JP3386595B2 - ハーフトーン位相シフトレチクルの検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縮小投影露光に用いる
ハーフトーン位相シフトレチクルの検査方法に関する。

【０００２】近年の半導体集積回路の高集積化及び微細
化に対応して、位相シフト露光方法が実用化されてい
る。位相シフト露光方法のなかでも、ハーフトーン方式
が主流となり、ハーフトーン位相シフトレチクルの検査
技術の向上が望まれている。

【０００３】

【従来の技術】位相シフトレチクルは、透過領域の周囲
に位相シフタを設け、回折光を逆位相光でキャンセルし
て分解能を向上させる。逆位相光の強度は回折光の強度
に相当し、主露光光の強度と比べると低いものとなる。
ハーフトーン位相シフトレチクルは、位相シフタと遮光
領域とを同一特性のハーフトーン領域で形成する。

【０００４】ハーフトーン位相シフトレチクルの遮光領
域は、通常の検査で使用される光の波長域で数十％の光
透過率をもつ。ハーフトーン位相シフトレチクルを従来
のレチクルの検査方法で検査すると、遮光領域の光透過
率が数十％、光を透過させる領域の光透過率が１００％
と認識される。レチクル上の各点の光透過率分布を基準
の光透過率分布と比較してレチクルの良否を判定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ハーフトーン位相シフ
トレチクルの遮光領域にゴミ等の異物が付着している
と、その点の光透過率が低下する。検査装置は、この光
透過率の低下を検出し、レチクルの欠陥として認識す
る。

【０００６】しかし、異物が広い遮光領域の周辺部（位
相シフタ領域）を除いた内部（真の遮光領域）に付着し
ている場合には、実質的に露光上の問題はない。従っ
て、検査装置が欠陥品として認識したレチクルが実質的
に問題があるか否か確認作業を行う必要がある。

【０００７】本発明の目的は、実質的に露光上の問題が
あるレチクルのみを検出することができるレチクル検査
方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のレチクルの検査
方法は、光を透過する透過領域と、光の一部を吸収し一
部を透過させ透過した光の位相が前記透過領域を透過し
た光の位相と異なる遮光領域とを含む転写パターンが形
成されたレチクルの検査方法において、検査対象レチク
ル上の転写パターン内の光透過率分布を測定する光透過
率分布測定工程と、前記透過領域の光透過率と前記遮光
領域の光透過率の中間の光透過率を第１の基準値とした
とき、光透過率が前記第１の基準値よりも大きい領域か
ら１つの高透過率領域を選択する工程と、前記高透過率
領域の外周を、前記第１の基準値よりも光透過率の低い
領域側へ所定の長さだけ移動させた線で囲まれた検査領
域を画定する工程と、前記検査領域内の比較すべき光透
過率分布を得る工程と、前記検査領域内の前記光透過率
分布測定工程で得られた光透過率分布と前記比較すべき
光透過率分布とを比較する比較工程とを含む。

【０００９】前記検査領域を画定する工程で、前記高透
過率領域の周囲から２〜１０μｍだけ外側に広げた領域
を前記検査領域としてもよい。前記比較工程で、前記検
査領域を多数の画素に分割し、前記光透過率分布測定工
程で得られた光透過率分布及び前記比較すべき光透過率
分布から、それぞれ画素毎の光透過率から構成される検
査画像情報及び比較画像情報を得る工程と、前記遮光領
域の光透過率よりも低い光透過率を第２の基準値とした
とき、前記検査画像情報及び比較画像情報の各画素の光
透過率を、それぞれ前記第１の基準値及び前記第２の基
準値を境界として少なくとも３段階の光透過率に量子化
し、量子化された光透過率から構成される検査ビットマ
ップ及び比較ビットマップを得る工程と、前記検査ビッ
トマップと前記比較ビットマップとを比較する工程とを
実行してもよい。

【００１０】前記検査対象レチクルには、少なくとも２
以上の同一の転写パターンが形成されており、前記光透
過率分布測定工程で、前記検査対象レチクル上の１つの
転写パターンから光透過率分布を取得し、前記比較すべ
き光透過率分布を得る工程で、前記検査対象レチクル上
の他の１つの転写パターンから光透過率分布を取得して
もよい。

【００１１】さらに、前記高透過率領域を選択する工程
から、前記比較工程までの各工程を、転写パターン内の
全ての高透過率領域が選択されるまで繰り返し実行して
もよい。

【００１２】

【作用】高透過率領域を内包する検査領域についてのみ
検査を行うことにより、遮光領域の周辺部を除く内部領
域に付着した異物を欠陥として検出しないようにするこ
とができる。これにより、実質的に露光時に問題となる
異物のみを欠陥として検出することが可能になる。

【００１３】転写パターンの透過領域に対応する露光光
の強度分布に実質的に影響を与える領域を検査するに
は、高透過率領域の周囲から２〜１０μｍ程度広げた領
域を検査領域とすればよい。

【００１４】検査領域を画素に分割し、画素毎の光透過
率を３段階程度に量子化することにより、検査対象の光
透過率分布と比較すべき光透過率分布を、効率的に比較
することができる。

【００１５】比較すべき光透過率分布を、検査対象レチ
クル内に形成された他の転写パターンから取得してもよ
い。これにより、予め基準となる光透過率分布を設定し
ておく必要がなくなる。

【００１６】転写パターン内の全ての高透過率領域につ
いて、基準となる光透過率分布と比較すれば、その転写
パターン内に露光時に影響を与える欠陥があるか否か全
て検査することができる。

【００１７】

【実施例】まず、図１を参照してハーフトーン位相シフ
ト露光の原理について説明する。図１（Ａ）は、ハーフ
トーン位相シフトレチクルの断面図を示す。透明ガラス
基板１の下面に、所定パターンの遮光膜２が形成されて
いる。遮光膜２の露光光に対する光透過率は５〜１５％
程度である。遮光膜２を透過した光Ｌ２の位相が開口部
３を透過した光Ｌ１の位相よりも１８０°遅れるように
設計されている。

【００１８】遮光膜２は、例えばＭｏＳｉＯＮで形成さ
れ、膜厚が１６０ｎｍのとき光透過率が約８％である。
図１（Ｂ）は、ハーフトーン位相シフトレチクルを透過
した露光光のウエハ面上における振幅を示す。横軸は面
内位置を表し、その中心はレチクルの開口部３の中心に
対応する。縦軸は振幅を表す。振幅が負の領域は、正の
領域に対して位相が逆であることを示す。

【００１９】曲線ａ１は、開口部３を透過した光Ｌ１の
振幅を示す。振幅は開口部３の中心点で最大となり、中
心点から遠ざかると減少する。さらに遠ざかると振幅は
０になり、その点を越えると中心点から遠くなるに従
い、振動しながら減衰する。

【００２０】曲線ｂ１は、遮光膜２を透過した光Ｌ２の
振幅を示す。遮光膜２を透過した光は開口部３を透過し
た光Ｌ１に対して位相がほぼ１８０°遅れるため、振幅
は負になる。開口部３の中心点で振幅は最小となり、中
心点から遠ざかるに従って振動しながら一定値に収束す
る。

【００２１】曲線ｃ１は、光Ｌ１とＬ２の振幅の和を示
す。主露光光の振幅分布ａ１が回折で拡がる部分が、逆
位相光ｂ１で相殺され、急峻な変化を実現している。図
１（Ｃ）は、ウエハ面上における露光光の強度を示す。
横軸は図１（Ｂ）と同様ウエハ面内の位置を表し、縦軸
は光の強度を表す。すなわち、振幅の自乗に比例した大
きさを表す。曲線ａ２は、開口部３を透過した光Ｌ１の
強度、曲線ｃ２は開口部３及び遮光膜２を透過した光の
合成強度を示す。

【００２２】合成強度ｃ２は、光Ｌ１の強度ａ２に比べ
て中心のピーク幅が狭いことがわかる。これは、中心の
ピークの裾部分で、開口部３を透過した光Ｌ１と遮光膜
２を透過した光Ｌ２が逆位相で加えられるためである。
遮光膜を半透明位相シフタにすることにより、露光光の
強度のピーク幅が狭くなるため、より微小な領域を露光
することが可能になる。なお、中心のピークの両側に位
置するピークの高さは、合成強度ｃ２の方が光Ｌ１の強
度ａ２よりも高いが、この点の強度がレジストが感光す
るしきい値よりも弱ければ露光上の問題はない。

【００２３】次に、図２を参照してレチクルに異物が付
着している場合の、ウエハ上の露光光の強度について説
明する。図２（Ａ）は、レチクルの開口部３に異物４が
付着している場合を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に
示すように開口部３に異物が付着している場合のウエハ
上の光の振幅を示す。曲線ａ３、ｂ３はそれぞれ開口部
３を透過した光及び遮光膜２を透過した光の振幅を示
し、曲線ｃ３はその両者を合成した振幅を示す。

【００２４】曲線ａ３で示すように、異物４のために光
透過率が減少し、異物４が付着している位置に振幅の谷
間ができる。このため、曲線ｃ３で示すように、合成し
た振幅の中心のピーク幅は、異物４がない場合に比べて
狭くなってしまう。

【００２５】図２（Ｃ）は、レチクルの遮光膜２に異物
４が付着している場合を示す。図２（Ｄ）は、図２
（Ｃ）に示すように遮光膜２に異物が付着している場合
のウエハ上の光の振幅を示す。曲線ａ４、ｂ４はそれぞ
れ開口部３を透過した光及び遮光膜２を透過した光の振
幅を示し、曲線ｃ４はその両者を合成した振幅を示す。

【００２６】曲線ｂ４で示すように、異物４のために光
透過率が減少し、異物４が付着している位置近傍の振幅
の絶対値が小さくなる。このため、曲線ｃ４で示すよう
に、合成した振幅の中心のピーク幅は、異物４がない場
合に比べてやや広くなってしまう。

【００２７】図２（Ｃ）、（Ｄ）では、異物が遮光膜２
の周辺部に付着している場合について示したが、異物が
周辺部を除いた内部に付着している場合には、このよう
な問題はない。遮光膜２の内部に付着した異物により曲
線ｂ４の振幅の絶対値が減少しても、開口部３に対応す
るピークに与える影響はほとんどないからである。

【００２８】従って、レチクルの検査を行う場合に、遮
光膜の周辺部を除く内部に異物が付着していても、欠陥
として認識する必要はない。なお、遮光膜にピンホール
が有る場合は、周辺部と内部とを問わず欠陥として認識
する必要がある。

【００２９】図３を参照して、本発明の実施例による検
査装置の構成について説明する。検査対象ハーフトーン
位相シフトレチクル１１の下方に光源１０が配置されて
いる。光源１０から放射された光は、ハーフトーン位相
シフトレチクル１１を透過して、その上方に配置された
対物レンズ１２に入射する。レチクル１１上に形成され
た転写パターンは、対物レンズ１２を含む光学系により
光センサ１３上に結像する。光センサ１３は、１次元あ
るいは２次元的に配置された多数の画素から構成されて
おり、画素ごとに受光強度に応じた電気信号を発生す
る。

【００３０】図４は、検査対象レチクル１１の断面の一
例を示す。図４の上図はレチクル１１の断面図、下図は
レチクル１１の光透過率分布を示す。上図に示すよう
に、透明ガラス基板１の表面に遮光膜２が形成されてい
る。遮光膜２には所定パターンの開口部３が設けられて
いる。図４は、遮光膜２上には異物４が付着し、また、
ピンホール５が発生している場合を示す。

【００３１】図４の下図に示すように、開口部３の光透
過率はほぼ１００％であり、遮光膜２が形成された領域
の光透過率は数十％である。また、異物４が付着した領
域の光透過率はほぼ０％になり、ピンホール５が発生し
ている領域の光透過率はほぼ１００％となる。

【００３２】図３に示す光センサ１３の各画素には、図
４の下図に示す光透過率に応じた透過光が照射される。
各画素が受光強度に応じて発生した電気信号は画像情報
記憶手段１４に入力され記憶される。画像情報は、各画
素ごとの受光強度すなわち光透過率から構成されてい
る。

【００３３】対物レンズ１２を含む光学系及び光センサ
１３は、２組配置されている。レチクル上に２つ以上の
転写パターンが形成されている場合には、２つの転写パ
ターンの画像情報を同時に取得することができる。

【００３４】画像情報記憶手段１４に記憶された画像情
報は、画像処理されてビットマップ１５が作成される。
以下、図５を参照してビットマップ１５の構成及び作成
方法について説明する。

【００３５】図５（Ａ）は、レチクル１１の平面図を示
す。遮光膜２の中に開口部３が形成されている。また、
異物４が付着しており、ピンホール５が発生している。
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すレチクルのビットマッ
プを示す。各画素の光透過率を大中小の３段階に量子化
し、画素毎に量子化された光透過率が記憶されている。
図の画素内に記入された数字「２」、「１」、「０」
は、それぞれ光透過率が大、中、小であることを表して
いる。

【００３６】光透過率の量子化は、各画素の光透過率と
基準光透過率とを比較して行う。図４に示すように、開
口部３の光透過率と遮光膜２の光透過率の中間の光透過
率を基準光透過率Ｓ１とし、遮光膜２の光透過率と異物
４が付着した領域の光透過率の中間の光透過率を基準光
透過率Ｓ２とする。光透過率が基準光透過率Ｓ１よりも
大きい場合には光透過率大、基準光透過率Ｓ１とＳ２と
の中間の場合には光透過率中、基準光透過率Ｓ２よりも
小さい場合には光透過率小と判定する。

【００３７】この基準に従ってビットマップを作成する
と、図５（Ｂ）に示すように、開口部３及びピンホール
５に対応する画素の量子化光透過率は「２」、異物４が
付着している領域に対応する画素の量子化光透過率は
「０」、その他の領域の量子化光透過率は「１」とな
る。

【００３８】図３に示すように、検査対象レチクル１１
から作成されたビットマップ１５は欠陥判定手段１６に
入力され、２組のビットマップが比較される。欠陥判定
手段１６が欠陥を検出すると、その情報が欠陥記憶手段
１７に記憶される。

【００３９】次に、図６参照して、ハーフトーン位相シ
フトレチクルの検査方法について説明する。図６は、ハ
ーフトーン位相シフトレチクルの検査フローを示す。

【００４０】ズテップｐ１で、画像情報を取得する。こ
のとき、図３の光センサ１３ａ、１３ｂから２つの画像
情報を取得する。取得した画像情報を画像情報記憶手段
１４に記憶する。

【００４１】ステップｐ２で、光透過率の高い領域を選
択する。例えば、図４に示す基準光透過率Ｓ１よりも大
きい光透過率を有する領域を選択する。これにより、レ
チクルの開口部またはピンホールが選択される。

【００４２】ステップｐ３で検査領域を画定する。検査
領域を画定する方法を図７を参照して説明する。図７
（Ａ）は、画像情報を構成する光透過率の平面分布を示
す。光透過率の低い領域２１内に光透過率の高い領域２
０が分布している。図７（Ｂ）の破線で示すように、光
透過率の高い領域２０と低い領域２１との境界線を、光
透過率の低い領域２１側に長さＬだけ移動する。この移
動した破線に囲まれた拡大領域を検査領域２２とする。

【００４３】ステップｐ４で、検査領域のビットマップ
を作成する。ズテップｐ１で取得した２つの画像情報の
うち一方の画像情報から検査領域を画定した場合、他方
の画像情報の対応する領域のビットマップも同時に作成
する。

【００４４】ステップｐ５で、２つのビットマップを比
較する。ビットマップが一致する場合は、比較した検査
領域内に欠陥は存在しないと考えられる。一致しない場
合には、検査領域内に何らかの欠陥が存在すると考えら
れる。ステップｐ２で選択した光透過率の高い領域がピ
ンホールである場合には、他方のビットマップに光透過
率大の領域が存在しないため、ピンホールであると判定
することができる。

【００４５】ステップｐ６で、ステップｐ５で行った比
較結果を記憶する。ステップｐ２からｐ６までの処理
を、全ての光透過率の高い領域について繰り返し実行す
る。

【００４６】上記検査方法では、ステップｐ３で画定し
た検査領域についてのみ検査し、その他の領域について
は検査しない。このため、開口部から遠い位置に付着し
た異物は欠陥として検出されず、実質的に露光時に問題
となる欠陥のみを検出することができる。

【００４７】ステップｐ３で検査領域を画定する際に、
光透過率の高い領域の境界線を移動する長さＬは、レチ
クルの開口部に対応するウエハ上の露光光の強度分布に
影響を与える（位相シフタとして機能する）程度の長さ
とすることが好ましい。例えば露光光としてｉ線を使用
し、縮小露光の倍率を５倍とする場合には、長さＬが２
μｍ程度までの領域が影響を及ぼすであろう。なお、安
全を見込んで１０μｍ程度としてもよい。露光光の波長
が短くなれば長さＬも短くできると考えられる。

【００４８】なお、上記実施例では、検査対象レチクル
上に形成された２つの転写パターンを相互に比較する例
を示したが、予め正常な標準ビットマップを作成してお
き、検査対象レチクルから作成したビットマップと標準
ビットマップとを比較してもよい。

【００４９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ハーフトーン位相シフトレチクルの検査において、露光
時に問題とならない欠陥を検査対象外とすることができ
る。このため、検査後の確認作業が簡略化され、検査効
率及び検査の信頼性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハーフトーン位相シフト露光の原理を説明する
ための、ハーフトーン位相シフトレチクルの断面図、及
び露光されるウエハ上の露光光の振幅と強度を示すグラ
フである。

【図２】異物が付着したレチクルの断面図、及び異物が
付着した場合のウエハ上の露光光の振幅を示すグラフで
ある。

【図３】本発明の実施例によるレチクル検査装置の概略
ブロック図である。

【図４】ハーフトーン位相シフトレチクルの断面図、及
び断面図に対応した光透過率を示すグラフである。

【図５】ハーフトーン位相シフトレチクルの平面図、及
び平面図に対応したビットマップを示す図表である。

【図６】ハーフトーン位相シフトレチクルの検査フロー
を示す流れ図である。

【図７】検査領域を画定する方法を説明するための、画
像情報を平面的に表した図である。

【符号の説明】

１ 透明ガラス基板 ２ 遮光膜 ３ 開口部 ４ 異物 ５ ピンホール １０ 光源 １１ ハーフトーン位相シフトレチクル １２ 対物レンズ １３ 光センサ １４ 画像情報記憶手段 １５ ビットマップ １６ 欠陥判定手段 １７ 欠陥記憶手段 ２０ 光透過率が高い領域 ２１ 光透過率が低い領域 ２２ 検査領域

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を透過する透過領域と、光の一部を吸
   収し一部を透過させ透過した光の位相が前記透過領域を
   透過した光の位相と異なる遮光領域とを含む転写パター
   ンが形成されたレチクルの検査方法において、 検査対象レチクル上の転写パターン内の光透過率分布を
   測定する光透過率分布測定工程と、 前記透過領域の光透過率と前記遮光領域の光透過率の中
   間の光透過率を第１の基準値としたとき、光透過率が前
   記第１の基準値よりも大きい領域から１つの高透過率領
   域を選択する工程と、 前記高透過率領域の外周を、前記第１の基準値よりも光
   透過率の低い領域側へ所定の長さだけ移動させた線で囲
   まれた検査領域を画定する工程と、 前記検査領域内の比較すべき光透過率分布を得る工程
   と、 前記検査領域内の前記光透過率分布測定工程で得られた
   光透過率分布と前記比較すべき光透過率分布とを比較す
   る比較工程とを含むレチクルの検査方法。
2. 【請求項２】 前記検査領域を画定する工程は、前記高
   透過率領域の周囲から２〜１０μｍだけ外側に広げた領
   域を前記検査領域とする請求項１記載のレチクルの検査
   方法。
3. 【請求項３】 前記比較工程は、 前記検査領域を多数の画素に分割し、前記光透過率分布
   測定工程で得られた光透過率分布及び前記比較すべき光
   透過率分布から、それぞれ画素毎の光透過率から構成さ
   れる検査画像情報及び比較画像情報を得る工程と、 前記遮光領域の光透過率よりも低い光透過率を第２の基
   準値としたとき、前記検査画像情報及び比較画像情報の
   各画素の光透過率を、それぞれ前記第１の基準値及び前
   記第２の基準値を境界として少なくとも３段階の光透過
   率に量子化し、量子化された光透過率から構成される検
   査ビットマップ及び比較ビットマップを得る工程と、 前記検査ビットマップと前記比較ビットマップとを比較
   する工程とを含む請求項１または２記載のレチクルの検
   査方法。
4. 【請求項４】 前記検査対象レチクルには、少なくとも
   ２以上の同一の転写パターンが形成されており、 前記光透過率分布測定工程は、前記検査対象レチクル上
   の１つの転写パターンから光透過率分布を取得し、 前記比較すべき光透過率分布を得る工程は、前記検査対
   象レチクル上の他の１つの転写パターンから光透過率分
   布を取得する請求項１〜３のいずれかに記載のレチクル
   の検査方法。
5. 【請求項５】 さらに、前記高透過率領域を選択する工
   程から、前記比較工程までの各工程を、転写パターン内
   の全ての高透過率領域が選択されるまで繰り返し実行す
   る請求項１〜４のいずれかに記載のレチクルの検査方
   法。