JP2008020735A - フォトマスクの評価方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 的確にパターンを評価することが可能なパターン評価方法を提供する。
【解決手段】 測定対象パターンが形成されたフォトマスクにエネルギー波を照射する工程Ｓ１４と、フォトマスクからの応答波を検出する工程Ｓ１５と、応答波から測定対象パターンのエッジプロファイルを求める工程Ｓ１６と、エッジプロファイルから測定対象パターンの所定領域内における寸法を求める工程Ｓ１７と、所定領域内のエッジプロファイルに対して周波数解析を施し、周波数成分の強度分布を求める工程Ｓ１８と、強度分布の中から所定周波数よりも低い周波数の部分を抽出する工程Ｓ１９とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フォトマスクの評価方法及び半導体装置の製造方法に関する。

ＬＳＩ等の半導体装置におけるパターンの微細化に伴い、的確にパターンを評価することがますます重要となってきている（例えば、特許文献１参照）。

フォトマスクに形成されたマスクパターンの評価を行う場合、フォトマスク上の複数箇所でパターン寸法を測定し、パターン寸法の平均値とばらつきを算出している。具体的には、フォトマスク上の複数箇所にＲＯＩと呼ばれる測定領域を設定し、ＲＯＩ内のパターンのエッジプロファイルからパターン寸法を求めるようにしている。すなわち、エッジプロファイルに基づいてエッジ間の距離を算出し、ＲＯＩ内の平均エッジ間距離をパターン寸法としている。

しかしながら、パターンの微細化にともない、エッジプロファイルに含まれるラフネスが測定精度に大きな影響を与えるようになってきている。パターンエッジのラフネスには種々の空間周波数成分が含まれており、ＲＯＩ幅（パターンの延伸方向に平行な方向の領域幅）よりも長い周期を有する周波数成分も存在する。そのため、本来は一定のパターン幅であっても、エッジラフネスに起因してパターン寸法（エッジ間距離）が変動する。すなわち、相対的にエッジ間距離が短い箇所にＲＯＩを設定した場合には、測定されたパターン寸法が本来のパターン寸法よりも小さくなってしまう。逆に、相対的にエッジ間距離が長い箇所にＲＯＩを設定した場合には、測定されたパターン寸法が本来のパターン寸法よりも大きくなってしまう。その結果、マスク面内のパターン寸法のばらつきを正確に評価することができない。

ラフネスの周期よりも十分に大きなＲＯＩ幅を設定すれば、上述した問題を回避することは一応可能である。しかしながら、ＲＯＩ幅を大きくすると、ＲＯＩ内のエッジ間距離が平均化されるため、デバイス特性に悪影響を与えるような大きなラフネスが無視されてしまうことになる。そのため、的確にパターンを評価することができない。

上述したように、ＲＯＩ幅（測定領域幅）が小さいと、正確なパターン寸法を測定することができず、マスク面内のパターン寸法のばらつきを的確に評価することができないという問題が生じる。一方、ＲＯＩ幅（測定領域幅）が大きいと、デバイス特性に悪影響を与えるような大きなラフネスが無視されてしまい、的確にパターンを評価することができないという問題が生じる。
特開２００２−２４３４２８号公報

本発明は、的確にパターンを評価することが可能なパターン評価方法等を提供することを目的としている。

本発明の一視点に係るフォトマスクの評価方法は、測定対象パターンが形成されたフォトマスクにエネルギー波を照射する工程と、前記フォトマスクからの応答波を検出する工程と、前記応答波から前記測定対象パターンのエッジプロファイルを求める工程と、前記エッジプロファイルから前記測定対象パターンの所定領域内における寸法を求める工程と、前記所定領域内のエッジプロファイルに対して周波数解析を施し、周波数成分の強度分布を求める工程と、前記強度分布の中から所定周波数よりも低い周波数の部分を抽出する工程と、を備える。

本発明の一視点に係る半導体装置の製造方法は、前記方法によって評価されたフォトマスクを用意する工程と、前記フォトマスク上のパターンをウェハ上のフォトレジストに転写する工程と、を備える。

本発明によれば、パターンを的確に評価することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るフォトマスクの評価方法を示したフローチャートである。以下、このフローチャートを参照して説明を行う。

まず、評価対象となるフォトマスクを用意する（Ｓ１１）。このフォトマスクには、測定対象となるマスクパターンが形成されている。

次に、フォトマスク１１上に形成されたマスクパターンのエッジプロファイルの閾周波数ｆthをシミュレーションによって求める（Ｓ１２）。閾周波数ｆthについて説明する。背景技術の項でも述べたように、フォトマスク上に形成されたマスクパターンのパターンエッジにはラフネスが存在し、このラフネスには種々の空間周波数成分が含まれている。すなわち、パターンエッジには、種々の周期を有するラフネスが含まれている。このようなマスクパターンをフォトリソグラフィによってウェハ上に転写する場合、周期の長いラフネス（低い周波数成分のラフネス）はウェハ上に転写されるが、周期の短いラフネス（高い周波数成分のラフネス）はフォトリソグラフィの物理的限界によりウェハ上に転写されない。すなわち、マスクパターンが有する周期の短いラフネスは、ウェハ上のパターンに反映されない。本実施形態では、フォトリソグラフィによって転写される周波数成分と転写されない周波数成分との境界周波数を閾周波数ｆthとしている。

次に、フォトマスクを測定機にセットする（Ｓ１３）。図２は、測定機の構成を模式的に示した図である。評価対象となるフォトマスク１１は、ステージ１２に保持される。ステージ１２の上方には光源１３が設けられ、光源１３からの光が照明光学系１４を介してフォトマスク１１上に照射される。フォトマスク１１の非遮光部を透過した透過光は、検出光学系１５を介して検出器１６に入射する。検出器１６には画像解析ユニット１７が接続されており、画像解析ユニット１７によって後述するような処理が行われる。

次に、測定機にセットされたフォトマスク１１に光源１３から光（エネルギー波）を照射する（Ｓ１４）。遮光部であるマスクパターンの周囲の領域を透過した透過光（応答波）は、検出器１６によって検出される（Ｓ１５）。

次に、検出器１６によって検出された透過光に基づき、画像解析ユニット１７によってマスクパターンのエッジプロファイルを求める（Ｓ１６）。

次に、画像解析ユニット１７によって求められたエッジプロファイルから、マスクパターンのＲＯＩ（測定領域：所定領域）内における寸法を算出する（Ｓ１７）。図３は、マスクパターンのエッジプロファイル２１及びＲＯＩ２２を模式的に示した図である。マスクパターンの寸法（パターン幅）は、対向するエッジプロファイル２１ａ及び２１ｂ間の平均距離（平均寸法）として算出される。なお、ＲＯＩはフォトマスク上の複数の領域に設定され、ＲＯＩ毎にパターンの寸法が算出される。

次に、ＲＯＩ２２内のエッジプロファイル２１に対して周波数解析を施し、周波数成分の強度分布を求める（Ｓ１８）。図４は、エッジプロファイル２１の周波数解析結果を示した図である。ここでは、周波数の代わりに波長を横軸としている。縦軸は強度（エネルギー）である。ＬはＲＯＩ幅であり、λは閾周波数ｆth（所定周波数）に対応した閾波長を示している。

次に、周波数成分の強度分布の中から閾周波数ｆthよりも低い周波数の部分を抽出する（Ｓ１９）。図４では、横軸が波長であるため、閾波長λよりも波長が長い部分を抽出する。すでに述べたように、周期の長いラフネス（低い周波数成分のラフネス）はウェハ上に転写されるが、周期の短いラフネス（高い周波数成分のラフネス）はウェハ上に転写されない。転写される周期の長いラフネスは、デバイス特性に悪影響を与える原因となる。そこで、閾波長λよりも波長が長い部分Ｐに関する情報を、フォトマスクの評価に用いる。例えば、図４に示した部分Ｐの面積を評価値として用い、Ｐの面積が所定面積よりも小さい場合には評価基準を満たしているとする。

次に、上記のようにしてＲＯＩ毎に求められたパターン寸法及びラフネスに関する情報を用いてフォトマスクの良否を判定する（Ｓ２０）。具体的には、パターン寸法の平均値、パターン寸法のばらつき、及び図４に示したＰの面積に基づいて、フォトマスクの良否を判定する。

以上のように、本実施形態では、周波数成分の強度分布の中から閾周波数ｆthよりも低い周波数の部分を抽出し、この抽出部分の大きさをフォトマスクの評価項目の１つとして用いている。したがって、デバイス特性に悪影響を与える周期の長いラフネスの評価を的確に行うことができる。また、このようにしてパターンエッジのラフネスを評価するため、ＲＯＩ幅を十分に大きく設定することが可能である。すなわち、すでに述べたように、ＲＯＩ幅が小さいと、周期の長いエッジラフネスに起因してパターン寸法を正確に測定することができず、ウェハ面内のパターン寸法のばらつきを正確に評価することができない。本実施形態では、ＲＯＩ幅を十分に大きく設定することができるため、パターン寸法を正確に測定することが可能である。以上のことから、本実施形態では、パターン寸法を的確に評価することができるとともに、パターンエッジのラフネスを的確に評価することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、マスクパターンのエッジプロファイルを求める際に、フォトマスクに光を照射するようにしたが、光以外のエネルギー波を照射してもよい。例えば、電子線を用いることが可能である。また、エネルギー波として光を用いた場合には、フォトマスクからの応答波として、透過光、反射光或いは散乱光を用いることが可能である。エネルギー波として電子線を用いた場合には、フォトマスクからの応答波として、散乱電子或いは２次電子を用いることが可能である。

また、上述した実施形態で示した評価方法は、半導体装置の製造方法に適用可能である。図５は、半導体装置の製造方法の概略を示したフローチャートである。

まず、上述した実施形態の方法を用いて、フォトマスクの評価を行う（Ｓ３１）。続いて、良品であると判断されたフォトマスク上のパターンを半導体ウェハ上のフォトレジストに転写する（Ｓ３２）。さらに、フォトレジストを現像してフォトレジストパターンを形成し（Ｓ３３）、フォトレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、半導体ウェハ上にパターンを形成する（ＳＴ３４）。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。

本発明の実施形態に係るフォトマスクの評価方法を示したフローチャートである。 本発明の実施形態に係り、測定機の構成を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係り、マスクパターンのエッジプロファイル及びＲＯＩを模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係り、エッジプロファイルの周波数解析結果を示した図である。 本発明の実施形態に係り、半導体装置の製造方法を示したフローチャートである。

符号の説明

１１…フォトマスク １２…ステージ １３…光源
１４…照明光学系 １５…検出光学系
１６…検出器 １７…画像解析ユニット
２１…エッジプロファイル ２２…ＲＯＩ

Claims (5)

1. 測定対象パターンが形成されたフォトマスクにエネルギー波を照射する工程と、
   前記フォトマスクからの応答波を検出する工程と、
   前記応答波から前記測定対象パターンのエッジプロファイルを求める工程と、
   前記エッジプロファイルから前記測定対象パターンの所定領域内における寸法を求める工程と、
   前記所定領域内のエッジプロファイルに対して周波数解析を施し、周波数成分の強度分布を求める工程と、
   前記強度分布の中から所定周波数よりも低い周波数の部分を抽出する工程と、
   を備えたことを特徴とするフォトマスクの評価方法。
2. 前記所定周波数よりも低い周波数成分はフォトリソグラフィでウェハ上に転写され、前記所定周波数よりも高い周波数成分はフォトリソグラフィでウェハ上に転写されない
   ことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの評価方法。
3. 前記求められた寸法及び前記抽出された部分に基づいて前記フォトマスクの良否を判定する工程をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの評価方法。
4. 前記エネルギー波は光又は電子線である
   ことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの評価方法。
5. 請求項１に記載の方法によって評価されたフォトマスクを用意する工程と、
   前記フォトマスク上のパターンをウェハ上のフォトレジストに転写する工程と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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