JP3136218B2 - フォトマスクパターンの評価方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ製造の際等にお
いて微細パターン露光用のマスクとして用いられるフォ
トトマスクに形成された微細パターンの良否を評価する
フォトマスクパターンの評価方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の高集積化にともなってリソ
グラフィー工程に用いられる投影露光技術には、転写で
きるパターンのより微細化、高解像度化が要求されてき
ている。

【０００３】この投影露光を行う際にマスクとして用い
られるフォトマスクは、透明基板上に透光部と遮光部と
からなる露光用微細パターンを形成したものである。こ
の微細パターンは、基準位置に対して個々のパターンが
正確に所定の位置関係になっている必要がある。この位
置関係の正確性はパターンのより微細化、高解像度化に
比例してより高度な正確性が要求される。

【０００４】この微細パターンは、通常、透光性基板の
表面に遮光膜が形成されたフォトマスクブランクにレジ
スト膜を形成し、このレジスト膜に電子線で微細パター
ンを描画する電子線露光を施した後、現像、エッチング
して形成される。この電子線描画は、フォトマスクブラ
ンクを移動ステージに保持し、描画すべきパターンを設
計座標データとしてコンピュータに格納し、この設計座
標データに基づいて電子線の照射位置及び移動ステージ
の位置を制御して行う。

【０００５】ここで、この電子線描画によって露光し、
現像、エッチングによってフォトマスクに実際に形成し
た微細パターンと、設計座標データで示される微細パタ
ーンとが正確に一致している必要がある。これが所定以
上の精度で一致していないフォトマスクを用いてパター
ン転写を行った場合、大量の不良半導体製品を造ること
になる。このため、製造されたフォトマスクについて、
実際に形成された微細パターンと、設計座標データで示
される微細パターンとが所定以上の精度で一致している
か否かを調べ、フォトマスクパターンの評価をする必要
がある。

【０００６】この評価方法としては、例えば、特開平1-
206640号公報に記載されている方法が知られている。こ
の方法は、微細パターン領域外の４隅にそれぞれ位置合
わせマークを設けておき、基準位置からこの４隅のマー
クへの距離を実測し、この実測値と、設計座標データか
らそれぞれ求められる対応する距離の値とを比較してそ
の違いから各方向の距離補正値を算出する。次いで、フ
ォトマスクの微細パターンの各パターン間距離を実測
し、この実測値を上記求めた補正値によって補正した
後、この補正したパターン間距離と設計座標データから
求められる対応するパターン間距離とを比較してそのず
れの大小によってパターンの良否を評価するものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の方法は、いわば各パターン間の距離のずれを個別的に
みているものであるから、全体的なパターンの配置のず
れをみるという観点からは必ずしも最良の方法であると
はいい難い。しかも、各パターン間の距離を測定するも
のであるから、パターンが複雑になるにしたがってパタ
ーン間の組み合わせ数が急激に増大するので、実測点数
が急激に増大し、処理が困難になるという欠点もある。

【０００８】全体的なパターンの配置のずれをみる方法
としては、パターンの特定の位置を基準点に定め、次い
で、実測パターンと設計座標データとでこの基準点を一
致させて両パターンを重ね、しかる後に、対応する個々
のパターン位置のずれ量をみるという方法が考えられ
る。しかしながら、この方法は、基準点どうしではずれ
がないという仮定のもとでの比較であるので、仮に、基
準点自体にずれがある場合には、そのずれ量が他の個々
のパターン位置のずれ量に加算されることになる。その
結果、測定された個々の点のずれ量の中には真のずれ量
より大きな見掛けずれ量をずれ量として測定される場合
が生じてくる。このため、本来は許容範囲内のずれ量で
あるものが、許容範囲を越えたものと評価され、本来は
良品と評価されるべきものが不良品と評価されるおそれ
が生じてくる。しかも、この方法は、どこを基準点にと
るかによって個々の点のずれ量が変わり、基準点の選び
方によって評価が異なる場合も生じてくるから、信頼性
に欠けるという欠点もある。

【０００９】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、比較的単純な処理でフォトマスクパターンの
良否を適確に評価できるフォトマスクパターンの評価方
法及びその装置を提供することを目的としたものであ
る。

【００１０】上述の課題を解決するために、本発明にか
かるフォトマスクパターンの評価方法は、 （構成１） パターンの各位置を示した設計座標データ
に基づいて透光性基板上に形成された転写用パターンの
良否を評価するフォトマスクパターンの評価方法であっ
て、前記フォトマスクに形成されたパターンにおける２
以上の位置の座標値を測定して実測データを求める座標
値実測工程と、この座標値実測工程で求めた実測座標デ
ータと前記設計座標データとの全体的ずれが統計的にみ
て最小になるように両データの座標系を重ねて位置合わ
せする両データの相互位置決定工程と、前記相互位置決
定工程によって決定された位置における両データのずれ
量が許容範囲内にあるか否かを評価するずれ量評価工程
とを有し、前記相互位置決定工程は、両データのいずれ
か一方または双方を、一座標系において任意の点を中心
とした回転移動および平行移動を行う操作を含むもので
あることを特徴とする構成とし、この構成１の態様とし
て、 （構成２）構成１にかかるフォトマスクパターンの評価
方法において、前記相互位置決定工程は、実測座標デー
タおよび設計座標データの互いに対応関係にある各点ど
うしのずれ量の二乗の和が最小になるように位置合わせ
することを特徴とする構成とした。

【００１１】また、本発明にかかるフォトマスクパター
ンの評価装置は、 （構成３）パターンの各位置を示した設計座標データに
基づいて透光性基板上に形成された転写用パターンの良
否を評価するフォトマスクパターンの評価装置であっ
て、前記フォトマスクに形成されたパターンにおける２
以上の位置の座標値を測定して実測データを求める座標
値実測手段と、この座標値実測手段で求めた実測座標デ
ータと前記設計座標データとの全体的ずれが統計的にみ
て最小になるように両データの座標系を重ねて位置合わ
せする両データの相互位置決定手段と、前記相互位置決
定手段によって決定された位置における両データのずれ
量が許容範囲内にあるか否かを評価するずれ量評価手段
とを有し、前記相互位置決定工程は、両データのいずれ
か一方または双方を、一座標系において任意の点を中心
とした回転移動および平行移動を行う手段を備えるもの
であることを特徴とする構成とした。この構成３の態様
として、 （構成４）構成３にかかるフォトマスクパターンの評価
装置において、前記相互位置決定手段は、実測座標デー
タおよび設計座標データの互いに対応関係にある各点ど
うしのずれ量の二乗の和が最小になるように位置合わせ
することを特徴とする構成とした。

【００１２】（構成４） 構成３のフォトマスクパター
ンの評価装置において、前記両データ相互位置決定手段
は、実測座標データ及び設計座標データの互いに対応関
係にある各点どうしのずれ量の二乗の和が最小になるよ
うに、両データのいずれか一方又は双方を、一座標系に
おいて任意の点を中心とした回転移動及び平行移動のい
ずれか一方又は双方を行う手段を備えたものであること
を特徴とした構成とした。

【００１３】

【作用】上述の構成１によれば、統計的にみて全体的な
パターンの配置のずれをみていることになるから、予め
基準点を定めてこれを機械的に一致させてずれをみる従
来の場合のように、基準位置のずれ量が個々のデータの
ずれ量に加算されて見掛けずれ量が真のずれ量より大き
くなるというようなことがないから、フォトマスクパタ
ーンの良否を極めて適確に評価することが可能になる。
しかも、取り扱うデータの量を少なくすることも可能で
あるから処理も比較的容易である。

【００１４】また、構成２によれば、比較的単純な統計
処理を用いているから、単純な処理によって適確な評価
を迅速に行うことができる。

【００１５】また、構成３及び４によれば、構成１及び
２の方法を実施できる装置を得ることができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例にかかるフォトマス
クパターンの評価装置の構成を示す図、図２は本発明の
一実施例にかかるフォトマスクパターンの評価方法の手
順の要旨を示す図、図３は一実施例によって相互位置を
決定した実測座標データと設計座標データとを重ねた様
子を模式的に示す図、図４は比較例たる従来の方法で実
測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的
に示す図である。以下、これらの図面を参照にしながら
一実施例にかかるフォトマスクパターンの評価方法及び
その装置を詳述する。なお、以下の説明では、まず、評
価対象たるフォトマスクを説明し、次に、一実施例のフ
ォトマスクパターン評価装置の構成を説明し、次いで、
一実施例のフォトマスクパターン評価方法を説明し、し
かる後に、一実施例の方法と比較例の方法との比較結果
を説明する。

【００１７】フォトマスク 評価対象たるフォトマスクは次のようにして得たもので
ある。

【００１８】まず、４００ｍｍ×４００ｍｍ×５ｍｍの
低膨張ガラス基板の表面（主表面）に厚さ９８０オング
ストロームのクロム遮光膜をスパッタリング法により形
成し、この上にレジスト（ＡＺー１３５０：ヘキスト社
の商品名）を１００００オングストローム塗布する。

【００１９】次に、こうして形成したレジストに、設計
座標データにしたがってレーザ描画を施す。ここで、説
明を簡単にするために、この実施例では、上記設計座標
データとして、Ｘ方向に４列、Ｙ方向に７列の合計２８
個の参照点を有するパターンを表すものを用いた。この
場合、これら各参照点のＸ方向及びＹ方向の間隔をとも
に５００００．００μｍとした。

【００２０】次いで、レジストの現像を行い、ベーク処
理を行ってレジストパターンを形成し、さらに、このレ
ジストパターンをマスクにし、所定のエッチング液によ
りクロム膜をエッチングして、クロム遮光パターンを形
成し、しかる後に、残存するレジスト膜を剥離し、洗浄
・乾燥処理を施してフォトマスクを得る。

【００２１】一実施例のフォトマスクパターンの評価装置 図１において、符号１はフォトマスク、符号２は座標値
実測装置、符号１００はコンピュータである。

【００２２】フォトマスク１は上述の２８個の参照点１
ａを有するクロム遮光パターンが形成されたフォトマス
クである。

【００２３】座標値実測装置２は、フォトマスク１を載
置してＸーＹ方向に移動すると同時にその移動量を精密
に求めてＸーＹ座標を計測するＸーＹステージ２ａと、
フォトマスク１の表面の参照点１ａを光学的に検知する
位置検知光学系２ｂと、コンピュータ１００の有する座
標値測定・制御機能とから構成される。すなわち、この
座標値実測装置２は、ＸーＹステージ２ａと位置検知光
学系２ｂとがコンピュータ１００の座標値測定・制御機
能２ｃによって制御されてフォトマスク１に形成された
遮光パターンの参照点１ａを検知してその座標値を計測
し、この計測値をコンピュータ１００内に実測座標デー
タとして取り込む作業を行うものである。

【００２４】コンピュータ１００は、上記取り込んだ実
測座標データの外に、設計座標データを取り込むととも
に、一定の統計処理、座標変換処理及び演算処理を行っ
て、両データのずれが統計的にみて最も小さくなるよう
に両データの座標系の相互位置を決定する機能３を有す
る。同時に、このようにして決定された相互位置関係に
おいて、両データの各点（参照点）のずれ量を求め、こ
れらずれ量が所定の許容範囲にあるか否かの評価を行う
機能４を備えているものである。

【００２５】一実施例のフォトマスクパターンの評価方法 一実施例のフォトマスクパターンの評価方法の手順の要
旨は図２に示される通りであり、この手順は上述のフォ
トマスクパターンの評価装置を用いて実行される。以
下、手順（ａ）〜（ｅ）を詳細に説明する。

【００２６】（ａ）座標値実測工程 座標値実測装置２を用いて、フォトマスク１の各参照点
の座標値を実測し、これを実測座標データ（Ｐxij ，Ｐ
yij ）（但し、i ＝１〜４，j ＝１〜７）としてコンピ
ュータ１００内に取り込む。

【００２７】（ｂ）設計座標データの取り込み工程 コンピュータ１００内に設計座標データの参照点（Ｘi
j，Ｙij）（但し、i ＝１〜４，j ＝１〜７）を取り込
む。なお、この工程は、座標値実測工程の前に行っても
よい。

【００２８】（ｃ）両データの座標系の重ね工程 工程ａ，ｂで取り込んだ両データの座標系の原点を一致
させて両データを重ね合わせる。

【００２９】（ｄ）両座標系の相互位置決定工程 座標値実測工程で求めた実測座標データと設計座標デー
タとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように両デ
ータの相互位置を定める。具体的には、次の手順で行
う。

【００３０】いま、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）
に点（ｃｘ，ｃｙ）を中心とした回転移動（θ）と平行
移動（ａｘ，ａｙ）とを加えた座標を（Ｐ´xij ，Ｐ´
yij）とすると、（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）は、次の(1)
式で表わされる。

【００３１】

【数１】 そうすると、この（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）と設計座標デ
ータ（Ｘij，Ｙij）との対応する各点の組のＸ，Ｙ座標
の差の二乗の和の総和Ｄが最小であれば、両座標の全体
的ずれが統計的にみて最小になるということができる。
ここで、Ｄは次の(2) 式で表される。

【００３２】

【数２】 したがって、(2) 式のＤを最小にするために必要な両座
標系の回転量θ及び平行移動量ａｘ，ａｙを求めれば、
両座標系の相互位置を決定できる。具体的には、(1) 式
のＤを各パラメータ（ａｘ，ａｙ，θ）で偏微分した値
が０になるとしたときに成立する連立方程式を解けばよ
い。この連立方程式は、次の(3) 〜(5)式で表される。

【００３３】

【数３】 上記連立方程式(3) 〜(5) を解くと、θ，ａｘ，ａｙが
得られる。得られたθ，ａｘ，ａｙは次の(6) 〜(8) 式
で表される。

【００３４】

【数４】 ただし、上記(6) 〜(8) 式においてｎは参照点の総数で
ある。

【００３５】こうして求めたθ，ａｘ，ａｙを(1) 式に
代入すると、実測座標データと設計座標データとの全体
的ずれが統計的にみて最小になるように座標変換された
座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）が求まる。図３はフォト
マスク１について相互位置が決定された実測座標データ
と設計座標データとを模式的に示す図である。なお、図
３においては●印で示される各点が設計座標データの参
照点の座標値（Ｘij，Ｙij）であり、×印で示される各
点が実測座標データを座標変換した後の参照点の座標値
（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）である。また、図３においては
ずれ量を表すスケールを隣り合う参照点どうしの間隔を
表すスケールの５００００倍に拡大して示してある。

【００３６】（ｅ）ずれ量評価工程 設計座標データ（Ｘij，Ｙij）及び実測座標データを座
標変換した後の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）
の対応する各点のずれ量を求め、このずれ量が許容範囲
内であるか否かを評価し、フォトマスク１の良品・不良
品の判定を行う。

【００３７】一実施例の方法と比較例の方法との比較 図４は比較例たる従来の方法で実測座標データと設計座
標データとを重ねた様子を模式的に示す図である。図４
に示される例は、設計座標データの参照点の一つである
（Ｘ11，Ｙ11）と、実測座標データの対応する参照点
（Ｐx11 ，Ｐy11）とを一致させて重ねたものである。

【００３８】上述の一実施例の方法による場合と比較例
の方法による場合とを比較するために、両者の方法で求
めた各点のずれ量のばらつきを標準偏差の３倍（３σ）
のかたちで求めた結果は以下の通りであった。

【００３９】 本発明の一実施例 Ｘ成分：３σ＝０．５６μｍ Ｙ成分：３σ＝０．４８μｍ 比較例 Ｘ成分：３σ＝０．７２μｍ Ｙ成分：３σ＝０．４３μｍ この結果から明らかなように、例えば、許容範囲がＸ，
Ｙ成分共に３σ＝０．６μｍ以内である場合には、本発
明の一実施例では許容範囲に含まれるが、比較例では許
容範囲外となる。換言すると、比較例たる従来の方法で
評価した場合には、不良品と評価されたものが一実施例
では良品と評価されることになる。これは、一実施例の
方法では、両データの全体的ずれが統計的にみて最小に
なるようにしているので、比較例の場合のように、一致
させた基準点自体のずれ量が他の点のずれ量に加算され
るようなことがないためである。これに対して、比較例
においては、一致させた基準点自体のずれ量が他の点の
ずれ量に加算され、基準点から遠ざかるにしたがって見
掛けずれ量が大きくなってずれ量のばらつきが増し、そ
の結果、本来は許容範囲であるものが許容範囲外と評価
されることになるからである。

【００４０】なお、上述の一実施例では、両座標系の相
互位置決定工程における回転及び平行移動を任意の点
（ｃｘ，ｃｙ）を中心にして行うようにしたが、これ
は、例えば、いずれか一方の座標系の重心を中心にして
行うようにしてもよい。

【００４１】また、上述の一実施例では、実測座標デー
タと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小
になるようにする具体的方法として、実測座標データを
座標変換した座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）と設計座標
データ（Ｘij，Ｙij）との対応する各点の組のＸ，Ｙ座
標の差の二乗の和の総和Ｄが最小になる条件を求めた
が、これは、例えば、両データの対応する各点の差の標
準偏差が最小になるような条件を求めてもよく、また、
他の統計手法を用いてもよい。

【００４２】また、一実施例では、設計座標データ及び
実測座標データとして、フォトマスクの遮光パターン上
の参照点の座標を用いたが、これは、遮光パターン領域
以外に設けたマークを用いてもよい。また、用いる点の
数が多いほど精度が増すが、原理的には２以上の点があ
れば実施可能である。

【００４３】また、上述の一実施例では、レーザ描画に
よりパターニングしたフォトマスクパターンの評価を行
う例を掲げたが、本発明は、これに限られることなく、
レチクルを通して露光することによりパターニングした
フォトマスクパターンの評価を行うこともできることは
勿論である。この場合には、レチクルの参照点の座標を
予め測定しておき、そのレチクルの測定データを設計座
標データとして用いればよい。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかるフ
ォトマスクパターンの評価方法及びその装置は、設計座
標データに対する実測座標データのずれをみるのに、統
計的にみて全体的なパターンの配置のずれが最小になる
ように両データの相互位置を決定してから個々のずれを
みることにしたことにより、予め基準点を定めてこれを
機械的に一致させてずれをみる従来の場合のように、基
準位置のずれ量が個々のデータのずれ量に加算されて見
掛けずれ量が真のずれ量より大きくなるというようなこ
とがないから、フォトマスクパターンの良否を極めて適
確に評価することが可能になる。しかも、取り扱うデー
タの量も比較的少なくすることも可能であるから処理も
比較的容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるフォトマスクパター
ンの評価装置の構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施例にかかるフォトマスクパター
ンの評価方法の手順の要旨を示す図である。

【図３】一実施例によって相互位置を決定した実測座標
データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す
図である。

【図４】比較例たる従来の方法で実測座標データと設計
座標データとを重ねた様子を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１…フォトマスク、２…座標値実測装置、３…設計座標
データ及び実測座標データの相互位置決定機能、４…ず
れ量評価機能、１００…コンピュータ。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G03F 1/08 H01L 21/027 H01L 21/66

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンの各位置を示した設計座標デー
   タに基づいて透光性基板上に形成された転写用パターン
   の良否を評価するフォトマスクパターンの評価方法であ
   って、 前記フォトマスクに形成されたパターンにおける２以上
   の位置の座標値を測定して実測データを求める座標値実
   測工程と、 この座標値実測工程で求めた実測座標データと前記設計
   座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるよ
   うに両データの座標系を重ねて位置合わせする両データ
   の相互位置決定工程と、 前記相互位置決定工程によって決定された位置における
   両データのずれ量が許容範囲内にあるか否かを評価する
   ずれ量評価工程とを有し、 前記相互位置決定工程は、両データのいずれか一方また
   は双方を、一座標系において任意の点を中心とした回転
   移動および平行移動を行う操作を含むものであることを
   特徴とする フォトマスクパターンの評価方法。
2. 【請求項２】 前記相互位置決定工程は、実測座標デー
   タおよび設計座標データの互いに対応関係にある各点ど
   うしのずれ量の二乗の和が最小になるように位置合わせ
   することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクパ
   ターンの評価方法。
3. 【請求項３】 パターンの各位置を示した設計座標デー
   タに基づいて透光性基板上に形成された転写用パターン
   の良否を評価するフォトマスクパターンの評価装置であ
   って、 前記フォトマスクに形成されたパターンにおける２以上
   の位置の座標値を測定して実測データを求める座標値実
   測手段と、 この座標値実測手段で求めた実測座標データと前記設計
   座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるよ
   うに両データの座標系を重ねて位置合わせする両データ
   の相互位置決定手段と、 前記相互位置決定手段によって決定された位置における
   両データのずれ量が許容範囲内にあるか否かを評価する
   ずれ量評価手段とを有し、 前記相互位置決定工程は、両データのいずれか一方また
   は双方を、一座標系に おいて任意の点を中心とした回転
   移動および平行移動を行う手段を備えるものであること
   を特徴とする フォトマスクパターンの評価装置。
4. 【請求項４】 前記相互位置決定手段は、実測座標デー
   タおよび設計座標データの互いに対応関係にある各点ど
   うしのずれ量の二乗の和が最小になるように位置合わせ
   することを特徴とする請求項３に記載のフォトマスクパ
   ターンの評価装置。