JP3672884B2

JP3672884B2 - パターン検査方法、パターン検査装置およびマスクの製造方法

Info

Publication number: JP3672884B2
Application number: JP2002088817A
Authority: JP
Inventors: 健太郎奥田; 英二澤; 広井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003287419A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や液晶等の製造工程等で用いられているマスク、ウエハ等のパターン欠陥検査方法とパターン検査装置、およびそれを用いたマスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路は、露光技術やプロセス技術の向上に伴ってますます高集積化、微細化が進められている。これに伴い、原板となるフォトマスク、レティクルに対して、より一層の位置精度、寸法精度の向上並びに微小欠陥や異物の低減などが要求されている。たとえぱ、ウエハ上で０．１３μｍ幅の回路パターンに対し、４倍体マスクでは０．１２５μｍの大きさの欠陥まで検出する必要があると言われている。
【０００３】
フォトマスク等のパターン欠陥検査装置では、ダイツーデータべース（ｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ）比較と呼ばれる検査方法がある。この方法では、被検査回路パターンをラインセンサで撮像して得られたセンサデータとパターンの設計に用いたＣＡＤデータより作られた参照データとを比較し、両者の不一致点を欠陥として検出する。
【０００４】
検査の際には、位置ずれ等のパターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）の誤差による疑似欠陥の発生が問題になる。従来、パターン条件の補正量は、基準マスクで測定したパターン条件から参照データを補正してパターン検査を行なっていた。また、近年のマスクパターン検査では、検査前にマスク上の代表点で測定したパターン条件から参照データを補正して検査を行なっていた。
【０００５】
このように、パターン欠陥検査装置では、センサデータと参照データとの不一致点を欠陥として検出するので、特に両者の位置合わせが重要となる。両者の位置合わせを損なう要因は、ＸＹ軸ステージのヨーイングと速度むら、マスクの位置オフセット、伸縮量、回転量等がある。それらにより、パターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）の誤差による疑似欠陥が発生する。したがって、今後さらにパターン欠陥の検出感度を向上するには、パターン条件の誤差を電気制御系または計算機ソフトウェアで補正することが必要となる。
【０００６】
特に、半導体パターンが微細化することで、それに応じたパターンの寸法が小さくなると、光学的な特性によりセンサデータによるパターンの形状が参照データによるパターンの形状と僅かに異なり、それにより誤認識する場合がある。ご認識を少なくするためのアルゴリズムでは、様々なパターンの寸法のサンプルを用意して評価する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のパターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）の誤差により発生した疑似欠陥を、電気制御系または計算機ソフトウェアで補正する際には、センサデータと参照データとを合わせるために、ステージにセットしたマスクの位置のばらつきを補正する電気制御系が複雑となり、回路規模も大きくなる問題がある。
【０００８】
また、欠陥の検出感度を上げるため代表点で測定した値を用いる検査方法でも、パターン条件の誤差により疑似欠陥の発生する問題を回避することはできない。
【０００９】
また、半導体パターンの微細化に伴って、サンプルマスクの製作に多くのコストと時間がかかる問題が生じている。
【００１０】
したがって、高精度マスク検査を安定的に行うためには、直前に検査した隣接するパターン（例えば、直前に検査したストライプ）から求めた補正量で補正しながら検査することが必要になる。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、高精度なマスクのパターン検査方法とパターン検査装置、およびそれを用いたマスクの製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による手段によれば、被検査体のパターンの参照データとセンサデータとを比較手段で比較して該パターンの欠陥を検査するパターン検査方法において、
前記比較手段で前記参照データと前記センサデータとを比較する際に、検査が終了した隣接するパターンから予め測定した、位置及びサイズについてのパターン検査条件により補正した前記参照データを用いることを特徴とするパターン検査方法である。
【００１３】
また請求項２の発明による手段によれば、前記パターン検査条件は、さらに、コーナ丸まり又は輝度の少なくとも一つを用いていることを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法である。
【００１４】
また請求項３の発明による手段によれば、前記検査が終了した隣接するパターンから測定したパターン条件は、ストライプ又はブロック毎であることを特徴とするパターン検査方法である。
【００１５】
また請求項４の発明による手段によれば、被検査体のパターンの参照データとセンサデータとを比較手段によって比較し、該パターンの欠陥を検査するパターン検査装置において、
前記比較手段は、前記参照データと前記センサデータとを比較する際に、前記参照データは、検査が終了した隣接するパターンから予め測定した、位置及びサイズについてのパターン検査条件により補正した前期参照データを用いて比較することを特徴とするパターン検査装置である。
【００１６】
また請求項５の発明による手段によれば、基板上に成膜を行う成膜工程と、前記膜にパターンを描画する描画工程と、前記パターンを撮像して得られるセンサデータと前記パターンの設計データから得られる参照データとを比較して前記パターンの検査を行なう検査工程とを行ってマスクを製造するマスクの製造方法において、
前記参照データと前記センサデータとの比較の際に用いる前記参照データは、検査が終了した隣接するパターンから予め測定した、位置及びサイズについてのパターン検査条件により補正した前記参照データを用いることを特徴とするマスクの製造方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１には本発明の一実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅのパターン欠陥検査装置のブロック構成図である。被検査体であるマスク１はＸＹステージ２に保持されており、ＸＹステージ２は、ステージ制御装置３によってＸ軸方向には連続移動制御され、Ｙ軸方向にはステップ移動制御を受ける。
【００１８】
ＸＹステージ２に保持されているマスク１の上方位置には光源４が配置してあり、この光源４から出た光は照明光としてマスク１に照射される。マスク１の下方位置にはマスク１に描かれている回路パターンを撮像するラインセンサ５が配置されており、このラインセンサ５から出力されるセンサデータは後述する比較装置６に与えられる。
【００１９】
一方、ラインセンサ５からのセンサデータ送出に同期してＸＹステージ２のＸ軸方向位置およびＹ軸方向位置をレーザ干渉計やリニアエンコーダ等で検出するステージ位置測定装置７が設けてあり、このステージ位置測定装置７で測定された位置データはパターン条件修正装置８に導入される。
【００２０】
パターン条件修正装置８は参照データ発生装置１０にタイミング信号を伝送する。参照データ発生装置１０にはマスク１に回路パターンを形成したときにＣＡＤで用いた設計パターンデータがデータベース１１から与えられており、パターン条件修正装置８からタイミング信号としてのパターン条件が与えられると、その位置の設計パターンデータから参照データを出力する。
【００２１】
なお、タイミング信号は、後述するパターン条件の検出とその補正についてのステップに基づいて、次のストライプを検査する際に与える参照データの補正用の情報である。従って、それに基づいて参照データが補正されている。
【００２２】
参照データ発生装置１０から出力された補正された参照データは比較装置６に導入されてラインセンサ５が撮り込んだセンサデータと比較される。この比較装置６では後述するように、パターン条件をＸ軸方向に一定間隔毎に測定する。そして、この測定結果がパターン条件測定回路１３に収納され、パターン条件修正装置８に入力される。その結果に応じて参照データが補正されて、次のストライプの検査の際に補正された参照データとして適用される。
【００２３】
次に、上記のように構成されたパターン検査装置の特に位置合わせ動作を説明する。まず、マスク１上に描かれている回路パターンは、図２（ａ）に示すように、Ｙ軸方向に一定の幅をもつ短冊状の単位で検査される。すなわち、ＸＹステージ２をＸ軸方向に連続移動させ、またＹ軸方向には短冊の幅だけステップ移動させてマスク１の全面の検査が行われる。
【００２４】
図２（ｂ）には、検査開始時点におけるラインセンサ５が走査する範囲、つまり、センサパターン領域１５と、参照データの範囲、つまり参照パターン領域１６との位置関係が示されている。
【００２５】
本来、この２つの領域１５、１６は一致していなければならない。しかし、位置合わせを行わなければ、この図に示されるように位置ずれが生じている。
【００２６】
なお、図３にマスク検査方法の説明の模式図を示したように、ラインセンサ５を用いた検査装置の場合、ラインセンサ５の短手方向にＸＹステージ２が移動しラインセンサ５の画像がマスク１の端から連続的に撮りこまれる。このとき、ラインセンサ５幅でマスク１の左端から右端までの領域をストライプＳとし、また、ストライプＳを分割した領域をそれぞれブロックＢとしている。
【００２７】
以下に、パターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）の誤差により発生した疑似欠陥の検出とその補正について説明する。
【００２８】
図４は、パターン条件の検出とその補正についてのステップを示したフローチャートである。基本的な考え方は、パターン検査時に補正が必要なパターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）を、直前に検査した隣接するパターンから求めた補正量で補正しながら検査し、高精度マスク１の検査を可能にしている。すなわち、検査をスタート（Ｓ１）させた後、ストライプＳの検査に際しては、前のストライプＳで検査した時に求めたパターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）を設定する（Ｓ２）。設定されたパターン条件を用いて当該ストライプＳを検査する（Ｓ３）。パターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）を算出して次のストライプＳの補正量計算を行う（Ｓ４）。次のストライプＳの検査に際して補正量の計算結果を採用する方法としてストライプＳ用かブロックＢ用かのいずれかを選択する（Ｓ５）。選択結果に応じてストライプＳ毎の補正値を採用（Ｓ６）するか、ブロックＢごとの補正値を採用する（Ｓ７）。補正値の採用結果に応じて次のストライプＳの検査へ処理を移す（Ｓ８）。
【００２９】
次に、パターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）の検出とその結果による参照データの補正について説明する。
（ａ）位置ずれ
図５（ａ）に模式図を、図５（ｂ）にそれに対応した断面プロファイルを示すように、ラインセンサ５が検出したセンサデータのストライプＳと参照データのＸ軸方向とＹ軸方向とのそれぞれについて、Ａ、Ｂの両端のエッジ位置を検出し、両データのそれぞれのＸ軸方向とＹ軸方向との中心を算出しする。このＸ軸方向とＹ軸方向とのそれぞれについての中心を、参照データとセンサデータで比較して、両データのＸ軸方向とＹ軸方向とのそれぞれの中心の差により位置ずれを検出し、参照データを補正する。
（ｂ）サイズ
また、図６（ａ）に模式図を、図６（ｂ）にそれに対応した断面プロファイルを示すように、黒地に白いパターンが形成されている際のパターンサイズを線幅とすれば、両データの線幅誤差の測定も行うことができる。すなわち、図６（ｂ）で、センサデータのエッジ両端の所定個所の幅Ｌｗｓと参照データの対応個所の幅Ｌｗｒとの差により、白いパターンの参照データとの線幅誤差を検出し、参照データを補正する。
【００３０】
なお、図７（ａ）に模式図を、図７（ｂ）にそれに対応した断面プルファイルを示すように、白地に黒いパターンが形成されている場合も、説明が黒地に白いパターンが形成されている場合での白と黒が逆になるだけで同様である。
（ｃ）コーナ丸まり
図８に模式図を示すように、ラインセンサ５が検出したセンサデータと参照データのコーナ丸まり(曲率)を比較する。参照データの曲率（Ｒｒ）とセンサデータの曲率（Ｒｓ）との差を求めて曲率の補正値を算出し、この補正値に基づいて参照データを補正する。
（ｄ）伸縮率
センサデータを撮り込んでいるステージの位置の検出には、レーザ干渉計を用いているため、大気圧等の影響により測定値が図９（ａ）に示したように、センサデータが伸縮するためにそれを補正する必要がある。伸縮補正方法は、ストライプＳの中の全ブロックＢの位置ずれ量からストライプ1本分の伸縮補正量を求めて補正する場合と、ストライプ中の一部のブロック毎に伸縮補正量を求める場合がある。図９（ｂ）に示すように、伸縮補正量はストライプＳのブロックＢ毎のセンサデータと参照データの位置ずれ量からストライプＳ毎に求める。すなわち、各ストライプＳを順次各ブロックＢ毎に逐次位置ずれ量を検出しブロック間の伸縮補正量を求める。求めたストライプＳの伸縮補正量から参照データを補正する。
図１０に示すように、ラインセンサ５が検出したセンサデータのストライプ長さ（Ｌｓ）と、対応する参照データのストライプ長さ（Ｌｒ）とを比較し、両ストライプ長さの差に基づいて伸縮率（Ｌｓ／Ｌｒ）を求めて参照データを補正する。
【００３１】
（ｅ）輝度
なお、センサデータのパターンサイズが小さくなると信号強度が徐々に低下し、例えば、一辺が０．７μｍの白系の正方形パターンでは最大値で８５％程度まで低下する。そのため、低下した分を考慮して、参照データの信号強度に一定の係数をかけて、信号強度の最大値を補正をおこなっている。この参照データで補正する係数は、予め光学シュミレーション等による実験でパターンのサイズごとに求めて、ルックアップテーブルに設定し、参照パターンのサイズに応じて補正係数を選択するようにすればよい。
【００３２】
なお、これらのパターン条件は、実際の検査装置の際には、パターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）の全てを検出してそれによって補正する必要は無く、少なくとも、いずれか１個を用いて行えばよい。
【００３３】
これらを用いて、被検査体であるマスク１を検査すれば、パターン条件の誤差による疑似欠陥が発生しないため、安定した高精度なマスク１検査が可能になる。
【００３４】
なお、上述の場合は、ダイツーデータべース（ｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ）により参照データと比較して検査を行ったが、ダイツーダイ（ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ）で行うこともできる。その場合は、図１１に示すように、ＸＹステージ２に対して、２つ（複数）の光源４等を配置し、被検査体であるマスク１は２個取り等の繰返しパターンにマスク１ａ、１ｂに形成されているものを対象とし、相互のマスク１ａ、１ｂのデータを比較することにより差異を検出し、検査をすることができる。
【００３５】
また、被検査体がウエハのよう光に対して非透過体である場合は、反射光で測定する必要があるので、図１に示したパターン検査装置のブロック構成図おいて、ラインセンサ５の位置をウエハからの反射光を受光することが出来る位置に設定すればよい。
【００３６】
次に、上述の検査方法を用いたハードマスクの製造方法について説明する。図１２はハードマスクの製造プロセスを示すフローチャートである。
【００３７】
ハードマスク１は、ソフトマスク１のレリーフ効果を除き、膜強度の弱さを克服するために、ガラス基板上に金属または金属酸化物層の画像を作り、フォトマスクを形成している。
まず、ガラス基板を研磨、洗浄し（Ｓ１１）、ガラス基板上に所定の厚さのクロム膜を真空蒸着中スパッタリング法で被膜形成する（Ｓ１２）。次に、レジスト膜厚は通常０．４〜０．８μｍ程度のフォトレジストを塗布する（Ｓ１３）、プレベーク（Ｓ１４）後に、形成するパターンに応じた露光を行なう（Ｓ１５）。続いて、自動現像装置等により、スプレー法や浸漬法で現像を行なう（Ｓ１６）。現像後にポストベークを行なう（Ｓ１７）。このポストベークは、温度が高温過ぎるとレジストがプラスチックフロー（軟化現象）をおこし、形状変化をきたすので、温度、時間設定の管理は注意を要する。次に、エッチングを行なう（Ｓ１８）。エッチングは、ウエット法は、浸漬法を用いれば処理が簡単であるが、アンダーカットが０．５μｍ以上あり、画線の寸法がレジスト線幅より細くなってしまうという欠点があるため、プラズマエッチング、スパッタエッチングなどのドライエッチング法を用いる場合が多い。次に、レジストを剥離し（Ｓ１９）、その後に、洗浄して、各検査を行なう（Ｓ２０）。その際のパターン検査は、上述の本発明のパターン検査を用いる。
その後に、不具合個所が存在した場合は補正し（Ｓ２１）、補正後に洗浄して出荷する（Ｓ２２）。
なお、上述の製造プロセスは一例であり、種々の変形したプロセスで製造を行なうことが可能である。
以上に説明したように、上述の実施の形態では、非検査体のパターン検査時に、１ストライプの検査毎に補正が必要なパターン条件（位置、サイズ、コーナ丸まり、輝度）を、直前に検査した隣接するパターンから求めた補正量で補正しながら検査しているので、疑似欠陥による検査の障害を排除して欠陥検出感度を上げることができ、高精度なマスクやウエハの検査が可能になる。
【００３８】
また、マスク１枚毎に微妙なパターン条件の補正量を検査装置オぺレータがあらかじめ設定する必要が無くなり、人手と時間の節約が可能になる。また、検査自動化が可能になり、連続自動検査が可能なマスクの検査方法と、それを用いたマスクの製造方法が実現できる。
【００３９】
なお、上述の実施の形態では、被検査体として半導体の製造工程で用いられているマスクを例示したが、マスクに限らず、被検査体としてウエハ等に対しても適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、マスク等の被検査体の検査を高精度で連続して自動的に行うことができる。
【００４１】
また、また、生産性の高いマスクの製造方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン検査装置のブロック構成図。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、パターン検査装置の位置合わせ動作の説明図。
【図３】マスク検査方法の説明の模式図。
【図４】パターン条件の検出とその補正についてのステップを示したフローチャート。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、パターン条件の検出についての説明図。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、パターン条件の検出についての説明図。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、パターン条件の検出についての説明図。
【図８】パターン条件の検出についての説明図。
【図９】パターン条件の検出についての説明図。
【図１０】パターン条件の検出についての説明図。
【図１１】２個取りマスクの説明図。
【図１２】ハードマスクの製造プロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ…マスク、２…ＸＹステージ、５…ラインセンサ、６…比較装置、７…位置測定装置、８…ステージ位置補正装置、１３…パターン条件測定回路

Claims

被検査体のパターンの参照データとセンサデータとを比較手段で比較して該パターンの欠陥を検査するパターン検査方法において、
前記比較手段で前記参照データと前記センサデータとを比較する際に、検査が終了した隣接するパターンから予め測定した、位置及びサイズについてのパターン検査条件により補正した前記参照データを用いることを特徴とするパターン検査方法。
前記パターン検査条件は、さらに、コーナ丸まり又は輝度の少なくとも一つを用いていることを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
前記検査が終了した隣接するパターンから測定したパターン条件は、ストライプ又はブロック毎であることを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
被検査体のパターンの参照データとセンサデータとを比較手段によって比較し、該パターンの欠陥を検査するパターン検査装置において、
前記比較手段は、前記参照データと前記センサデータとを比較する際に、前記参照データは、検査が終了した隣接するパターンから予め測定した、位置及びサイズについてのパターン検査条件により補正した前期参照データを用いて比較することを特徴とするパターン検査装置。
基板上に成膜を行う成膜工程と、前記膜にパターンを描画する描画工程と、前記パターンを撮像して得られるセンサデータと前記パターンの設計データから得られる参照データとを比較して前記パターンの検査を行なう検査工程とを行ってマスクを製造するマスクの製造方法において、
前記参照データと前記センサデータとの比較の際に用いる前記参照データは、検査が終了した隣接するパターンから予め測定した、位置及びサイズについてのパターン検査条件により補正した前記参照データを用いることを特徴とするマスクの製造方法。