JP2011164484A

JP2011164484A - マスク検証方法、半導体装置の製造方法およびマスク検証プログラム

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Publication number: JP2011164484A
Application number: JP2010029316A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Nojima; 茂樹野嶋; Tetsuaki Matsunawa; 哲明松縄; Shigeru Hasebe; 茂長谷部; Masahiro Miyairi; 将博宮入
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: US20110201138A1; US8336004B2; JP5248540B2

Abstract

【課題】マスクパターンの仕上がり寸法保証を正確に行なうマスク検証方法を提供すること。
【解決手段】テストパターンの実寸法と、テストパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出されるシミュレーション寸法と、の間の複数種類のパターン周辺環境下における各対応関係に基づいてモデル関数が作成され、検証対象マスクパターンの実寸法と検証対象マスクパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出されるシミュレーション寸法との間の計算上での差分を、検証対象マスクパターンにモデル関数を適用して算出し、実際に測定された検証対象マスクパターンの実寸法と検証対象マスクパターンのパターンデータ上でのパターン寸法との間の差分を算出し、この差分と計算上での差分の合計値が、所定の許容範囲内であるか否かに基づいて、マスクに形成されたマスクパターンのパターン寸法が合格であるか否かを検証する。
【選択図】図３

Description

本発明は、マスク検証方法、半導体装置の製造方法およびマスク検証プログラムに関する。

近年の半導体製造技術の進歩は非常に目覚しく、最小加工寸法４０ｎｍサイズの半導体装置が量産されている。このような半導体装置の微細化は、マスクプロセス技術、光リソグラフィ技術、およびエッチング技術等の微細パターン形成技術の飛躍的な進歩により実現されている。パターンサイズが十分大きい時代には、ウエハ上に形成したい集積回路パターンの平面形状をそのまま設計パターンとして描き、その設計パターンに忠実なマスクパターンを作製していた。そして、作製したマスクパターンを投影光学系によってウエハ上に転写し、レジストを被加工膜として下地をエッチングすることによってほぼ設計パターン通りのパターンがウエハ上に形成できた。

ところが、集積回路パターンの微細化が進むにつれて、各プロセスでパターンを忠実に形成することが困難になってきており、この結果、最終的な仕上り寸法が設計パターン通りにならない問題が生じてきた。特に微細加工を達成するために最も重要なリソグラフィプロセスやエッチングプロセスでは、形成したいパターンの周辺に配置された他のパターンが、形成したいパターンの寸法精度に大きく影響を与える。

このような影響を回避するために開発されたのが、光近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）やプロセス近接効果補正（ＰＰＣ：Process Proximity Correction）という技術である。これらの技術は、加工後の集積回路パターン形状が設計パターン（所望値）になるよう、予め補助パターンを付加したり、パターンの幅を太めたり細めたりするといったものである（例えば、特許文献１，２参照）。このようなＯＰＣやＰＰＣを用いることにより、設計者が描いたパターン（設計パターンデータ）をほぼ所望通りの形状でウエハ上に形成することが可能となっている。ＯＰＣやＰＰＣを用いた従来方法の場合、（１）ウエハ上に転写されたレジスト寸法およびレジスト形状が所望値になるようにマスクパターンデータを補正する処理、または、（２）ウエハ上に転写された最終的な半導体回路パターンの仕上がり寸法および仕上がり形状が所望値になるようにマスクパターンデータを補正する処理が行われる。

ところで、微細な集積回路パターンを形成するためのマスクの場合、マスクを作製するプロセス自体にも近接効果がある。このため、マスクのデータ値とマスクの実際の仕上がりの形状とが異なってしまうという問題があった。ＯＰＣやＰＰＣは、マスクデータとウエハ上のパターン形状との関係を元にマスクデータを補正する方法であるので、マスクデータからパターン形状を形成するまでの間に作製されるマスクの実際の仕上がり形状は不明瞭であった。

このため、マスクそのものの仕上がり形状を保証するために、従来は、マスクパターンから１つの周辺環境（例えば、ラインパターンとスペースパターンの寸法比率が１：１のライン＆スペースパターンなど）を選択し、選択した周辺環境でのマスクの仕上がり寸法保証を行なっていた。

しかしながら、この方法では、１つの周辺環境でしかマスクの仕上がり寸法保証を行なっていないので、マスクの仕上がり寸法保証が正確ではないという問題があった。

特開平９−３１９０６７号公報特開２００３−１０７６６４号公報

本発明は、マスクパターンの仕上がり寸法保証を正確に行なうマスク検証方法、半導体装置の製造方法およびマスク検証プログラムを提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、マスクに形成されるマスクパターン内から抽出された検証対象となる検証対象マスクパターンの実寸法と、前記検証対象マスクパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出される前記検証対象マスクパターンのシミュレーション寸法と、の間の差分の計算上での予測値を第１の差分として算出する第１の差分算出ステップと、実際に測定された前記検証対象マスクパターンの実寸法と、前記検証対象マスクパターンのパターンデータ上でのパターン寸法と、の間の差分を実測定に基づく第２の差分として算出する第２の差分算出ステップと、前記第１の差分と前記第２の差分とを用いて求められた差分評価値が、所定の許容範囲内であるか否かに基づいて、前記マスクに形成されたマスクパターンのパターン寸法が合格であるか否かを検証する判定ステップと、を含み、前記第１の差分算出ステップは、テスト用のマスクに形成されたテストパターンを用いて設定されたモデル関数を前記検証対象マスクパターンに適用して前記第１の差分を算出し、前記モデル関数は、複数種類のパターン周辺環境下における、前記テストパターンの実寸法と前記テストパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出されるテストパターンのシミュレーション寸法との各対応関係に基づいて作成された関数式であることを特徴とするマスク検証方法が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、マスクに形成されるマスクパターン内から抽出された検証対象となる検証対象マスクパターンの実寸法と、前記検証対象マスクパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出される前記検証対象マスクパターンのシミュレーション寸法と、の間の差分の計算上での予測値を第１の差分として算出する第１の差分算出ステップと、実際に測定された前記検証対象マスクパターンの実寸法と、前記検証対象マスクパターンのパターンデータ上でのパターン寸法と、の間の差分を実測定に基づく第２の差分として算出する第２の差分算出ステップと、前記第１の差分と前記第２の差分とを用いて求められた差分評価値が、所定の許容範囲内であるか否かに基づいて、前記マスクに形成されたマスクパターンのパターン寸法が合格であるか否かを検証する判定ステップと、をコンピュータに実行させ、前記第１の差分算出ステップは、テスト用のマスクに形成されたテストパターンを用いて設定されたモデル関数を前記検証対象マスクパターンに適用して前記第１の差分を算出し、前記モデル関数は、複数種類のパターン周辺環境下における、前記テストパターンの実寸法と前記テストパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出されるテストパターンのシミュレーション寸法との各対応関係に基づいて作成された関数式であることを特徴とするマスク検証プログラムが提供される。

本発明によれば、マスクパターンの仕上がり寸法保証を正確に行なうことが可能になるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係るマスクパターン検証方法の全体処理を説明するための図である。図２は、マスクパターン検証装置の構成を示すブロック図である。図３は、マスクパターンの寸法検証処理手順を説明するための図である。図４は、着目パターンの寸法と周辺環境との対応関係を説明するための図である。図５は、マスク保証用パターンがモニタ部内に配置された場合のマスクパターンを示す図である。図６は、マスク保証用パターンがモニタ部内と本体回路部内の両方に配置された場合のマスクパターンを示す図である。図７は、マスクパターンの寸法検証結果の一例を示す図である。図８は、マスクパターン検証装置のハードウェア構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るマスク検証方法、半導体装置の製造方法およびマスク検証プログラムを詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、実施の形態に係るマスクパターン検証方法の全体処理を説明するための図である。本実施の形態のマスクパターン検証方法は、マスク（フォトマスク）に形成されたマスクパターンの仕上がり寸法を検証する方法であり、マスクパターンの仕上がり誤差と、ＳＥＭなどによるマスクパターンの実測定寸法（以下、マスク実寸法という）と、マスクパターンのパターンデータ（ターゲット寸法）と、に基づいて、マスクパターンの寸法検証が行なわれる。マスクパターンの仕上がり誤差は、マスクパターンの周辺環境がマスクの仕上がり寸法に与える影響を考慮したモデル関数を用いて算出される。

マスク実寸法とマスク描画用データ（マスクパターンデータ）Ｄ３上での寸法との間の差分は、マスクパターンの周辺環境に応じて所定の誤差量を有しているものである。したがって、本実施の形態では、マスク実寸法とマスク描画用データＤ３上での寸法との間の差分（ばらつき量）を、マスクパターンのパターン周辺環境（以下、マスク周辺環境という）を考慮したモデル関数によって算出しておく。このため、本実施の形態のモデル関数は、マスク周辺環境としてライン＆スペースパターンのスペースパターン幅やラインパターン幅などを変動させた場合の、マスク実寸法とマスク描画用データＤ３上での寸法との間の差分（後述のΔ）を算出するための関数式である。モデル関数へは、マスク周辺環境に関する情報（スペースパターン幅やラインパターン幅）が入力され、その結果としてΔが導出される。

マスクパターンの仕上がり寸法を検証する際には、実際に測定したマスク実寸法とマスク描画用データＤ３上での寸法との間の差分と、この差分のばらつき量であるΔと、を合計した値（理想値からのばらつき量）が、許容範囲内であるか否かが判定される。具体的には、Δにマスク描画用データＤ３上での寸法を加算し、加算した値から実際に測定したマスク実寸法を引いた値が算出される。これによって算出された値が許容範囲内であれば、マスクパターンは合格判定され、算出された値が許容範囲外であれば、マスクパターンは不合格判定される。

まず、ウエハなどの基板に形成するウエハ上パターン（エッチング後パターン）の設計データＤ１を作成する。そして、設計データＤ１に基づいて、ウエハ上に形成するレジストパターンデータ（リソグラフィターゲット）Ｄ２を作成する。さらに、レジストパターンデータＤ２に基づいて、マスク描画用データＤ３を作成する。マスク描画用データＤ３は、マスク上に形成するマスクパターンのデータである。

この後、マスク描画用データＤ３を用いたマスクプロセスＳ１によってマスクが作製される。具体的には、マスク描画用データＤ３に対応するマスクパターンＰ１がマスク上に形成される。

作製されたマスクを用いてウエハへのリソグラフィプロセス（露光や現像などのウエハリソグラフィプロセスＳ２）が行われ、ウエハ上にレジストパターンＰ２が形成される。具体的には、ウエハ上にレジストが塗布され、マスクを介してレジストに露光光が照射される。これにより、ウエハ上にマスクパターンＰ１が転写され、その結果、レジストパターンＰ２が形成される。

レジストパターンＰ２が形成された後、ウエハへのエッチングプロセス（ウエハエッチングプロセスＳ３）が行なわれ、ウエハ上パターンとしてＳｉ（シリコン）パターンＰ３などがウエハ上に形成される。具体的には、レジストパターンＰ２をマスクとしてウエハの下層膜がウエハエッチングされ、これにより、ＳｉパターンＰ３がウエハ上に形成される。

マスクプロセスＳ１によってマスクを作製する際には、マスク作製起因のパターン寸法ずれが生じる。これは、マスク作製の際の描画工程などが原因で生じるマスク描画用データＤ３とマスクパターンＰ１の寸法ずれである。また、ウエハリソグラフィプロセスＳ２によってウエハ上にパターン形成を行う際には、リソグラフィ起因のパターン寸法ずれが生じる。これは、リソグラフィの際の露光工程や現像工程などが原因で生じる寸法ずれであり、レジストパターンデータＤ２とレジストパターンＰ２の寸法ずれである。

このため、リソグラフィ起因のパターン寸法ずれとマスク作製起因のパターン寸法ずれを補正する補正ルールモデルＭ１（図示せず）を作成しておく。そして、リソグラフィ起因のパターン寸法ずれやマスク作製起因のパターン寸法ずれが、所定の許容範囲内に入っていなければ、補正ルールモデルＭ１を用いてマスク描画用データＤ３を補正する。具体的には、補正ルールモデルＭ１に、リソグラフィ起因のパターン寸法ずれ量とマスク作製起因のパターン寸法ずれ量に応じた補正ルールモデルパラメータＣ１を設定する。そして、レジストパターンデータＤ２に、補正ルールパラメータＣ１が設定された補正ルールモデルＭ１を適用して、補正Ｓ４（ウエハリソグラフィプロセス補正とマスク補正）を行ない、これによりマスク描画用データＤ３を作成（修正）する。

また、ウエハエッチングプロセスＳ３によってＳｉパターンＰ３を形成する際には、ウエハエッチングなどの加工起因のパターン寸法ずれが生じる。これは、ＳｉパターンＰ３を形成する際のエッチング工程などが原因で生じる設計データＤ１とＳｉパターンＰ３の寸法ずれである。

このため、加工起因のパターン寸法ずれを補正する補正ルールモデルＭ２（図示せず）を作成しておく。加工起因のパターン寸法ずれが、所定の許容範囲内に入っていなければ、補正ルールモデルＭ２を用いてレジストパターンデータＤ２を補正する。具体的には、補正ルールモデルＭ２に、加工起因のパターン寸法ずれ量に応じた補正ルールパラメータＣ２を設定する。そして、設計データＤ１に、補正ルールパラメータＣ２が設定された補正ルールモデルＭ２を適用して、ウエハエッチング補正Ｓ５を行ない、これによりレジストパターンデータＤ２を作成（修正）する。レジストパターンデータＤ２が補正された場合には、補正後のレジストパターンデータＤ２を用いて、マスク描画用データＤ３が修正される。

マスク描画用データＤ３を修正した後、マスク描画用データＤ３にモデル関数を適用してマスクプロセスシミュレーションＳ６が行なわれる。また、マスク描画用データＤ３を用いてマスクを作製した場合の実際のマスクパターンＰ１のマスク実寸法を測定しておく。そして、マスクパターンＰ１のマスク実寸法と、マスク描画用データＤ３との間の寸法差分（実測定に基づく差分）が算出される。この後、実測定に基づく差分に、マスクプロセスシミュレーションＳ６によって算出したマスクパターン計算結果Ｒ１が加算され、加算結果に基づいて、マスクパターンの仕上がり寸法検証（マスクの合否判定）（マスクパターン検証Ｓ７）が実行される。

マスク周辺環境は、例えばライン＆スペースパターンのスペースパターン幅、ラインパターン幅、ピッチ、パターン被覆率（所定領域内におけるラインパターンの面積占有率）などである。前記モデル関数は、種々のマスク周辺環境での差分（シミュレーション寸法とマスク実寸法との差分）を用いて設定しておく。種々のマスク周辺環境でのマスク実寸法は、例えば、実際にテスト用マスクをＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）などによって測定したパターン寸法である。また、種々のマスク周辺環境でのシミュレーション寸法は、テスト用マスクに所定のマスクプロセスシミュレーションを適用することによって算出されるパターン寸法の値である。同一のマスク周辺環境でのマスク実寸法とシミュレーション寸法とを対応付けておき、対応付けされたマスク実寸法とシミュレーション寸法との差分に基づいてモデル関数が設定される。

マスクパターンの寸法を検証する際には、モデル関数を用いてΔが算出され、このΔにマスク保証用パターンの寸法を加算することによってマスクパターン評価値が算出される。マスクパターン評価値は、実際に測定したマスク実寸法と比較される値であり、種々のマスク周辺環境を考慮した場合の寸法誤差量を加味した計算上のマスク仕上がり寸法である。

マスクパターン評価値が算出された後、モデル関数を用いて算出したマスクパターン評価値と、実際に測定したマスク実寸法との差分が、所定の許容範囲内であるか否かが判定される。例えば、マスクパターン評価値とマスク実寸法との差分のばらつき（例えば３σ）および平均値が所定の範囲内であるか否かに基づいてマスクパターンの検証が行なわれる。算出した差分が、所定の許容範囲内であれば、マスクパターンの寸法は合格となる。そして、マスクパターンが形成されたマスクを用いてウエハプロセス（ウエハリソグラフィプロセスＳ２やウエハエッチングプロセスＳ３）が行なわれる。これにより、ウエハ上に半導体装置が形成される。

一方、算出した差分が、所定の許容範囲内でなければ、マスクパターンの寸法は不合格となる。この場合、マスクパターン評価値とマスク実寸法との差分が所定の許容範囲内となるようマスク描画用データＤ３が補正される。そして、マスクパターン評価値とマスク実寸法との差分が所定の許容範囲内となったマスクを用いてウエハプロセスが行なわれ、これにより、ウエハ上に半導体装置が形成される。

なお、マスク描画用データＤ３を補正しても、マスクパターンが合格とならない場合は、設計データＤ１、レジストパターンデータＤ２を修正してもよいし、マスクプロセスＳ１、ウエハリソグラフィプロセスＳ２、ウエハエッチングプロセスＳ３などを変更してもよい。設計データＤ１を修正する場合には、設計データＤ１の修正に応じてレジストパターンデータＤ２が修正され、さらにレジストパターンデータＤ２の修正に応じてマスク描画用データＤ３が修正される。また、レジストパターンデータＤ２を修正する場合には、レジストパターンデータＤ２の修正に応じてマスク描画用データＤ３が修正される。

このように、マスクパターン評価値とマスク実寸法との差分が所定の許容範囲内であるか否かを判定し、合格判定となったマスクをウエハプロセスに用いることによって、マスク上に形成されたマスクパターンの寸法保証が行なわれる。

従来、マスクパターンの仕上がり寸法を保証するためには、限定されたパターン（孤立パターン、１種類のライン＆スペースパターンなど）の測定結果を用いていた。一方、本実施の形態では、マスク周辺環境を考慮したモデル関数を用いて、マスク描画用データＤ３からマスクパターンの仕上がり寸法に対応するマスクパターン評価値を予測している。これにより、マスクパターン形状で限定されることなく、種々のマスクパターン形状に対して寸法保証することが可能となる。

つぎに、マスクパターンの寸法検証を行なうマスクパターン検証装置の構成について説明する。図２は、マスクパターン検証装置の構成を示すブロック図である。マスクパターン検証装置１は、入力部１１、マスク描画用データ記憶部１２、モデル関数記憶部１３、実寸法記憶部１４、検証パターン抽出部１５、マスクパターン評価値算出部１６、差分算出部１７、判定部１８、出力部１９を有している。

入力部１１は、マスク描画用データＤ３、モデル関数、実際に測定されたマスク実寸法などをマスクパターン検証装置１内に入力する。モデル関数は、マスク実寸法とマスクパターンのシミュレーション寸法（シミュレーション値）との間の差分の計算上での予測値をマスクプロセスシミュレーションによって算出する関数式である。また、入力部１１に入力されるマスク実寸法は、例えば、実際にＳＥＭなどによって測定されたマスク保証用パターンの寸法である。入力部１１は、マスク描画用データＤ３をマスク描画用データ記憶部１２に送り、モデル関数をモデル関数記憶部１３に送り、マスク実寸法を実寸法記憶部１４に送る。

マスク描画用データ記憶部１２は、マスク描画用データＤ３を記憶するメモリなどであり、モデル関数記憶部１３は、モデル関数を記憶するメモリなどであり、実寸法記憶部１４は、マスク実寸法を記憶するメモリなどである。

検証パターン抽出部１５は、マスク描画用データ記憶部１２内のマスク描画用データＤ３から、マスク保証（マスクパターンの検証）に用いるモニターパターンとして、マスク保証用パターンを抽出する。マスク保証用パターンは、マスクパターンの仕上がり寸法保証用のマスクパターンであり、仕上がり寸法の検証対象パターン（検証対象マスクパターン）である。検証パターン抽出部１５は、抽出したマスク保証用パターンをマスクパターン評価値算出部１６に送る。

マスクパターン評価値算出部１６は、マスク保証用パターンにモデル関数記憶部１３内のモデル関数を適用して、マスク保証用パターンのマスクパターン評価値（マスク上での仕上がり寸法の計算上での予測値）（シミュレーション寸法）を算出する。

具体的には、マスクパターン評価値算出部１６は、モデル関数にマスク保証用パターンの寸法（ラインパターンの寸法やスペースパターンの寸法）などを入力することによって、モデル関数を用いて計算上の差分（マスク実寸法とマスクパターンのシミュレーション寸法との間の差分の誤差予測値である第１の差分）を算出する。マスクパターン評価値算出部１６に入力されるマスク保証用パターンの寸法は、モデル関数の設定に用いた周辺環境とは異なる周辺環境であってもよい。モデル関数の設定には、種々の周辺環境が用いられるが、マスクパターン評価値算出部１６に入力されるマスク保証用パターンの寸法は、少なくとも１つの周辺環境（任意のパターン寸法）でよい。マスクパターン評価値算出部１６は、モデル関数を用いた計算上の差分に、マスク保証用パターンのパターンデータ上の寸法を加算することによって、マスクパターン評価値を算出する。マスクパターン評価値算出部１６は、算出したマスクパターン評価値を差分算出部１７に送る。

差分算出部１７は、実寸法記憶部１４内のマスク実寸法と、マスクパターン評価値算出部１６が算出したマスクパターン評価値との差分（第２の差分）を算出する。差分算出部１７が算出した差分が、マスクパターン評価値と、実際にマスクに形成されているマスクパターンとの差分（ずれ量）である。差分算出部１７は、算出した差分を判定部１８に送る。

判定部１８は、差分算出部１７が算出した、マスク実寸法とマスクパターン評価値との差分が、許容範囲内であるか否かを判定する。判定部１８は、差分が許容範囲内である場合に、マスク上のマスクパターンが合格であると判断し、差分が許容範囲内でない場合に、マスク上のマスクパターンが不合格であると判断する。出力部１９は、判定部１８による判定結果を外部装置などに出力する。

つぎに、マスクパターンの寸法検証処理手順について説明する。図３は、マスクパターンの寸法検証処理手順を説明するための図である。所望のウエハ上パターンに対応する設計データＤ１を、設計データの作成装置などによって作成する（ステップＳ１０）。設計データの作成装置は、設計データを作成するコンピュータなどの装置である。

この後、設計データＤ１に基づいて、ウエハ上に形成するレジストパターンデータＤ２をレジストパターンデータの作成装置などによって作成する（ステップＳ２０）。レジストパターンデータの作成装置は、設計データＤ１に応じたレジストパターンデータＤ２を作成するコンピュータなどの装置である。

さらに、レジストパターンデータＤ２に基づいて、マスク描画用データ（マスクパターンデータ）Ｄ３をマスク描画用データの作成装置などによって作成する（ステップＳ３０）。マスク描画用データの作成装置は、レジストパターンデータＤ２に応じたマスク描画用データＤ３を作成するコンピュータなどの装置である。

入力部１１は、マスク描画用データＤ３を入力してマスク描画用データ記憶部１２に送る。マスク描画用データ記憶部１２は、マスク描画用データＤ３を記憶しておく。検証パターン抽出部１５は、マスク描画用データ記憶部１２内のマスク描画用データＤ３からマスク保証用パターンを抽出する（ステップＳ４０）。検証パターン抽出部１５は、抽出したマスク保証用パターンをマスクパターン評価値算出部１６に送る。

また、マスク保証用パターンとは別に、テスト用マスクを用いてモデル関数の導出を行なっておく。テスト用マスクは、種々のスペースパターン幅、種々のラインパターン幅、種々のピッチ、種々のパターン被覆率などを有した種々のマスクパターン（モデル関数設定用マスクパターン）が形成されたモデル関数設定用のマスクである。換言すると、テスト用マスクは、種々のマスク周辺環境内で形成されているマスクパターンを有したマスクである。

モデル関数の作成者は、テスト用マスクのマスクパターン内から複数の着目パターンを抽出しておく。そして、各着目パターンの寸法をＳＥＭなどによって測定する。着目パターンの寸法と、周辺環境との対応関係（着目パターンの周辺環境依存性）を導出する（ステップＳ５０）。

図４は、着目パターンと周辺環境との対応関係を説明するための図である。テスト用マスクの種々の着目パターンに対し、着目パターンを実際に測定した場合の寸法（マスク実寸法）とマスク描画用データＤ３上での寸法との寸法差ｍｄを求めておく。また、寸法差ｍｄを求めた着目パターンに対し、着目パターンにマスクシミュレーションを行った場合に得られるシミュレーション寸法とマスク描画用データＤ３上での寸法との寸法差ｓｄを求めておく。ここでの着目パターンは、マスクパターン幅を一定値としスペースパターン幅を種々変更させることによって作製されている。

図４では、横軸をマスクパターンのスペースパターン幅（マスクスペース）とし、縦軸をマスク描画用データＤ３との寸法差としている。横軸に示すスペースパターン幅は、マスクパターンのパターン残し部（遮光部）の寸法である。また、縦軸に示すマスク描画用データＤ３との寸法差は、マスクデータ上のスペースパターン幅とマスク実寸法との寸法差ｍｄ、マスクデータ上のスペースパターン幅とシミュレーション寸法との寸法差ｓｄである。なお、図４に示す寸法は、テスト用マスク上での寸法であり、テスト用マスクを用いてウエハ上にパターン形成した場合には、テスト用マスク上での寸法の４倍の寸法となる。

図４に示すように、マスクスペースの寸法が１０００ｎｍを下回るような場合には、マスク描画用データＤ３との差分が最大で０．８ｎｍ程度大きくなる。一方、マスクスペースの寸法が６０００ｎｍと大きい場合は、マスク描画用データＤ３との差分が小さいことが分かる。したがって、マスク保証用パターンの周辺環境（残し部）の寸法に応じて、最大０．８ｎｍの誤差を加えることで、マスクパターンの真の狙い目寸法を求めることが可能となる。

本実施の形態では、マスク周辺環境を変動させた場合の、マスクパターンのシミュレーション寸法と、マスク実寸法との差分を測定しておき、この差分を表現するためのシミュレーションモデル（関数）を求めておく。換言すると、図４に示すような、周辺環境毎（スペースパターン幅毎）の寸法差ｍｄと寸法差ｓｄとの対応関係に基づいて、マスクパターンの判定に用いるモデル関数（マスクパターン評価値の算出に用いるモデル関数）が求められる。このように、モデル関数は、複数種類のマスク周辺環境下における、テスト用マスクに形成されたマスクパターンの実寸法とテスト用マスクのシミュレーション寸法との各対応関係に基づいて作成された関数式である（ステップＳ６０）。入力部１１は、モデル関数を入力してモデル関数記憶部１３に送る。モデル関数記憶部１３は、モデル関数を記憶しておく。

なお、図４では、周辺環境としてスペースパターン幅を種々変更させた場合について説明したが、スペースパターン幅を種々変更させる場合に限らず、ラインパターン幅、ピッチ、パターン被覆率などを種々変化させた周辺環境を用いてもよい。また、スペースパターン幅、ラインパターン幅、ピッチ、パターン被覆率などを組み合わせて種々変化させた周辺環境を用いてもよい。

モデル関数としては、例えば以下の式（１）に示す関数を用いる。式（１）のΔは、マスク保証用パターンにおける、マスク実寸法とマスクのシミュレーション寸法との差分（最大ばらつき量）の予測値（計算値）である。ここでのマスク実寸法は、マスク保証用パターンを実際に測定した場合の実測予測値であり、シミュレーション寸法は、マスク保証用パターンにマスクシミュレーションを適用した場合のシミュレーション値である。したがって、モデル関数によって、マスク描画用データＤ３上のパターン寸法（理想値）とマスク実寸法との差分の予測値が算出される。また、Ｌｉｎｅは、ラインパターン幅であり、Ｓｐａｃｅはスペースパターン幅である。

テスト用マスクを用いて導出された寸法差ｍｄと寸法差ｓｄとの周辺環境毎の対応関係（差分）を用いて、式（１）のｃ₀、ａ₁、ａ₂、ａ₃、ａ₄、Ａ、ｂ₁、ｂ₂、ｂ₃、ｂ₄などの係数が導出される。具体的には、寸法差ｍｄと寸法差ｓｄとの差分が小さくなるよう、式（１）のｃ₀、ａ₁、ａ₂、ａ₃、ａ₄、Ａ、ｂ₁、ｂ₂、ｂ₃、ｂ₄などの係数が設定される。こうして係数が設定されたモデル関数を用いてマスクパターンの寸法検証が行なわれる。

具体的には、マスク保証用パターンにモデル関数を適用してマスク保証用パターンのマスクパターン評価値を算出する（ステップＳ７０）。このとき、マスクパターン評価値算出部１６は、モデル関数記憶部１３内のモデル関数を用いて、モデル関数を用いた計算上の差分（マスクパターンのシミュレーション寸法とマスク実寸法との差分）の予測値を算出する。

さらに、マスクパターン評価値算出部１６は、モデル関数を用いた計算上の差分に、マスク保証用パターンの寸法（パターンデータ上の寸法）を加算することによって、マスクパターン評価値を算出する。マスクパターン評価値算出部１６は、算出したマスクパターン評価値を差分算出部１７に送る。

マスク保証用パターンの実寸法であるマスク実寸法は、予めＳＥＭなどによって測定しておく（ステップＳ８０）。入力部１１は、マスク実寸法を入力して実寸法記憶部１４に送る。実寸法記憶部１４は、マスク実寸法を記憶しておく。

差分算出部１７は、実寸法記憶部１４内のマスク実寸法と、マスクパターン評価値算出部１６が算出したマスクパターン評価値との差分を算出する（ステップＳ９０）。差分算出部１７は、算出した差分を判定部１８に送る。マスクパターン検証装置１は、マスク保証用パターン（測定ポイント）の数だけステップＳ４０〜Ｓ９０の処理を繰り返す。

ここで、ステップＳ７０〜Ｓ９０で算出される寸法の一例について説明する。例えば、マスク保証用パターンのシミュレーション寸法をＡ’と仮定し、マスク保証用パターンのマスク実寸法をＢ’と仮定する。また、マスク保証用パターンのパターンデータ上の寸法がＣであったとする。さらに、ＳＥＭなどによって測定されたマスク保証用パターンのマスク実寸法がＢであったとする。

この場合、マスクパターン評価値算出部１６は、モデル関数を用いることによって、マスク保証用パターンのシミュレーション寸法とマスク保証用パターンのマスク実寸法との差分として、Δ＝（Ａ’−Ｂ’）を算出する。なお、モデル関数は、Δを算出する式であるので、具体的なＡ’の値やＢ’の値は算出されない。

また、マスクパターン評価値算出部１６は、モデル関数を用いて算出したΔに、マスク保証用パターンのパターンデータ上の寸法であるＣを加算することによって、計算上のマスクパターン評価値（（Ａ’−Ｂ’）＋Ｃ）を算出する。さらに、差分算出部１７は、算出した計算上のマスクパターン評価値（（Ａ’−Ｂ’）＋Ｃ）と、実際に測定したマスク実寸法（Ｂ）との差分を算出する。具体的には、マスク実寸法と、マスクパターン評価値との差分として、（Ａ’−Ｂ’＋Ｃ−Ｂ）が算出される。実際には（Ａ’−Ｂ’）は算出されることなく、Δが算出されるので、マスク実寸法と、マスクパターン評価値との差分としては、（Δ＋Ｃ−Ｂ）が算出されることとなる。

ここでの（Ｃ−Ｂ）は、マスク保証用パターンのパターンデータ上の寸法Ｃと、マスク実寸法Ｂとの差分である。したがって、ステップＳ９０で算出したマスク実寸法とマスクパターン評価値との差分は、マスク保証用パターンのパターンデータ上の寸法Ｃと、マスク実寸法Ｂとの間の差分（Ｃ−Ｂ）と、周辺環境を考慮した場合のずれ量（Δ）と、を足した値となっている。

このため、Δをマスクパターン評価値算出部１６が算出し、差分（Ｃ−Ｂ）をマスクパターン評価値算出部１６または差分算出部１７が算出してもよい。この場合、差分算出部１７によって、差分（Ｃ−Ｂ）と、Δと、が加算され、加算された値が、マスク実寸法とマスクパターン評価値との差分となる。

判定部１８は、差分算出部１７が算出した値（マスク実寸法とマスクパターン評価値との差分）が、許容範囲内であるか否かを判定する。具体的には、判定部１８は、差分算出部１７が算出した各マスク保証用パターンでの差分に対して、差分のばらつき（例えば３σ）や平均値を算出し、この差分やばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する。これにより、判定部１８は、マスクパターンが合格であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。判定部１８は、差分が許容範囲内である場合に、マスク保証用パターンのマスクパターンが合格であると判断し、差分が許容範囲内でない場合に、マスク保証用パターンのマスクパターンが不合格であると判断する。出力部１９は、判定部１８による判定結果を外部装置などに出力する。

マスクパターンが不合格である場合（ステップＳ１００、Ｎｏ）、マスクパターンが合格となるよう、マスク描画用データＤ３が補正される（ステップＳ１１０）。そして、ステップＳ４０〜Ｓ１００の処理が行われる。

マスクパターンが合格である場合（ステップＳ１００、Ｙｅｓ）、マスク保証用パターンの形成されているマスクを用いてウエハリソグラフィプロセスＳ２やウエハエッチングプロセスＳ３などが行われる。

なお、ステップＳ５０の処理、ステップＳ６０の処理、入力部１１へのモデル関数の入力処理は、ステップＳ７０の処理の前であればよい。また、ステップＳ８０の処理や入力部１１へのマスク実寸法の入力処理は、ステップＳ９０の前であればよい。

つぎに、マスク保証用パターンの配置位置について説明する。マスク保証用パターンは、例えばマスクパターン内のうち本体回路の形成されていないモニタ部などに配置される。モニタ部は、本体回路部でなく本体回路部間や周辺にあるエリアであり、例えばスクライブラインなどである。

図５は、マスク保証用パターンがモニタ部内に配置された場合のマスクパターンを示す図である。図５では、マスクパターンを上面から見た場合の図を示している。マスクパターン２０は、１ショット分のマスクパターンであり、１〜複数の製品チップパターンが配置されている。図５では、マスクパターン２０内に８つの製品チップパターン２１ａ〜２１ｈが配置されている場合を示している。

各製品チップパターン２１ａ〜２１ｈ内には、概略矩形状の本体回路部Ｘが配置されており、本体回路部Ｘの周辺部がリング状のモニタ部Ｗとなっている。また、各製品チップパターン２１ａ〜２１ｈ内には、モニタ部Ｗ内の配置位置Ｙ１〜Ｙ４に、マスク保証用パターンが配置されている。図５では、モニタ部Ｗのうち本体回路部Ｘの各頂点近傍（本体回路部Ｘの外側）が、マスク保証用パターンの配置位置Ｙ１〜Ｙ４である場合を示している。

また、マスク保証用パターンは、本体回路部Ｘ内にのみ配置してもよい。さらに、マスク保証用パターンは、モニタ部Ｗ内と本体回路部Ｘ内の両方に配置してもよい。図６は、マスク保証用パターンがモニタ部内と本体回路部内の両方に配置された場合のマスクパターンを示す図である。図６では、マスクパターンを上面から見た場合の図を示している。マスクパターン２０内の各製品チップパターン２１ａ〜２１ｈ内には、モニタ部Ｗ内の配置位置Ｙ１〜Ｙ４にマスク保証用パターンが配置されるとともに、本体回路部Ｘ内の配置位置Ｚ１〜Ｚ４にマスク保証用パターンが配置されている。

各製品チップパターン２１ａ〜２１ｈ内には、モニタ部Ｗ内の配置位置Ｙ１〜Ｙ４と配置位置Ｚ１〜Ｚ４に、マスク保証用パターンが配置されている。図６では、モニタ部Ｗのうち本体回路部Ｘの外側がマスク保証用パターンの配置位置Ｙ１〜Ｙ４であり、モニタ部Ｗのうち本体回路部Ｘの内側がマスク保証用パターンの配置位置Ｚ１〜Ｚ４である場合を示している。本体回路部Ｘ内の配置位置Ｚ１〜Ｚ４に配置されるマスク保証用パターンは、実際の製品パターンであってもよいし、マスク保証用のダミーパターンであってもよい。

モニタ部Ｗ内および本体回路部Ｘ内にマスク保証用パターンを配置しておくことにより、モニタ部Ｗ内および本体回路部Ｘ内でのマスクパターン寸法を把握することが可能となる。これにより、マスク保証用パターンを用いてマスク仕上がり寸法を正確に検証することが可能となる。

また、従来、マスク保証用パターンとしては、マスクを構成する回路の最小デザインの同一パターンが用いられてきていた。一方、本実施の形態では、複数個所に複数種類のマスク保証用パターンを配置している。また、マスク周辺環境がマスクパターン評価値（マスク仕上がり寸法）に与える影響を考慮したモデル関数を用いて、マスクパターンの寸法検証を行なっている。このため、種々の周辺環境に対してマスクパターンの寸法検証を行なうことが可能となる。

つぎに、従来方法によるマスクパターンの寸法検証結果と、マスクパターン検証装置１によるマスクパターンの寸法検証結果と、の違いについて説明する。従来方法によるマスクパターンの寸法検証は、マスク描画用データとマスク実寸法との差分を用いたマスクパターンの寸法検証である。一方、マスクパターン検証装置１によるマスクパターンの寸法検証は、マスク実寸法とモデル関数を用いて算出したマスクパターン評価値との差分を用いたマスクパターンの寸法検証である。

図７は、マスクパターンの寸法検証結果の一例を示す図である。図７では、最小回路寸法６０ｎｍのパターンに対し、従来の寸法検証方法で算出した寸法検証結果と、実施の形態に係る寸法検証方法（モデル関数を用いた寸法検証）で算出した寸法検証結果と、を示している。

図７の（ａ）は、モニタ部Ｗおよび本体回路部Ｘにおける、マスク実寸法とマスク描画用データとの差分のばらつき（３σ）と、マスク実寸法とモデル関数を用いて算出したマスクパターン評価値との差分のばらつき（３σ）と、を示している。

また、図７の（ｂ）は、モニタ部Ｗおよび本体回路部Ｘにおける、マスク実寸法とマスク描画用データとの差分の平均値と、マスク実寸法とモデル関数を用いて算出したマスクパターン評価値との差分の平均値と、を示している。

例えば、図７の（ｂ）に示すように、マスク描画用データとマスク実寸法との差分の平均値は、モニタ部Ｗと本体回路部Ｘとで、２．６ｎｍの差があり、問題があるように見える。一方、本実施の形態のモデル関数を用いて算出したマスクパターン評価値と、マスク実寸法との差分の平均値は、モニタ部Ｗと本体回路部Ｘとで、０．４ｎｍ程度しか差がなく問題がないことが分かる。

このように、本実施の形態のモデル関数を用いてマスクパターンの寸法検証を行なうことにより、種々のマスク周辺環境で形成されている任意パターンに対して寸法保証を行なうことが可能となる。

マスクパターン検証装置１によるマスクパターンの寸法保証（寸法検証）は、例えばウエハプロセスのレイヤ毎に行われる。そして、必要に応じてマスク描画用データＤ３が補正され、マスク描画用データＤ３に対応するマスクパターンが形成されたマスクを用いて半導体デバイス（半導体集積回路などの半導体装置）が製造される。具体的には、レジストの塗布されたウエハに合格判定されたマスクを用いて露光を行ない、その後ウエハを現像してウエハ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとしてレジストパターンの下層側をエッチングする。これにより、実パターンをウエハ上に形成する。半導体デバイスを製造する際には、上述したマスクパターンの寸法検証（マスク判定）、マスク描画用データＤ３の補正、露光処理、現像処理、エッチング処理などがレイヤ毎に繰り返される。

つぎに、マスクパターン検証装置１のハードウェア構成について説明する。図８は、マスクパターン検証装置のハードウェア構成を示す図である。マスクパターン検証装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＯＭ（Read Only Memory）９２、ＲＡＭ（Random Access Memory）９３、表示部９４、入力部９５を有している。マスクパターン検証装置１では、これらのＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、表示部９４、入力部９５がバスラインを介して接続されている。

ＣＰＵ９１は、コンピュータプログラムであるマスク検証プログラム９７を用いてマスクパターンの寸法検証を行う。表示部９４は、液晶モニタなどの表示装置であり、ＣＰＵ９１からの指示に基づいて、マスク描画用データＤ３、マスク保証用パターン、マスクパターン評価値、マスク実寸法、モデル関数、マスクの判定結果などを表示する。入力部９５は、マウスやキーボードを備えて構成され、使用者から外部入力される指示情報（マスクパターンの寸法検証に必要なパラメータ等）を入力する。入力部９５へ入力された指示情報は、ＣＰＵ９１へ送られる。

マスク検証プログラム９７は、ＲＯＭ９２内に格納されており、バスラインを介してＲＡＭ９３へロードされる。図８では、マスク検証プログラム９７がＲＡＭ９３へロードされた状態を示している。

ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３内にロードされたマスク検証プログラム９７を実行する。具体的には、マスクパターン検証装置１では、使用者による入力部９５からの指示入力に従って、ＣＰＵ９１がＲＯＭ９２内からマスク検証プログラム９７を読み出してＲＡＭ９３内のプログラム格納領域に展開して各種処理を実行する。ＣＰＵ９１は、この各種処理に際して生じる各種データをＲＡＭ９３内に形成されるデータ格納領域に一時的に記憶させておく。

マスクパターン検証装置１で実行されるマスク検証プログラム９７は、検証パターン抽出部１５、マスクパターン評価値算出部１６、差分算出部１７、判定部１８を含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。

なお、モデル関数は、マスク描画用データＤ３（マスク保証用パターン）を作成する際に適用したプロセス補正で考慮したマスク周辺環境と同じマスク周辺環境を考慮した関数式としてもよい。ここでのプロセス補正は、例えば、マスク作製起因で生じるマスク描画用データＤ３とマスクパターンＰ１の寸法ずれ、リソグラフィ起因で生じるレジストパターンデータＤ２とレジストパターンＰ２の寸法ずれ、ウエハ加工起因で生じる設計データＤ１とＳｉパターンＰ３の寸法ずれなどを補正する処理である。プロセス補正の際には、マスク周辺環境として、スペースパターン幅、ラインパターン幅、ピッチ、パターン被覆率などが考慮される。したがって、プロセス補正で考慮したマスク周辺環境のうち、少なくとも１つのマスク周辺環境を考慮してモデル関数を作成しておく。

これにより、モデル関数によって算出されるマスクパターンのシミュレーション寸法とマスク実寸法との差分が正確な値となる。したがって、実際に測定されたマスク実寸法と、マスクパターン評価値との差分が正確な値となる。これにより、マスクパターンの寸法検証を正確に行なうことが可能となる。

また、本実施の形態では、マスク描画用データＤ３がライン＆スペースである場合のマスクパターン保証について説明したが、マスクパターン検証装置は、マスク描画用データＤ３がコンタクトパターンである場合にマスクパターンの寸法保証処理を行ってもよい。

また、本実施の形態では、実際に測定したマスク実寸法とマスク描画用データＤ３上での寸法との間の差分と、この差分のばらつき量であるΔと、の合計値が、許容範囲内であるか否かを判定したが、合計値以外の評価値が許容範囲内であるか否かを判定してもよい。この場合、実際に測定したマスク実寸法とマスク描画用データＤ３上での寸法との間の差分と、この差分のばらつき量であるΔと、を用いて求められた評価値（差分評価値）が、許容範囲内であるか否かに基づいて、マスクに形成されたマスクパターンのパターン寸法が合格であるか否かが検証される。

このように実施の形態によれば、マスク周辺環境を考慮して作製したモデル関数を用いて、マスクパターンの寸法保証を行なうので、マスクパターンの仕上がり寸法保証を正確に行なうことが可能になる。

１マスクパターン検証装置、１２マスク描画用データ記憶部、１３モデル関数記憶部、１４実寸法記憶部、１５検証パターン抽出部、１６マスクパターン評価値算出部、１７差分算出部、１８判定部、２０マスクパターン、９７マスク検証プログラム、Ｄ３マスク描画用データ、Ｐ１マスクパターン、Ｗモニタ部、Ｘ本体回路部。

Claims

マスクに形成されるマスクパターン内から抽出された検証対象となる検証対象マスクパターンの実寸法と、前記検証対象マスクパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出される前記検証対象マスクパターンのシミュレーション寸法と、の間の差分の計算上での予測値を第１の差分として算出する第１の差分算出ステップと、
実際に測定された前記検証対象マスクパターンの実寸法と、前記検証対象マスクパターンのパターンデータ上でのパターン寸法と、の間の差分を実測定に基づく第２の差分として算出する第２の差分算出ステップと、
前記第１の差分と前記第２の差分とを用いて求められた差分評価値が、所定の許容範囲内であるか否かに基づいて、前記マスクに形成されたマスクパターンのパターン寸法が合格であるか否かを検証する判定ステップと、
を含み、
前記第１の差分算出ステップは、テスト用のマスクに形成されたテストパターンを用いて設定されたモデル関数を前記検証対象マスクパターンに適用して前記第１の差分を算出し、前記モデル関数は、複数種類のパターン周辺環境下における、前記テストパターンの実寸法と前記テストパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出されるテストパターンのシミュレーション寸法との各対応関係に基づいて設定された関数式であることを特徴とするマスク検証方法。
前記パターン周辺環境下は、ラインパターン幅、スペースパターン幅およびパターン被覆率の少なくとも１つを考慮したパターン周辺環境であることを特徴とする請求項１に記載のマスク検証方法。
前記モデル関数は、前記検証対象マスクパターンのパターンデータを作成する際に適用したプロセス補正で考慮したパターン周辺環境のうち、少なくとも１つのパターン周辺環境を考慮した関数式であることを特徴とする請求項２に記載のマスク検証方法。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のマスク検証方法で前記マスクに形成されたマスクパターンのパターン寸法が合格であると判断されたマスクを用いてウエハ上に半導体装置を作成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
マスクに形成されるマスクパターン内から抽出された検証対象となる検証対象マスクパターンの実寸法と、前記検証対象マスクパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出される前記検証対象マスクパターンのシミュレーション寸法と、の間の差分の計算上での予測値を第１の差分として算出する第１の差分算出ステップと、
実際に測定された前記検証対象マスクパターンの実寸法と、前記検証対象マスクパターンのパターンデータ上でのパターン寸法と、の間の差分を実測定に基づく第２の差分として算出する第２の差分算出ステップと、
前記第１の差分と前記第２の差分とを用いて求められた差分評価値が、所定の許容範囲内であるか否かに基づいて、前記マスクに形成されたマスクパターンのパターン寸法が合格であるか否かを検証する判定ステップと、
をコンピュータに実行させ、
前記第１の差分算出ステップは、テスト用のマスクに形成されたテストパターンを用いて設定されたモデル関数を前記検証対象マスクパターンに適用して前記第１の差分を算出し、前記モデル関数は、複数種類のパターン周辺環境下における、前記テストパターンの実寸法と前記テストパターンを形成する際のマスクシミュレーションによって算出されるテストパターンのシミュレーション寸法との各対応関係に基づいて作成された関数式であることを特徴とするマスク検証プログラム。