JP2005251983A - 荷電粒子線マスク検査方法及び荷電粒子線マスク検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２以上の荷電粒子線マスクを用いてパターン形成を行う場合に、パターン接続部の確認が容易なマスクの検査方法および検査装置を提供する。
【解決手段】 ２以上のマスクの接続を確認する場合に、マスクのマスクパターンデータと画像データとをパターンマッチングすることによりマスク位置を決め、この位置情報を基にそれぞれのマスク画像を合成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、荷電粒子線マスク検査方法及び荷電粒子線マスク検査装置に関し、より具体的には、荷電粒子を用いたパターン転写に用いるマスクであって、所定パターンを得るために２以上のマスク用いる場合のマスクの簡易な検査方法および検査装置に関するものである。

半導体装置の高集積化にともない、パターンの微細化を実現する手段として、荷電粒子線露光方法が注目されている。荷電粒子線露光方法によれば、電子線などの荷電粒子線によるパターン転写を行うことで、より微細なパターン形成が可能となる。

しかし、荷電粒子線転写方式は、一度に転写できる領域が数１００マイクロメートル程度であり、１チップをパターン転写するには、パターン接続を行いながらパターン転写を実施する必要がある。
図１０は、電子線転写方法に用いるステンシル型のマスクを表す断面図である。すなわち、このマスクは、外周付近に壁状に設けられたストラット１００１と、その先端設けられた遮蔽板１００２と、を有する。遮蔽板１００２は、例えばシリコン（Ｓｉ）などからなる厚みが２マイクロメータ程度の薄膜である。この遮蔽板１００２には、所定のパターンに対応する開口１００３が設けられている。電子線などの荷電粒子線は、この開口１００３を透過して図示しないウェーハに照射され、所定のパターンを転写できる。

このようなステンシル型のマスクを使用する場合には、ドーナツパターンや、細長パターン、高密度パターンにおいてもマスクの強度が低下するために、パターンを２つ以上のマスクに分割してパターン転写を実施する必要がある。すなわち、所定パターンを転写するのに２回転写する相補露光が行われることになる（例えば、特許文献１）。

つまり、荷電粒子線転写方式の場合には、一つのパターンでも２以上に分割されて転写されることによって、パターンが接続される箇所が生じる場合が多い。

図１１は、パターンの接続部を拡大して表す模式図である。図１１（ａ）は、ＣＡＤ（computer aided design）の設計データ、（ｂ）は、設計データより得られる２つのマスクＡ、マスクＢ、（ｃ）は、マスクＡ、Ｂを用いて転写されたパターンの形状をそれぞれ表している。

図１１（ａ）に表した設計データ１１０１は、破線部１１０２で２つに分割され、上半分はマスクＡ、下半分はマスクＢにより転写される。分割されたパターンのマスクは、マスク作製上の問題などによって、位置ずれ、加工形状の変形等が生じることがある。図１１（ｂ）の例では、マスクＡのパターン１１０３がマスクＢのパターン１１０４に対して、右上方向にずれてしまっている。このマスクＡ、Ｂを用いてパターン転写を行うと、パターン形状は図１１（ｃ）のようになり、マスクＡのパターン１１０３、に対応するパターン１１０５とマスクＢのパターン１１０４に対応するパターン１００６が分離してしまい、パターン不良を起こすことになる。

このため、マスクパターンデータに 「ステッチング（stitching ）処理」と呼ばれる処理を行い、パターンエッジを延ばすなどの対策がとられる。しかし、たとえ ステッチング処理を行ったとしてもパターンの接続部は確認する必要があり、そのためには、実際にパターン転写を行うしか方法はなかった。

このような問題は、相補露光だけでなく、一つのチップをそれよりも小さな所定領域(サブフィールド)に分割し、それらをつなぎあせることによって１チップをパターン転写する方式においても生ずる場合がある。
特開２００３−４５７８０号公報

このように、２以上の荷電粒子線マスクを用いてパターン形成を行う場合に、パターン接続部の確認は、実際にパターンを転写してみなければ分からなかった。

本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、所定パターンを得るために２以上のマスクを用いる場合の、荷電粒子線マスクの簡易な検査方法および、この検査方法を用いた検査装置を提供することにある。

本発明の荷電粒子線マスク検査方法においては、２以上のマスクの接続を確認する場合に、マスクのマスクパターンデータと画像データとをパターンマッチングすることによりマスク位置を決め、この位置情報を基にそれぞれのマスク画像を合成する。

すなわち、本発明によれば、
パターンを２以上のマスクに分割してマスクパターン転写を行う荷電粒子線マスク検査方法であって、
前記２以上のマスクとそれぞれの画像データを取得する工程と、
前記２以上のマスクのそれぞれの設計データと画像データとをパターンマッチングすることにより前記２以上のマスクのそれぞれの画像データの位置情報を確定する工程と、
前記位置情報に基づいて前記２以上のマスクの画像データを合成する工程と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子線マスク検査方法が提供される。

ここで、前記パターンマッチングは、前記設計データにより与えられる画像と前記マスクの画像データにより与えられる画像とを比較して、双方の重なり合う面積が最大となる状態での前記設計データの位置情報を前記マスクの画像データの位置情報とすることができる。
また、前記画像データを合成した後に、前記２以上のマスクの接続部におけるずれを判定することができる。

または、本発明によれば、
パターンを２以上のマスクに分割してマスクパターン転写を行う荷電粒子線マスクを検査する荷電粒子線マスク検査装置であって、
前記マスクの設計データを保持する手段と、
前記２以上のマスクのそれぞれの画像データを取得する手段と、
前記マスクの画像データを保持する手段と、
前記２以上のマスクのそれぞれの設計データと画像データとをパターンマッチングすることにより前記２以上のマスクのそれぞれの画像データの位置情報を確定する手段と、
前記位置情報に基づいて前記２以上のマスクの画像データを合成する手段と、
前記合成された画像データを表示する手段と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子線マスク検査装置が提供される。

ここで、前記合成された画像データを表示する際、それぞれのマスクに対応して色表示を変えることができる。
また、前記画像データを取得する手段は、前記マスクに電子線を照射し、その反射像を検出することにより前記画像データを取得することができる。

本発明によれば、２以上のマスクの接続状態などを実際にパターン転写することなく確認できるので、相補露光や隣接するサブフィールドのパターン間接続を、簡単に確認することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる荷電粒子線マスクの検査方法の工程を表したフローチャートである。

まず、マスクＡの画像データを取り込む（ステップＳ１０１）。このためには、電子線や遠紫外線などをマスクに照射し、その反射像を検出することができる。例えば、走査型電子顕微鏡（scanning electron microscopy：ＳＥＭ）などを用いてマスクＡの画像データを取り込む。次いで、マスクＡのマスクパターンデータと、ステップＳ１０１で取得したマスクＡの画像データと、の比較を行う（ステップＳ１０２）。
次に、マスクＢの画像データを取り込む（ステップＳ１０３）。次いで、マスクＢのマスクパターンデータとステップＳ１０３で取得したマスクＢの画像データとの比較を行う（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０２の前にステップＳ１０３を実施してもよい。すなわち、まず、マスクＡ及びＢの画像データを取り込んだ後に、それぞれのマスクパターンデータとの比較を実施してもよい。

次に、ステップＳ１０２とステップＳ１０４との比較結果に基づいて、マスクＡの画像データとマスクＢの画像データとの合成処理を行う（ステップＳ１０５）。
最後に、この合成画像を表示する。観察者はこの画像を見て、パターンの接続状態を確認することができる。

以下、図１のそれぞれのステップについて詳細に説明する。
図２は、本発明の荷電粒子線マスクの検査方法における画像処理の工程を表した概念図図である。
図２（ａ）はマスクの設計パターンデータ、図２（ｂ）はこれを相補分割によりマスクＡとマスクＢとに振り分けたマスクパターンデータをそれぞれ表す。

図２（ａ）に表すパターン２０１は２つに分割され、図２（ｂ）に示すように、マスクＡには縦方向パターン２０２、マスクＢには横方向パターン２０３が振り分けられる。マスクＢの横方向パターン２０３は ステッチング処理によって、縦方向パターン２０２方向にパターンエッジを伸ばして、接続時のマージン２０４を設けてある。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）のマスクパターンデータより作成されたマスクのマスク画像、図２（ｄ）は、これと図２（ｂ）のマスクパターンデータとをパターンンマッチングさせ、位置調整を行ったマスク画像、図２（ｅ）は、その合成画像をそれぞれ表す。

図２（ｃ）に表すように、例えば電子顕微鏡などを用いて、マスクＡ、Ｂのマスク画像を取得する。得られたマスク画像のパターン形状２０５、２０６は、図２（ｂ）に示すマスクパターンデータと比べてみると、エッジ部分が丸みを帯びた形状となる。これはマスク製造上の理由や電子顕微鏡の解像度などによるものである。

次に、図２（ｄ）に表すように、マスクＡの縦方向パターン画像２０６と、図１（ｂ）の縦方向パターンデータ２０２とを、パターンマッチングすることにより、位置調整された縦方向パターン画像２０７が得られる。マスクＢについても同様の処理を行い、位置調整された横方向パターン画像２０８が得られる。

最後に、図２（ｅ）に表すように、位置調整された縦方向パターン画像２０７と横方向パターン画像２０８を合成して、合成パターン画像２０９を得る。すなわち、マスクＡとマスクＢのマスク画像が合成される。測定者は、この合成されたマスク画像を観察することにより、パターンの接続の確認を行うことになる。

図３は、図２（ｄ）のパターンマッチング処理の一例を表す概念図である。図３（ａ）はマスクパターンデータ、図３（ｃ）〜（ｄ）はマスク画像とマスクパターンデータのパターンマッチングの様子を表している。

図３（ａ）のマスクパターンデータ３０１とそのマスク画像３０２とを重ね合わせてみたものが、図３（ｃ）〜（ｄ）である。それぞれの画像が重なり合う部分を斜線で表してある。図３（ｃ）において、重なり合う部分の面積が最大となっているのが分かる。この地点で、マスク画像３０２にマスクパターンデータ３０１位置情報が付与される。パターンマッチングはマスク全体を対象に行われるので、確定された位置情報は、かなり正確な値となる。

以上のような処理を行って得られた合成マスク画像を検査することにより、パターン転写を行わなくても、相補分割されたパターンの接続部、あるいはサブフィールド間の接続部が容易に観察できるようになる。また、より詳細なパターン観察や、マスク加工性不良あるいは位置ずれによる接続ずれを確認することも可能となる。

図４〜７は、本発明を適用して実際に得られた画像を表す。すなわち、図４は、相補マスクＡの電子顕微鏡像、図５は、相補マスクＢの電子顕微鏡像、図６は、相補マスクＡ、Ｂの画像を本発明を適用して合成した合成画像、図７は、実際に相補マスクＡ、Ｂを用いてパターン転写したものの電子顕微鏡像である。

図４に表すマスクＡのパターン４０１と、図５に表すマスクＢのパターン５０１は相補分割されている。これを合成すると、図６に表すように、縦に長いストライプ状のパターン６０１となる。図６において、パターン６０１の一部６０２、６０５は、図４に表すマスクＡのパターン４０２、４０３に相当し、パターン６０１の一部６０３、６０４は、図５に表すマスクＢの５０２、５０３に相当する部分である。パターン６０１を詳細に観察すると、パターン６０２、６０４がパターン６０３、６０４に対して左側にずれているのが分かる。この部分を図７に表す実際のパターン画像で見てみると、ストライプ状パターン７０１の対応する部分に歪みがみられ、マスクＡとマスクＢとで接続ずれが発生していることが確認できる。

図８は、図５の画像を白黒反転した後に、図４の画像と合成した合成画像である。すなわち、この合成画像において、黒表示されているパターンはマスクＡに相当し、白表示されているパターンはマスクＢに相当するものである。このような表示形式を用いることで、相補マスクＡと相補マスクＢとのズレが、全体的なものなのか、パターンの一部でのみ発生しているものなのかを、速やかに確認することが可能となる。ここでは、白黒反転の例を示したが、複数のマスクを用いる場合に、それぞれの色表示を変えることも可能である。

図９は、本発明の荷電粒子線マスク検査装置９０の模式図である。ＳＥＭ装置９０１とそれに接続されるＣＰＵ９０２、およびその周辺装置として、メモリ装置９０３、表示部９０４、操作部９０５より構成される。ＳＥＭ装置９０１は、電子光学系９０６と、測定物を載置するステージ９０７と、電子光学系処理部９０８と、２次電子検出器９０９と、信号処理部９１０と、より構成される。電子光学系９０６は、電子ビームを生成して検査対象であるマスク等に電子ビームを照射する。２次電子検出器９０９は、電子ビームの照射により検査対象の表面から放出された２次電子を検出する。信号処理部９１０は、２次電子検出器９０９により検出された２次電子を変換して２次電子信号としてＣＰＵ９０２に供給する。ＣＰＵ９０２は、装置全体を制御する。ＣＰＵ９０２は、ＳＥＭ装置９０１から供給される、マスクの画像情報を処理し、上記荷電粒子線マスク検査方法で説明した工程により、マスク画像の合成処理を行う。合成されたマスク画像は、表示部８０４に表示される。このとき、操作部９０５により、上述した色表示等の条件を入力することが可能である。記憶部９０３にはマスクパターンデータとしてマスクのＣＡＤ（Computer aided design）データをあらかじめ記憶させておけばよい。また、例えば、サブフィールドの特定等の簡単な位置調整については、ＳＥＭ装置に常備されている座標測定器のデータを用いてもよい。

以上説明したように、本発明の荷電粒子線マスク検査方法、および荷電粒子線マスク検査装置を用いることにより、２以上のマスクを用いてパターン転写する場合のマスクの検査する際、測定者は合成画像を確認することにより、実際にパターン転写することなく、パターンの接続確認が可能となる。そしてこのことは、微細パターンの半導体装置の開発、製造に大きく貢献するものである。
なお、本発明は、ステンシル型のマスクのみならず、いわゆる「メンブレン型」のマスクについても同様に適用して同様の作用効果が得られる。

本発明の荷電粒子線マスクの欠陥検査の工程を表したフローチャートである。 本発明の荷電粒子線マスクの検査方法における画像処理の工程を表したイメージ図である。 パターンマッチングの一例を示すしたイメージ図である。 相補マスクＡの電子顕微鏡像である。 相補マスクＢの電子顕微鏡像である。 相補マスクＡ、Ｂの画像を本発明を適用して合成した合成画像である。 相補マスクＡ、Ｂを用いてパターン転写したものの電子顕微鏡像である。 色表示を変えた図６の画像である。 本発明の荷電粒子線マスク検査装置のブロック図である。 ステンシル型マスクの断面図である。 パターン接続の様子を説明するイメージ図である。

符号の説明

２０１ 、１１０１ 設計パターンデータのパターン
２０２、２０３、３０１ マスクパターンデータのパターン
２０４ stitching処理によるマージン
２０５、２０６ マスク画像のパターン
２０７、２０８、３０２ パターンマッチングされたマスク画像パターン
２０９ 合成されたパターン
４０１ 、４０２、４０３ マスクＡのパターン（電子顕微鏡画像）
５０１、５０２、５０３ マスクＢのパターン（電子顕微鏡画像）
６０１ 合成画像のストライプパターン
６０２、６０３、６０４、６０５ 合成画像のパターンの一部
７０１ 実際のパターン画像のストライプパターン
９０ 荷電粒子線マスク検査装置
９０１ ＳＥＭ装置
９０２ ＣＰＵ
９０３ メモリ装置
９０４ 表示部
９０５ 操作部
９０６ 電子光学系
９０７ ステージ
９０８ 電子光学系処理部
９０９ ２次電子検出器
９１０ 信号処理部
１１０３、１１０４ マスクのパターン
１１０５、１１０６ 実際のパターン

Claims (6)

1. パターンを２以上のマスクに分割してマスクパターン転写を行う荷電粒子線マスク検査方法であって、
   前記２以上のマスクとそれぞれの画像データを取得する工程と、
   前記２以上のマスクのそれぞれの設計データと画像データとをパターンマッチングすることにより前記２以上のマスクのそれぞれの画像データの位置情報を確定する工程と、
   前記位置情報に基づいて前記２以上のマスクの画像データを合成する工程と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子線マスク検査方法。
2. 前記パターンマッチングは、前記設計データにより与えられる画像と前記マスクの画像データにより与えられる画像とを比較して、双方の重なり合う面積が最大となる状態での前記設計データの位置情報を前記マスクの画像データの位置情報とすることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線マスク検査方法。
3. 前記画像データを合成した後に、前記２以上のマスクの接続部におけるずれを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子線マスク検査方法。
4. パターンを２以上のマスクに分割してマスクパターン転写を行う荷電粒子線マスク検査装置であって、
   前記マスクの設計データを保持する手段と、
   前記２以上のマスクのそれぞれの画像データを取得する手段と、
   前記マスクの画像データを保持する手段と、
   前記２以上のマスクのそれぞれの設計データと画像データとをパターンマッチングすることにより前記２以上のマスクのそれぞれの画像データの位置情報を確定する手段と、
   前記位置情報に基づいて前記２以上のマスクの画像データを合成する手段と、
   前記合成された画像データを表示する手段と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子線マスク検査装置。
5. 前記合成された画像データを表示する際、それぞれのマスクに対応して色表示を変えることを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線マスク検査装置。
6. 前記画像データを取得する手段は、前記マスクに電子線を照射し、その反射像を検出することにより前記画像データを取得することを特徴とする請求項４または５に記載の荷電粒子線マスク検査装置。
   
   

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