JP2015014756A - マスク歪計測装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクの歪計測を従来に比して簡易に行うことができるマスク歪計測装置および方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、光源１１と、マスク保持部１２と、投影光学系１３と、撮像部１５と、歪算出部と、を備えるマスク歪計測装置１０が提供される。マスク保持部１２は、複数枚のマスク２１０，２２０を重ねて保持する。投影光学系１３は、光源１１からの複数枚のマスク２１０，２２０への光の照射によって、それぞれのマスク２１０，２２０に設けられるパターンによる投影像を形成する。撮像部１５は、投影像を撮像する。歪算出部は、撮像部１５で撮像された投影像を用いて、複数枚のマスク２１０，２２０のうち、基準とするマスクに対する他のマスクの合わせずれを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、マスク歪計測装置および方法に関する。

露光装置を用いた半導体デバイスの製造工程では、前工程で形成されたパターンに対してアライメントし、その上にパターンを重ねて露光していくことを繰返す。このとき、アライメント精度が悪いと上層パターンと下層パターン間で電気的なショート欠陥またはオープン欠陥が発生し、デバイスが正常に動作しない。アライメント精度はマスクの描画精度、露光装置のレンズ性能、ステージ駆動精度、マーク座標計測精度などによって決まる。このうちマスク描画精度の向上のため、マスクの描画後に描画パターンの歪みを計測・補正することが一般的に行われている。

しかしながら、従来技術では、マスク座標系に対して描画パターンの絶対座標を計測する必要があるため、計測装置のレンズおよびステージに要求される精度は非常に高く、検査装置が高価になってしまうという問題点があった。

特公平７−４０５４２号公報

本発明の一つの実施形態は、マスクの歪計測を従来に比して簡易に行うことができるマスク歪計測装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、光源と、マスク保持部と、投影光学系と、撮像部と、歪算出部と、を備えるマスク歪計測装置が提供される。前記マスク保持部材は、複数枚のマスクを重ねて保持する。前記投影光学系は、前記光源からの前記複数枚のマスクへの光の照射によって、それぞれの前記マスクに設けられるパターンによる投影像を形成する。前記撮像部は、前記投影像を撮像する。前記歪算出部は、前記撮像部で撮像された前記投影像を用いて、前記複数枚のマスクのうち、基準とするマスクに対する他のマスクの合わせずれを算出する。

図１は、第１の実施形態によるマスク歪計測装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、マスクと基準マスクの構成の一例を示す平面図である。 図３は、マスク保持部の構成の一例を模式的に示す図である。 図４は、第１の実施形態によるマスク歪計測装置の他の構成例を模式的に示す断面図である。 図５は、第２の実施形態によるマスク歪計測装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。 図６は、マスクを３枚以上重ねる場合の一例を説明するための図である。 図７は、ラインアンドスペース状の本体パターンを用いてマスク歪を計測する様子を模式的に示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるマスク歪計測装置および方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態によるマスク歪計測装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。マスク歪計測装置１０は、光源１１と、計測対象のマスク２１０および基準マスク２２０を保持するマスク保持部１２と、光源１１から照射され、マスク２１０および基準マスク２２０を透過してきた光によって形成される投影像を投影板１４に投影させる投影光学系１３と、重ねられたマスク２１０と基準マスク２２０に描画されたパターンによって形成される投影像が投影される投影板１４と、投影板１４に投影された投影像を撮像する撮像部１５と、撮像部１５から得られる投影像に基づいて、基準マスク２２０に対するマスク２１０の合わせずれを算出し、マスク２１０の使用の可否の判定を行う演算処理部１６と、を備える。

図２は、マスクと基準マスクの構成の一例を示す平面図である。図２（ａ）に示されるように、マスク２１０には、半導体装置の製造処理時に、加工対象に対して転写する図示しないパターンと、位置ずれ計測用マーク２１１と、が設けられている。位置ずれ計測用マーク２１１は、スクライブラインとなる領域上に配置されるのが一般的である。また、図２（ｂ）に示されるように、基準マスク２２０には、マスク２１０に形成されたパターンの位置ずれ（歪）を計測する基準となる基準マーク２２１が設けられている。マスク２１０の位置ずれ計測用マーク２１１は、基準マーク２２１と設計上同じ座標の位置に設けられている。位置ずれ計測用マーク２１１と基準マーク２２１とは、それぞれマスク２１０と基準マスク２２０の主面内の所定の位置に設けられる。取得したいマスク２１０の歪の精度に応じて、位置ずれ計測用マーク２１１と基準マーク２２１の数が設定される。

また、基準マーク２２１と位置ずれ計測用マーク２１１とは、基準マーク２２１に対する計測対象のマスク２１０の各位置ずれ計測用マーク２１１の位置ずれの度合いを計測することができるものであれば、形状・大きさは限定されない。一つの例としては、基準マーク２２１と位置ずれ計測用マーク２１１とは同じ構成要素からなり、その配置位置が異なるものを用いることができる。また、基準マーク２２１は、すべて同一の大きさと形状を有するものであることが望ましく、位置ずれ計測用マーク２１１も、すべて同一の大きさと形状を有するものであることが望ましい。

図２の例では、基準マーク２２１と位置ずれ計測用マーク２１１とは、所定の長さの４本の棒状マーク２１２，２２２で構成されており、２本の互いに平行な棒状マーク２１２，２２２の組が、棒状マーク２１２，２２２の延在方向が互いに直交するように配置されている。位置ずれ計測用マーク２１１では、４本の棒状マーク２１２が正方形状に配置されている。一方、基準マーク２２１では、互いに平行な棒状マーク２２２の間隔が位置ずれ計測用マーク２１１の場合よりも大きくなるように配置されている。

さらに、マスク２１０と基準マスク２２０は、光源１１から照射される光に対して透明な材料によって構成される。マスク２１０と基準マスク２２０とは、重ねて配置されるが、両者は、密着していてもよいし、密着していなくてもよい。また、マスク２１０と基準マスク２２０を重ねる順番は、特に限定されない。

図３は、マスク保持部の構成の一例を模式的に示す図であり、（ａ）はマスク保持部の構成の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はマスク保持部にマスクと基準マスクを保持させた状態を模式的に示す断面図である。図３（ａ）に示されるように、マスク保持部１２は、平板上のマスク保持部材１２１の中心付近にマスク２１０と基準マスク２２０よりも若干大きな面積の凹部１２２が設けられ、凹部１２２を構成する底部の中心付近には開口部１２３が設けられる構造となっている。凹部１２２にはマスク２１０と基準マスク２２０とが重ねて配置される。

また、マスク２１０に設けられるすべての位置ずれ計測用マーク２１１と、基準マスク２２０に設けられるすべての基準マーク２２１とが、開口部１２３に含まれるように、開口部１２３の大きさは設定される。凹部１２２を構成する底部の開口部１２３以外の領域は、マスク２１０または基準マスク２２０を支持するマスク支持部１２４として機能する。このマスク支持部１２４は、基準マスク２２０またはマスク２１０の周縁部のパターン形成に用いられない領域を支持するものである。

図３（ｂ）に示されるように、歪を計測する場合には、マスク保持部１２の凹部１２２に基準マスク２２０とマスク２１０を重ねて配置する。下側に配置された基準マスク２２０またはマスク２１０の周縁部が、マスク保持部１２のマスク支持部１２４で支持されることによって、マスク２１０と基準マスク２２０とはマスク保持部１２に固定される。なお、マスク２１０と基準マスク２２０とは、位置ずれ計測用マーク２１１と基準マーク２２１とが重なるように位置合わせして重ね合わせる必要はない。また、図では、基準マスク２２０の上にマスク２１０を重ねるようにしているが、逆の順序でもよい。

撮像部１５は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサなどで構成され、投影板１４に投影された像を撮像する。

演算処理部１６は、撮像部１５で撮像された投影像を用いて、各基準マーク２２１に対する位置ずれ計測用マーク２１１の位置を計算し、各位置ずれ計測用マーク２１１の位置ずれ（歪）の度合いを算出する。演算処理部１６は、マーク同士の距離として、撮像された画像上のユークリッド距離を直接計測して実空間の距離に変換することによって算出してもよいし、マーク同士の重なりによって生じるモアレ縞から実空間の距離に変換することによって算出してもよい。また、演算処理部１６は、算出した位置ずれの度合いから、計測対象のマスク２１０が露光装置で使用可能か否かの判定を行う機能も有する。具体的には、算出した位置ずれの度合いが、露光装置で補正可能である場合には、使用可能であると判定し、露光装置で補正不可能である場合には、使用不可能であると判定する。このような演算処理部１６は、たとえば情報処理装置によって構成することができる。

マスク２１０のパターンは、基準マスク２２０を基準にして描画される。そのため、基準マスク２２０が歪みを有するものであっても、この基準マスク２２０に対して正しくマスク２１０のパターンが描画されていれば、合わせずれは生じない。このように、基準マスク２２０は露光処理時における位置合わせの基準となるものである。そのため、第１の実施形態では、基準マスク２２０の基準マーク２２１に対して各位置ずれ計測用マーク２１１の位置を管理するようにしている。また、基準マスク２２０の基準マーク２２１の位置からのずれを管理すればよいので、マスク歪み計測時の基準マスク２２０とマスク２１０との間での精密な位置合わせをしなくてもよい。

つぎに、このようなマスク歪計測装置１０におけるマスク歪計測方法の手順の一例について説明する。この処理は、半導体装置の製造工程で使用されるマスク２１０が製造された後に行われる。

まず、製造直後の計測対象のマスク２１０が、マスク歪計測装置１０まで搬送され、マスク保持部１２に基準マスク２２０と重ね合わされるように配置する。ついで、光源１１から光を照射すると、光はマスク２１０と基準マスク２２０とを透過し、投影板１４でマスク２１０の位置ずれ計測用マーク２１１を含むパターンと基準マスク２２０の基準マーク２２１による投影像を結ぶ。

撮像部１５は、投影板１４に形成された投影像を撮像する。そして、演算処理部１６は、撮像された像を用いて、マスク２１０の各位置ずれ計測用マーク２１１の基準マーク２２１からの位置ずれを算出し、さらにその位置ずれから各位置ずれ計測用マーク２１１の位置における歪を示す歪情報を算出する。

その後、演算処理部１６は、歪情報を用いて、計測対象のマスクを補正して使用可能か否かを判定する。たとえば、歪情報が所定値よりも大きく、露光処理時にマスク２１０の歪に対する補正を行っても所望のパターンを露光することができない場合には、そのマスク２１０は使用不可能であると判定する。この場合、そのマスク２１０は廃棄される。

一方、歪情報が所定値以下であり、露光処理時にマスク２１０に対する補正を行うことで所望のパターンを露光することができる場合には、そのマスク２１０は使用可能であると判定する。マスク２１０が使用可能な場合には、そのマスク２１０は、半導体装置の製造（露光処理）での使用に供される。この場合、歪情報を用いてマスク２１０を補正しながら露光処理が行われることになる。以上で、処理が終了する。

図４は、第１の実施形態によるマスク歪計測装置の他の構成例を模式的に示す断面図である。この図４では、マスク２１０と基準マスク２２０とを保持するマスク保持部１２が図１のものとは異なっている。すなわち、マスク保持部１２は、マスク２１０を保持するマスク保持部１２ａと、基準マスク２２０を保持するマスク保持部１２ｂと、が上下に重ね合わされた構造を有する。マスク保持部１２ａ，１２ｂは、各マスク保持部材１２１ａ，１２１ｂの中心付近にマスク２１０と基準マスク２２０よりも若干大きな面積の凹部１２２ａ，１２２ｂが設けられ、凹部１２２ａ，１２２ｂを構成する底部の中心付近には開口部１２３ａ，１２３ｂが設けられる構造となっている。マスク保持部１２ａの凹部１２２ａにはマスク２１０が配置され、マスク保持部１２ｂの凹部１２２ｂには基準マスク２２０が配置される。

マスク２１０と基準マスク２２０の平面視上の位置が一致するように、マスク保持部１２ａ，１２ｂの位置合わせが行われ、両者が重ね合わせられる。このとき、マスク２１０と基準マスク２２０との間には、マスク保持部１２ａの凹部１２２ａを構成する底部の開口部１２３ａ以外の領域であるマスク支持部１２４ａの厚さだけ隙間ができている。なお、この図４では、マスク２１０の下に基準マスク２２０が配置されているが、配置される順序は任意である。

また、投影光学系１３は、図４では、１枚のレンズ１３１が描かれているが、複数のレンズで構成されている。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略している。

第１の実施形態では、基準マスク２２０と、基準マスク２２０の基準マーク２２１に対応する位置に位置ずれ計測用マーク２１１を配置したマスク２１０と、を重ねて光を照射する。そして、投影板１４に結ばれた投影像を撮像して、基準マスク２２０を基準としたマスク２１０における位置ずれの度合い（歪情報）を算出した。このように、位置ずれ計測用マーク２１１は、基準マーク２２１からのずれを測定するという簡易な方法で、マスク２１０の歪情報を取得し、マスク２１０を露光処理に使用可能か否かについて判定することができるという効果を有する。

また、投影板１４に結ばれた投影像を撮像して、位置ずれ計測用マーク２１１の基準マーク２２１からの位置ずれを測定するので、被露光基板上に形成したレジストにパターンを形成し、その後に別の場所で位置合わせマーク同士の位置ずれを計測する場合に比して、測定処理を簡略化することができるという効果も有する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態によるマスク歪計測装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。このマスク歪計測装置１０Ａは、第１の実施形態と比較して、投影板１４が省略された構造を有する。そのため、マスク２１０と基準マスク２２０とを透過した光が撮像部１５で像を結ぶように投影光学系１３の構成が調整され、または撮像部１５の位置が調整される。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略している。また、このようなマスク歪計測装置１０Ａにおけるマスク歪計測方法も第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

第２の実施形態では、撮像部１５に投影像を結ばせるようにしたので、第１の実施形態に比して構成を簡略化しながら、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記した説明では、マスク２１０と基準マスク２２０を１枚ずつ、合計２枚を重ねてマスク歪を計測する場合を説明したが、３枚以上のマスク２１０と基準マスク２２０を重ねてマスク歪を計測するようにしてもよい。

図５は、マスクを３枚以上重ねる場合の一例を説明するための図である。図５（ａ）は、たとえば一般的に使用される基準マスク２２０であるものとする。この基準マスク２２０には、基準マーク２２１ａ，２２１ｂが配置されている。しかし、基準マスク２２０の構成の都合上、たとえば中央に配置されている基準マーク２２１ｂが配置できない場合も考えられる。図５（ｂ）は、２枚の基準マスクを用いる場合を示している。この図５（ｂ）に示されるように、中央に配置されるはずの基準マーク２２１ｂのみがなく、その他の基準マーク２２１ａが配置されている基準マスク２２０ａと、中央に基準マーク２２１ｂのみが配置されている基準マスク２２０ｂと、に分けて構成すればよい。そして、歪計測を行う場合には、基準マスク２２０ａ，２２０ｂと、計測対象のマスク２１０とを重ねればよい。

また、上記した説明では、位置ずれ計測用マーク２１１は、マスク２１０のスクライブライン上に配置する場合を示したが、これに限定されるものではない。たとえば、スクライブライン上ではなく、チップ内の素子が形成されない領域に配置されるようにしてもよい。

さらに、上記した説明では、マスク２１０に位置ずれ計測用マーク２１１を配置し、基準マスク２２０に基準マーク２２１を配置して、基準マーク２２１に対する位置ずれ計測用マーク２１１の位置ずれを測定する場合を示した。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。たとえば、マスク２１０に形成したデバイスパターンなどの本体パターンを位置ずれ計測用マーク２１１として用いることも可能である。この場合には、本体パターンと設計上同じ座標に形成した基準本体パターンを有する基準マスク２２０を形成し、マスク２１０と基準マスク２２０とを重ねてマスク歪計測装置１０，１０Ａで歪情報を計測すればよい。

また、たとえば本体パターンとして、周辺回路を構成する素子または配線などのパターンを用いる場合と、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリまたはＲｅＲＡＭ（Resistive Random Access Memory）のメモリセル部に形成されるラインアンドスペースパターンを用いる場合と、がある。前者の場合には、上記した実施形態と同様の方法でデバイスパターンを位置ずれ計測用パターンとみなして、歪情報を算出することができる。

後者の場合には、上記した実施形態とは歪情報の算出方法が異なる。図６は、ラインアンドスペース状の本体パターンを用いてマスク歪を計測する様子を模式的に示す図である。マスク２１０には、デバイスパターンとしてラインアンドスペースパターン２１３が形成されている。また、マスク２１０のラインアンドスペースパターン２１３と設計上同じ基準マスク２２０の座標にも基準デバイスパターンとしてラインアンドスペースパターン２２３が形成されている。これらのラインアンドスペースパターン２１３，２２３がたとえば図１に示されるマスク保持部１２で重ね合わされて、光が照射されると、モアレ縞が投影板１４に形成される。モアレ縞のピッチまたは大きさから歪みの位置などを逆算することができるので、このモアレ縞を撮像部１５で撮像し、演算処理部１６で、モアレ縞から実空間の距離に変換して、基準位置からの位置ずれ（歪情報）を算出する。なお、モアレ縞を用いて歪みの位置などを算出する方法は、公知の方法を利用することができるので、その説明を省略する。

マスク２１０と基準マスク２２０は、光源１１で使用される光の波長に対して透明であればよい。また、基準マスク２２０は、計測対象のマスク２１０と同じ寸法で同じ素材のものでなくてもよい。たとえば、基準マスク２２０は、透明シート状のものであってもよい。

さらに、上記した説明では、マスク保持部１２に対して光源１１の配置方向を上方とした場合に、投影板１４の下方に撮像部１５を配置する場合を示したが、投影板１４の上方に撮像部１５を配置してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１０Ａ マスク歪計測装置、１１ 光源、１２ マスク保持部、１３ 投影光学系、１４ 投影板、１５ 撮像部、１６ 演算処理部、１２１ マスク保持部材、１２２ 凹部、１２３ 開口部、１２４ マスク支持部、２１０ 計測対象のマスク、２１１ 位置ずれ計測用マーク、２１２，２２２ 棒状マーク、２１３，２２３ ラインアンドスペースパターン、２２０，２２０ａ，２２０ｂ 基準マスク、２２１，２２１ａ，２２１ｂ 基準マーク。

Claims (5)

1. 光源と、
   計測対象のマスクの歪を検出する際の基準となる基準マークを有する基準マスクと、前記基準マークの位置に対応して設けられる位置ずれ計測用マークを有する前記計測対象のマスクと、を少なくとも含む複数枚のマスクを重ねて保持するマスク保持部と、
   前記光源からの前記複数枚のマスクへの光の照射によって、それぞれの前記マスクに設けられるパターンによる投影像を形成する投影光学系と、
   前記投影像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された前記投影像を用いて、前記基準マークに対する前記マスクの前記位置ずれ計測用マークの位置ずれである歪を算出する歪算出部と、
   を備え、
   前記位置ずれ計測用マークは、被加工物に転写されるパターンの形成位置以外に配置されるマークであり、前記被加工物にパターンを形成した際のスクライブラインに対応する領域に設けられ、
   前記歪算出部は、前記撮像部で撮像された前記投影像中の前記基準マークと前記位置ずれ計測用マークとの間の距離を計測して、前記歪を算出することを特徴とするマスク歪計測装置。
2. 光源と、
   複数枚のマスクを重ねて保持するマスク保持部と、
   前記光源からの前記複数枚のマスクへの光の照射によって、それぞれの前記マスクに設けられるパターンによる投影像を形成する投影光学系と、
   前記投影像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された前記投影像を用いて、前記複数枚のマスクのうち、基準とするマスクに対する他のマスクの合わせずれを算出する歪算出部と、
   を備えることを特徴とするマスク歪計測装置。
3. 前記複数枚のマスクのうち１枚は、計測対象のマスクの歪を検出する際の基準となる基準マークを有する基準マスクであり、残りのマスクのうち１枚は、前記基準マークの位置と対応して設けられる位置ずれ計測用マークを有する前記計測対象のマスクであり、
   前記歪算出部は、前記撮像部で撮像された前記投影像を用いて、前記基準マークに対する前記マスクの前記位置ずれ計測用マークの位置ずれである歪を算出することを特徴とする請求項２に記載のマスク歪計測装置。
4. 複数枚のマスクを重ねて保持し、
   光源からの前記複数枚のマスクへ光を照射して、それぞれの前記マスクに設けられるパターンによる投影像を形成し、
   前記投影像を撮像し、
   前記投影像を用いて、前記複数枚のマスクのうち、基準とするマスクに対する他のマスクの合わせずれを算出することを特徴とするマスク歪計測方法。
5. 前記複数枚のマスクのうち１枚は、計測対象のマスクの歪を検出する際の基準となる基準マークを有する基準マスクであり、残りのマスクのうち１枚は、前記基準マークの位置と対応して設けられる位置ずれ計測用マークを有する前記計測対象のマスクであり、
   前記合わせずれの算出では、前記投影像を用いて、前記基準マークに対する前記マスクの前記位置ずれ計測用マークの位置ずれである歪を算出することを特徴とする請求項４に記載のマスク歪計測方法。

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