、コンピュータに取り込んだ画像はモニタ１０に表示
され、そのデータはＨＤＤ４に記憶される。

【００１９】次にコンピュータに取り込んだパターン画
像を、多値のラスタデータであるマスクパターンデータ
Ｓ４に変換する（Ｓ３）。これは本来光強度シミュレー
ションは、複素透過率値のマスクパターンデータに対し
て行われるが、本発明のにおいてはメモリの節約のた
め、マスクパターンデータを多値のラスタデータで記憶
しておき、実際に光強度シミュレーションを行う際に複
素透過率値への変換を行なうようにしているためであ
る。画像データ変換Ｓ３の内容を図３のフローチャート
に示す。パターン画像データは各ドット毎にＲＧＢの３
つの数値から構成されているので、まずこれを濃淡デー
タに変換するため濃度変換処理ＳＡ１を行う。この変換
は濃度をＩとしてＩ＝（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３で行うことが
できる。これにより、各ドットは濃淡データで表され
る。次にパターン画像データに含まれるノイズを除去す
るために、フィルタを利用した平滑化処理ＳＡ２を行
う。利用するフィルタはメディアンフィルタというもの
で、対象ドットの近傍を調べてそれらの中の中間値と対
象ドットの値とを交換する。そして次に、平滑化した濃
淡データを適当な階調の多値データに変換する多値化処
理ＳＡ３を行う。この変換は階調毎のしきい値を設定
し、それと各ドットの値を比較してその大小関係によっ
て多値データに置き換えることで行う。

【００２０】フォトマスクを作成する際、もともとのパ
ターンはＣＡＤによって作成されており、ＣＡＤパター
ンＳ５としてコンピュータが読み取り可能な記録媒体６
に記憶されている。本発明ではこのＣＡＤパターンＳ５
に対して光強度シミュレーションを行った結果との比較
を行うため、ＣＡＤパターンＳ５を光強度シミュレーシ
ョンが行えるようなマスクパターンデータＳ７に変換す
る必要がある（Ｓ６）。この変換は図４に示すように、
（ａ）のＣＡＤパターンを（ｂ）のように２次元のメッ
シュ状に分割し、（ｃ）のようにパターンの閉図形の内
部を１それ以外を０とすることで行うことができる。

【００２１】次にフォトマスクのマスクパターンデータ
Ｓ４とＣＡＤパターンのマスクパターンデータＳ７とを
照合し、フォトマスク上にある欠陥を見つけシミュレー
ションするパターン範囲を抽出するマスクパターンデー
タ照合・抽出処理Ｓ８を行う。一般に光強度分布のシミ
ュレーションの処理時間はパターン範囲の大きさに比例
して増大するため、マスクパターンデータ照合・抽出処
理によってシミュレーションするパターン範囲を限定す
ることで処理の効率化を図ることができる。この処理に
よって欠陥を含むパターン範囲を抽出した様子を図５に
示す。フォトマスク上の欠陥を見つける照合は、両者の
マスクパターンデータの差分を算出し、ある許容範囲以
上の差があるかどうかを調べることで行う。そして欠陥
が見つかった場合はフォトマスクとＣＡＤパターン両者
のマスクパターンデータから欠陥を含むパターン範囲を
抽出する。

【００２２】マスクパターンデータ照合・抽出処理Ｓ８
によって抽出されたパターン範囲におけるフォトマスク
パターンのマスクパターンデータと、ＣＡＤパターンの
マスクパターンデータの両者をそれぞれ光強度シミュレ
ーションＳ９して光強度分布を求める。ＣＡＤパターン
の光強度分布Ｓ１１は理想のマスクパターンを露光した
ときに得られるものと仮定できる。光強度シミュレーシ
ョンＳ９を行う際、フォトマスクの検査の目的に応じて
露光波長や焦点外れ値（デフォーカス）といった光学条
件パラメータを入力装置９から入力する（Ｓ１０）。

【００２３】マスクパターンによる光強度分布１２とＣ
ＡＤパターンによる光強度分布１１を比較し、その差異
を検出することでフォトマスクの欠陥検査を行う。光強
度シミュレーション処理Ｓ９によって得られた、マスク
パターンとＣＡＤパターンの光強度分布の差分を算出す
るデータ比較評価処理Ｓ１３を行い、その比較評価結果
Ｓ１４をモニタ１０に表示するとともに、プリンタ１１
からプリントアウトする。

【００２４】ここでは光強度分布同士の比較を行うこと
で、理想なパターンであるＣＡＤパターンと実際のフォ
トマスクのマスクパターンの、露光転写状態同士での比
較評価ができるため、パターンコーナー部の丸みや線幅
の太り、細りなどを相殺した検査を行うことができる。
そして比較結果をもとにフォトマスクの欠陥の有無を判
定し、欠陥の位置情報等を得る。また、デフォーカス時
の露光パターンの評価や、欠陥がパターンに与える影響
などを調べることができる。なお、検査結果の欠陥情報
は次のフォトマスクの修正工程で利用される。

【００２５】ここで、データの比較評価処理Ｓ１２を行
う際、予めＣＡＤデータに対する光強度分布のシュミレ
ーション結果のデータベースＳ１５を作成しＨＤＤ４に
記録しておき、それを利用するれば、検査時のＣＡＤパ
ターンの光強度シミュレーションを省略できるため、欠
陥検査の効率化を図る事ができる。このことは、同一の
ＣＡＤパターンから、大量のフォトマスクを製造すると
きに、特に言える。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明のように、この発明によれば
フォトマスクの外観検査工程においてフォトマスクの画
像を取り込み、マスクパターンとＣＡＤパターンを照合
することにより欠陥を含むパターン範囲を抽出し、その
範囲のマスクパターンとＣＡＤパターンに対して光強度
シミュレーションを行った結果を比較することによっ
て、従来の検査装置では困難であった実際の露光条件を
反映したマスクパターンの欠陥検査が迅速かつ精度良く
行えるようになり、デフォーカス時のパターンの評価や
欠陥が与える影響なども調べることができるため、フォ
トマスクの品質を高めることができるという効果があ
る。また、光強度分布のデータベースを利用することに
より、欠陥検査の効率化を更に図る事ができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態によるフォトマスク外観検査
装置の構成図である。

【図２】上記フォトマスク外観検査装置の処理の流れを
示すフローチャート図である。

【図３】画像データ変換処理のフローチャート図であ
る。

【図４】ＣＡＤデータ変換処理によるデータ変換の模式
図である。

【図５】欠陥を含むパターン範囲を抽出する模式図であ
る。

【符号の説明】

１…コントロールプロセッサ ２…ＲＯＭ ３…ＲＡＭ ４…ＨＤＤ ５…画像入力装置 ６…記録媒体 ７…データ読取装置 ８…処理プロセッサ群 ９…入力装置 １０…モニタ １１…プリンタ Ｂ…バス ＬＢ…ローカルバス ｃ１…パターンデータ変換処理プロセッサ ｃ２…データ処理プロセッサ Ｓ１…フォトマスク Ｓ２…画像入力処理 Ｓ３…画像データ変換処理 Ｓ４…マスクパターンデータ（フォトマスク） Ｓ５…ＣＡＤパターン Ｓ６…ＣＡＤデータ変換処理 Ｓ７…マスクパターンデータ Ｓ８…マスクパターンデータ照合・抽出処理 Ｓ９…光強度シミュレーション処理 Ｓ１０…光学条件入力 Ｓ１１…光強度分布データ（ＣＡＤデータ） Ｓ１２…光強度分布データ（フォトマスク） Ｓ１３…データ比較評価処理 Ｓ１４…データ比較評価結果 Ｓ１５…データベース ＳＡ１…濃度変換処理 ＳＡ２…平滑化処理 ＳＡ３…多値化処理

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトマスクを画像入力処理したマスクパ
   ターンとＣＡＤパターンを照合することによってマスク
   上の欠陥を含むパターン範囲を抽出し、その抽出された
   範囲についてのみのマスクパターンの光強度シミュレー
   ション結果とＣＡＤパターンの光強度シミュレーション
   結果を比較評価することにより、露光条件での欠陥判定
   やデフォーカス時の欠陥特性の評価が迅速かつ精度良く
   行われるフォトマスク外観検査装置であって、 検査するフォトマスクの画像を入力する画像入力手段
   と、 前記画像入力手段によって得られたフォトマスクの画像
   をシミュレーション用のマスクパターンデータに変換す
   る画像データ変換手段と、 ＣＡＤパターンをシミュレーション用のマスクパターン
   データに変換するＣＡＤデータ変換手段と、 前記フォトマスクのマスクパターンデータと前記ＣＡＤ
   パターンのマスクパターンデータを照合して欠陥判定を
   行い、シミュレーションするパターン範囲を抽出するマ
   スクパターンデータ照合・抽出手段と、 前記マスクパターンデータ照合・抽出手段によって抽出
   されたパターン範囲におけるフォトマスクのマスクパタ
   ーンデータの光強度分布を露光波長やデフォーカスなど
   の所定の光学条件を設定してシミュレーション計算する
   光強度シミュレーション手段と、 前記マスクパターンデータ照合・抽出手段によって抽出
   されたパターン範囲におけるＣＡＤパターンのマスクパ
   ターンデータの光強度分布を露光波長やデフォーカスな
   どの所定の光学条件を設定してシミュレーション計算す
   る光強度シミュレーション手段と、 前記光強度シミュレーション手段によって得られたフォ
   トマスクパターンの光強度分布とＣＡＤパターンの光強
   度分布を比較することで、欠陥判定や欠陥の転写特性等
   の解析を行う光強度分布評価手段と、 を具備することを特徴とするフォトマスク外観検査装
   置。
2. 【請求項２】ＣＡＤパターンの光強度シミュレーション
   結果のデータベースを具備し、前記データベース用いて
   前記光強度分布比較評価手段が迅速に比較評価すること
   を特徴とする請求項１記載のフォトマスク外観検査装
   置。