JP2010224114A - マスク製造方法及び半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクに生じた欠陥を修正する工程の効率化を図ったマスク製造方法及び半導体装置の製造装置を提供する。
【解決手段】本発明のマスク製造方法は、マスク基板１１に形成された欠陥部１３を含むパターンの画像を取得する工程と、その画像から得られるパターンのエッジデータを基に、パターンにおける正常部から逸脱する欠陥部１３の面積を算出する工程と、欠陥部１３を含むパターンを被転写体に転写したときの欠陥部１３の転写影響度と、欠陥部１３の面積との相関関係に基づいて、欠陥部１３の評価を行う工程と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスク製造方法及び半導体装置の製造装置に関する。

半導体プロセスにおけるリソグラフィ工程で用いられるマスクに形成されたマスクパターンの評価方法として、マスクパターンに生じた欠陥が半導体ウェーハへの転写に与える影響を評価するものがある。

現在、このパターン評価方法には主に、露光装置と同じ波長の光源や同じ光学系を持ち転写像を撮像し解析するＡＩＭＳ（Aerial Image Measurement System）などが用いられている。ＡＩＭＳを用いた評価方法は、マスク上に生じた欠陥又は欠陥修正部パターンと、欠陥部のない正常パターンのそれぞれについて、転写画像を取得し、その画像を比較し、正常パターンに対して、欠陥部がウェーハへ転写される時の寸法変化量を算出し、その変化量が許容範囲であるか否か判定を行うものである。

また、他の方法として、欠陥パターンのＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像を取得し、その画像より抽出した輪郭パターンを基にリソグラフィシミュレーションを行い、欠陥部のウェーハ転写に及ぼす影響が許容範囲内であるか評価する方法もある（例えば特許文献１）。

近年のＬＳＩ微細化に伴い、ウェーハへの転写の影響が許容される欠陥の大きさは小さくなり、欠陥修正後の形状は正常パターンとほぼ同じ形状を求められており、高い欠陥修正技術が要求されている。このような欠陥修正において、ウェーハへの転写の影響が許容範囲外と判断されたパターン上で、修正すべき部分の判断が難しい問題が生じる。また、微細化によって、マスク上に形成されるパターンの数も増えて、マスク上の欠陥数も増加する可能性がある。

従来、ＡＩＭＳを用いた評価方法では、修正装置と評価装置が異なるため微小欠陥や修正後パターンの修正において修正装置での修正すべき領域の判断が難しい問題が生じ、また、ＳＥＭ画像を用いたシミュレーション評価方法では、リソグラフィシミュレーションの設定と計算に多くの時間を要するという問題があった。

特開２００５−３０９１４０号公報

本発明は、マスクに生じた欠陥を評価する工程の効率化を図ったマスク製造方法及び半導体装置の製造装置を提供する。

本発明の一態様によれば、マスク基板に形成された欠陥部を含むパターンの画像を取得する工程と、前記画像から得られる前記パターンのエッジデータを基に、前記パターンにおける正常部から逸脱する前記欠陥部の面積を算出する工程と、前記欠陥部を含むパターンを被転写体に転写したときの前記欠陥部の転写影響度と、前記欠陥部の面積との相関関係に基づいて、前記欠陥部の評価を行う工程と、を備えたことを特徴とするマスク製造方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、マスク基板に形成された欠陥部を含むパターンの画像を取得する画像取得部と、前記画像から得られる前記パターンのエッジデータを基に、前記パターンにおける正常部から逸脱する前記欠陥部の面積を算出し、前記欠陥部を含むパターンを被転写体に転写したときの前記欠陥部の転写影響度と、前記欠陥部の面積との相関関係に基づいて、前記欠陥部の評価を行うパターン評価部と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置が提供される。

本発明によれば、マスクに生じた欠陥を評価する工程の効率化を図ったマスク製造方法及び半導体装置の製造装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係るパターン評価方法を示すフローチャート。 （ａ）は評価を行う欠陥部を含むパターン例を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）の欠陥部を矩形状に近似した模式図。 画像処理後の欠陥部を含むパターン画像。 パターン画像におけるエッジを抽出した模式図。 欠陥部の面積と、ウェーハへの欠陥部の転写影響度との相関関係を示す模式図。 本発明の第２実施形態に係る欠陥修正方法を示すフローチャート。 （ａ）は修正前の欠陥部を含むパターン例を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）の欠陥部を修正後における修正残りを示す模式図。 本発明の実施形態に係る欠陥修正装置の機能ブロック図。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態として、フォトマスクに形成されたパターンの欠陥部が、半導体ウェーハへの転写後のパターンに与える影響を見積もり、その欠陥部が許容される大きさであるか判別するパターン評価方法について説明する。

図１は、本実施形態に係るパターン評価方法を示すフローチャートである。
図２（ａ）は、評価を行う欠陥部を含むパターン例を示す模式図である。

マスクパターンは、露光光に対して透光性を有するマスク基板１１上に、所定量の遮光性を有する遮光膜１２として形成されている。このパターンが所望の形状となっているか否かを検査する欠陥検査工程によって、所望の形状とは異なる部位である欠陥部が検出される。この欠陥検査工程では、マスク上の最小パターン部分でウェーハへの転写の影響が出る欠陥部の大きさを最小のものとして、それより大きいものを全て検出する。

本実施形態では、図２（ａ）に例示するLine & Spaceのような繰り返しパターンで検出された欠陥の中で比較的小さい欠陥に注目し、修正が必要かどうかの判定を行う。図２（ａ）には、ライン状の正常パターンの外側にはみ出るように逸脱した欠陥部１３を例示する。

まず、欠陥検査工程によって検出された欠陥部１３を含むパターンを例えばＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて撮像し、欠陥部１３を含む部分の拡大画像を取得する（ステップＳ１１）。この画像を取得する際には、パターン形状の細かな段差や丸まりなどを表現するのに十分な高い倍率で画像を得ることが必要である。

次に、このパターン画像の強度平均化やコントラスト強調を行い、さらにノイズや中間値（グレートーン）を除去するためにパターン画像の２値化処理を行う。２値化処理は、後述するパターン輪郭抽出時のエラーを低減させるためのものであり、ノイズが少ない高コントラスト画像や高性能の二次電子画像の輪郭抽出ソフトなどを使用する場合は、２値化処理を省略することも可能である。

以上のように画像処理して得られた、欠陥部１３を含むパターン画像を図３に示す。この画像では、遮光膜でライン状に形成されたパターンの輪郭が白い帯状に表示される。

次に、この画像から、パターン輪郭を抽出して、これを画素点列データに変換する（ステップＳ１２）。次に、パターン輪郭を表す画素点列データから、パターン正常部のライン状の輪郭エッジから逸脱する欠陥部１３の面積Ｓを算出する（ステップＳ１３）。

具体的に、欠陥面積Ｓは以下に示す方法で算出される。

まず、上記画素点列データから、パターンの輪郭を構成する帯部（図３において白く表される部分）の両側のエッジＡ及びエッジＢを抽出する。

図４は、エッジＡまたはエッジＢを抽出した模式図を示す。ここでは、まず、図４における輪郭線をエッジＡとした場合について説明する。図４において、ライン状の正常部エッジに対して破線より外側に逸脱した部分が欠陥部１３として示されている。

欠陥部１３と同じ遮光膜パターンにおける正常部に注目し、その正常部にラインＤを設定すると共に、そのラインＤの方向に沿って、欠陥部１３を含む欠陥領域１２ｂ、正常領域１２ａ及び１２ｃを設定する。ラインＤは、遮光膜パターンにおける幅方向（短手方向）の中心を通る中心線と、欠陥部１３が形成されている側のパターンエッジとの間の任意の位置にパターン長手方向に沿って設定した直線である。

ここで、各領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃのラインＤに沿った方向の長さをＬａ、Ｌｂ、Ｌｃとする。そして、各領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃについて、ラインＤと、欠陥部１３が形成されている側のパターンエッジとの間の部分の面積Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃを算出する。これら、面積Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃを用いて、下記の式（１）にて、エッジＡで見た場合の欠陥部１３の面積ＳＡを算出する。

ＳＡ ＝ Ｓｂ−Ｌｂ／（Ｌｃ＋Ｌａ＋２Ｌｂ）×｛Ｓａ（Ｌｃ＋Ｌｂ）／Ｌａ＋Ｓｃ（Ｌａ＋Ｌｂ）／Ｌｃ｝・・・（１）

エッジＢについても、図４における輪郭線をエッジＢとして同様に考えて、式（１）にて、エッジＢで見た場合の欠陥部１３の面積ＳＢを算出する。

面積ＳＡやＳＢを求めるにあたっては、上記ラインＤを欠陥部１３よりも正常部側に設定して正常部の面積も用いて算出している。これは、欠陥部１３と正常部との境界が画像上では認識し難いことがあり、欠陥部１３だけを抽出してその面積を計算するのが困難な場合があるためである。前述した方法を用いれば、（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ）から、比較的明確に認識できる帯状の正常部の面積を引くことで、容易に欠陥部１３の面積ＳＡまたはＳＢを得ることができる。

上述のように算出された面積ＳＡとＳＢを用いて、最終的に欠陥部１３の面積Ｓは、下記の式（２）にて算出される。

Ｓ＝（ＳＡ×α）＋（ＳＢ×β）・・・（２）

ここで、係数αと係数βは、α＋β＝１を満たす。例えば、式（２）においてαとβをそれぞれ１／２として計算した面積Ｓは、エッジＡとエッジＢとの間の中心線（図３において破線で示す）をパターンエッジとみなして、欠陥部１３の面積を算出したものに相当する。

画像上でパターンの輪郭を表す白い帯部は、ある程度の幅を持って表され、マスク基板上に遮光膜として形成されるパターンにおける側壁部の形状もしくはマスク基板面に対する角度によって、画像上で現れる帯部の幅は変わり、その帯部においてどの位置をパターンエッジとみなして上記計算を行うかによって欠陥部１３の面積も変わる。例えば、帯部においてパターン内側のエッジＡをパターンエッジとみなせば欠陥部１３の面積は上記ＳＡになり、パターン外側のエッジＢをパターンエッジとみなせば欠陥部１３の面積は上記ＳＢになり、この場合、ＳＡ＜ＳＢである。

αとβは、パターン側壁部の形状もしくは角度の違いによるウェーハ転写影響度を表し、あらかじめリソグラフィシミュレーションにより適切な値が求められる。したがって、これらαとβを用いた上記式（２）の計算を行うことで、欠陥部１３のパターンエッジを精度良く認識して、より正確な欠陥部１３の面積Ｓを求めることができる。

次に、上記で求めた欠陥部１３の面積Ｓを用いて、被転写体である半導体ウェーハへのパターン転写時における欠陥部１３の影響を予測し、欠陥部１３の評価を行う。

具体的には、実際の露光転写時に使う露光装置と同じ波長の光源、同じ光学系（ＮＡ、σ、照明条件等）をもったＡＩＭＳ（Aerial Image Measurement System）などのパターン評価装置を使った実測データとリソグラフィシミュレーションデータから、あらかじめ、欠陥部の面積Ｓと、欠陥部の転写影響度との相関関係を導出しておく。

この相関関係を、模式的に図５のグラフに示す。

ここでは、横軸に欠陥部の面積Ｓを表している。縦軸には、欠陥部の転写影響度として、転写寸法変動を表している。これは、欠陥部がない（欠陥面積Ｓがゼロ）のときの転写像もしくは形成されたパターンを基準にした、転写された欠陥部の寸法変動を表す。

この図５に示されるような相関関係を基に、上記ステップにて計算された欠陥部１３の面積Ｓのときの転写寸法変動を求め（ステップＳ１４）、欠陥部１３の評価を行う（ステップＳ１５）。具体的には、転写寸法変動が許容範囲内ならば欠陥部１３の面積Ｓは許容範囲内の大きさということになり欠陥部１３はそのままにし、転写寸法変動が許容範囲外の場合には欠陥部１３をイオンビーム等で削るなどの修正を施す。

以上説明したように、本実施形態によれば、あらかじめ欠陥面積Ｓと転写寸法変動との相関関係を求めておくことで、パターン評価時には、欠陥面積Ｓを計算して、相関関係を参照すれば容易に評価を行える。すなわち、パターン評価時には、ＡＩＭＳを用いた測定や、リソグラフィシミュレーションを行う必要がなくなるため、評価時間を短縮することができる。また、画像上で得られる欠陥面積を用いて評価を行うため、修正を必要とする箇所の特定が容易になる。

以上のようなことから、近年のＬＳＩ微細化に伴い、修正すべき部分の判断が難しい状況でも、また、マスク上に形成されるパターン数の増加により欠陥数が増加しても、パターン評価の効率化を図れる。

なお、欠陥面積Ｓから転写影響度を求めるにあたっては、欠陥部の長さＬも考慮することが望ましい。図２（ｂ）には、図２（ａ）の欠陥部１３を四角形（この場合矩形）に近似して変換した欠陥部１４を示す。この矩形の欠陥部１４における、正常部パターンエッジに沿った方向の長さを欠陥部の長さＬとする。

例えば、図２（ｂ）において破線で示す欠陥部２４は、欠陥部１４と外側への突出幅は同じで、長さが２倍の２Ｌである。この場合、欠陥部２４の面積Ｓ’は欠陥部１４の面積Ｓの２倍の２Ｓとなる。このように、欠陥部１４と欠陥部２４は面積が異なるが、ウェーハへの転写影響度は同じもしくはそれほど差がない場合がある。この場合には、例えば欠陥部２４の面積Ｓ’（＝２Ｓ）に１／２を乗じてＳ’／２、すなわち欠陥部１４の面積と同じ面積Ｓを有するものとして転写影響度を求める。

このように、欠陥部の面積Ｓだけでなく、長さＬも考慮して、転写影響度を求めることで、実際の露光転写を反映した、より正確なパターン評価を行える。複数の長さＬごとに、図５に示すような相関関係を複数用意しておいてもよいし、あるいは長さＬに応じて上記式（２）で求められる面積Ｓに係数を乗じるなどによって面積Ｓを補正するようにしてもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態として、上記パターン評価において修正が必要と判定された欠陥部に対する修正方法を、図６のフローを参照しつつ説明する。なお、ここでは、図７（ａ）に示すように、隣接するパターン（遮光膜１２）間でつながって形成された欠陥部１５を考える。

まず、修正が必要であると判定された欠陥部１５を含むマスクをマスク欠陥修正装置にセットする。

次に、欠陥部１５の座標に移動して（ステップＳ２１）、例えばイオンビーム等により欠陥部１５の遮光膜を除去し修正を行う（ステップＳ２２）。

欠陥部１５の修正工程が終了後、欠陥部１５が除去できているか確認するため、例えばＳＥＭ画像を取得する（ステップＳ２３）。

ここでは、例えば図７（ｂ）に示すように、修正残り１６、１７があったとする。これら、修正残り１６、１７のそれぞれについて、前述した第１実施形態と同様な方法にて面積を算出する（ステップＳ２４）。

そして、得られた面積を用いて、やはり第１実施形態と同様に、転写影響度を予測し（ステップＳ２５）、修正残り１６、１７の評価を行う（ステップＳ２６）。

ここで、例えば、修正残り１７は許容範囲内となったが、修正残り１６は許容範囲外となったとする。この場合、修正残り１６の面積と、許容範囲内になるための面積との差分を求め、その差分量またはそれ以上の面積の遮光膜除去を修正残り１６について行う。

上記ステップを、欠陥部１５の修正後の面積が許容範囲内になるまで繰り返し行う。そして、欠陥部１５の修正が完了したら、同じマスク上の他の欠陥部を同様に修正する。

従来は、欠陥修正装置で欠陥修正を行った後、ＡＩＭＳにより修正箇所を測定することで、欠陥修正後パターンの評価を行っている。

これに対して、本実施形態に係る欠陥修正方法では、ＡＩＭＳを用いた測定や、リソグラフィシミュレーションを行う必要がなくなるため、修正時間を大幅に短縮することができる。また、画像上で得られる欠陥面積を用いて評価を行うため、修正を必要とする箇所の特定が容易になり、修正の成功率の向上が図れる。

本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、大きく、マスク製造工程と、マスクを使ったパターン転写工程と、半導体ウェーハに対して成膜やエッチング等の各種処理を行う工程とを有する。

マスク製造工程においては、マスク基板上に形成した遮光膜を、例えば電子線を使ったリソグラフィによりパターニングする。そして、マスクパターンについて前述した実施形態で説明したパターン評価や欠陥修正を行ってマスクが完成する。

そして、そのマスクを用いて、レジストが形成された半導体ウェーハに対する露光が行われ、レジストにパターン像が転写される。その後、現像を行って、レジストをパターニングし、そのレジストパターンをマスクにして被加工膜に対するエッチング等の処理が行われる。

本発明の実施形態に係る半導体装置の製造装置は、図８に例示される欠陥修正装置を有する。この欠陥修正装置は、画像取得部３１と、処理部３２と、記憶部３５と、欠陥修正部３６とを有する。

画像取得部３１は、例えばＳＥＭ等の電子顕微鏡であり、欠陥検査装置から検査結果のデータを受けて、欠陥部を含むパターンの画像を撮像し取得する。

処理部３２は、画像処理部３３とパターン評価部３４を有する。画像処理部３３は、画像取得部３１から画像データを受けて、画像の強度平均化やコントラスト強調、さらにノイズや中間値（グレートーン）を除去するためにパターン画像の２値化処理などを行う。パターン評価部３４は、前述したように欠陥部の面積Ｓを求めた後、記憶部３５に格納された欠陥面積と転写影響度との相関関係に基づき、欠陥部の評価を行う。

そして、欠陥部が許容範囲外の大きさであった場合には、欠陥修正部３６にて上記第２実施形態で説明したような欠陥修正が行われる。

なお、図８に示す各要素は、一つの装置に組み込まれた構成とすることに限らず、それぞれ単体の装置として構成されていてもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

本発明は、パターンエッジから外側に遮光膜が突出した欠陥部に対してだけでなく、遮光膜パターンの一部が欠損した欠陥部に対しても適用可能である。また、Line & Spaceのような繰り返しパターンだけでなく、非周期パターンについても本発明を適用可能である。例えば、ホールパターンについて、欠陥部を含むパターン画像を取得して全ホール面積を算出し、それと同様な形状をしたホールパターンの画像を少なくとも１枚または複数枚取得して平均化した正常部の全ホール面積を求め、欠陥部を含む全ホール面積と正常な全ホール面積とを比較することで、欠陥面積を算出することが可能である。

１１…マスク基板、１２…遮光膜、１３，１５…欠陥部、３１…画像取得部、３２…処理部、３３…画像処理部、３４…パターン評価部、３５…記憶部、３６…欠陥修正部

Claims (5)

1. マスク基板に形成された欠陥部を含むパターンの画像を取得する工程と、
   前記画像から得られる前記パターンのエッジデータを基に、前記パターンにおける正常部から逸脱する前記欠陥部の面積を算出する工程と、
   前記欠陥部を含むパターンを被転写体に転写したときの前記欠陥部の転写影響度と、前記欠陥部の面積との相関関係に基づいて、前記欠陥部の評価を行う工程と、
   を備えたことを特徴とするマスク製造方法。
2. 前記画像における前記パターンの輪郭を構成する帯部の両側の一対のエッジＡ及びエッジＢのそれぞれについて前記正常部のエッジから逸脱する前記欠陥部の面積ＳＡと面積ＳＢを算出し、
   前記面積ＳＡと前記面積ＳＢにそれぞれ係数αと係数β（α＋β＝１）を乗じた（ＳＡ×α）と（ＳＢ×β）との和（ＳＡ×α）＋（ＳＢ×β）を前記欠陥部の面積Ｓとし、この面積Ｓと前記転写影響度との相関関係に基づいて前記欠陥部の評価を行うことを特徴とする請求項１記載のマスク製造方法。
3. 前記欠陥部の形状を四角形に近似し、この四角形の、前記正常部のエッジに沿った方向の長さＬを算出する工程をさらに備え、
   前記長さＬと、前記欠陥部の面積と、前記転写影響度との相関関係に基づいて前記欠陥部の評価を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマスク製造方法。
4. 前記欠陥部の評価において前記欠陥部が許容範囲外であると判定された場合に、前記欠陥部に対して修正を行う工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマスク製造方法。
5. マスク基板に形成された欠陥部を含むパターンの画像を取得する画像取得部と、
   前記画像から得られる前記パターンのエッジデータを基に、前記パターンにおける正常部から逸脱する前記欠陥部の面積を算出し、前記欠陥部を含むパターンを被転写体に転写したときの前記欠陥部の転写影響度と、前記欠陥部の面積との相関関係に基づいて、前記欠陥部の評価を行うパターン評価部と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。