JPH04345163A - フォトマスクの欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置に用いる
レチクル、特に位相シフトフォトマスクのパターン欠陥
検査、異物検査をする装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトマスク（レチクルも含む）のパタ
ーン欠陥の検査は、光学顕微鏡を使ってフォトマスクの
パターンを拡大し隣接ダイ間で比較して差異を見つける
装置（チップ比較検査）と、フォトマスクのパターンを
パターン設計データと比較して差異を見つける装置（デ
ータ比較検査）のどちらかを用いて行なわれることが普
通であり、現在では両装置とも自動検査が主流となって
いる。

【０００３】近年、露光パターンの微細化に伴ない、露
光光の位相をずらす透明な薄膜（シフタ）を部分的に設
け、ウェハ上での光コントラストを上げた位相シフトフ
ォトマスクが注目され、検討されている。このような位
相シフトフォトマスクの一例として自己整合型位相シフ
トフォトマスク（その機能面からエッジ強調タイプとも
言われる）がある。このものは、例えば図２に示したよ
うに、ガラス基板２０上にクローム（Ｃｒ）膜、レジス
ト膜を積層し、レジスト膜を電子ビームで設計データに
基づき露光した後現象し、クローム膜２１をエッチング
した後レジストを剥離し（イ）、シフタ層２２を形成し
（ロ）、レジスト２３を、塗布した後、裏面露光し（ハ
）、現象し（ニ）、シフタ層２２をエッチングして、レ
ジストを剥離し（ホ）、クローム２１をサイドエッチン
グして形成する（ヘ）。このようにして得られたパター
ンの例を図２の（ト）として平面図に示す。また、図３
は位相シフトフォトマスクの他の例であり、ガラス基板
２０上にクローム膜、レジスト膜を積層し、レジスト膜
を電子ビームの設計データに基づき露光した後現象し、
クローム膜２１をエッチングした後レジストを剥離し（
イ）、レジスト２３を塗布した後、裏面露光を行ない（
ロ）、現象し（ハ）、ガラス基板２０のエッチングを行
ない（ニ）、クローム２１をサイドエッチングした後（
ホ）、レジストを剥離する（ヘ）。このようにして得ら
れたパターンの例を図３の（ト）として示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、位相シ
フトフォトマスクにおいてはシフタ部分とクロム等遮光
部分の設計データが別であったり、フォトマスク上のパ
ターンが設計データの表わすシフタパターンから極端に
バイアスがかかったものになっていたりとかで、既存の
データ比較検査装置で位相シフトフォトマスクの欠陥検
査は困難であった。

【０００５】本発明の目的は従来のデータ比較装置で検
査できなかった位相シフトフォトマスク、特に自己整合
型位相シフトフォトマスクの検査を可能とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】まず設計データの表わす
パターンをリサイズしてシフタパターン（リサイズパタ
ーン）を作成する。リサイズする理由は、製造プロセス
の過程において、フォトマスク上のパターンサイズは設
計データの表わすパターンサイズより若干バイアスがか
かってしまうので、これを補正するためである。次に、
このシフタパターンから輪郭に相当する線画パターンを
作成する。この目的のためにシフタパターンに相当する
リサイズパターンに微分オペレータをかけ輪郭部を抽出
しても良いし、シフタパターンに相当するリサイズパタ
ーンとそれに更にリサイズをかけたパターンとで排他的
論理和（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ　ＯＲ）をとってもよい。 一方遮光膜（Ｃｒ）のパターンに相当するパターンもシ
フタパターンからエッチング量に相当する分だけリサイ
ズして作成する。

【０００７】以上の様に設計データの表わすパターンを
３つの異なったリサイズ値でリサイズしたパターンの論
理演算、またはリサイズされたパターンを微分オペレー
タ等を用いて抽出した輪郭線画と、より大きな値でリサ
イズされたパターンとの論理演算により自己整合型位相
シフト検査用の参照パターンが得られることになる。

【０００８】

【作用】今までのデータ比較検査装置では困難であった
自己整合型位相シフトレチクルのデータ比較によるパタ
ーン照合、パターン欠陥検出、異物検出が可能になる。

【０００９】

【実施例】初めに、本発明の実施例の原理説明をする。 自己整合型位相シフトフォトマスクは設計データは一つ
しかなく、これはほぼシフタ層のパターンに相当する。 シフタ層のパターンエッジから一定距離離れたところに
クロム等遮光膜パターンエッジがあるが、これは通常遮
光膜を等方性エッチして作られている。

【００１０】他方、透過照明による光学顕微鏡でフォト
マスク上のパターンを観察すると、クロム等の遮光パタ
ーンは暗部として観察できる。位相シフト層のような透
明膜は透過率が１に近いので、パターンを濃淡画像とし
て観察することができないが、透明膜パターンのエッジ
が暗線となって観察されることが知られている。これは
エッジ部で照明光が反射、散乱されること、および透明
膜を透過した光と透明膜のないところを通った光がエッ
ジ部で回折して互に干渉しあうことによるものである。 エッジがシャープでないときは前者が支配的であり、エ
ッジがシャープになると後者が支配的となる。後者によ
る暗線のコントラストを良くするには光の干渉性を良く
すれば良い。すなわち、透明膜の位相差が１８０度にな
るように照明光の波長を選ぶことと、照明系のシグマ（
σ）……コヒーレンスファクター（照明光学系のＮＡ）
／（結像光学等のＮＡ）……を小さくすることが大切で
ある。シグマ（σ）を小さくしすぎるとパターンエッジ
部でリンギングが目立ってくるため、最適値はσ＝０．
４近辺である。

【００１１】上記のように自己整合型位相シフトフォト
マスクはシフタエッジが暗線、遮光パターン部が暗部と
して観察されるので、データ比較検査のためには設計デ
ータからシフタエッジに相当する線画パターンと遮光パ
ターン部に相当するパターンを合成して作成すればよい
ことになる。なお、透過照明の代わりに反射照明を用い
た場合でも、シフタエッジは周囲とのコントラスト差が
生じ、また遮光パターン部も周囲と区別できるので、本
発明は同様に適用することができる。

【００１２】図１は本発明の実施例である。設計データ
入力装置６から入力された設計データは、パターン展開
装置７で内蔵されたフレームメモリ上にビット展開され
る。このフレームメモリのアドレス、すなわちフレーム
メモリ上の１ビットは、検査時のピクセル（画素）単位
、またはピクセルを、４分割、９分割、１６分割等に分
割したサブピクセル単位である。このフレームメモリ上
のビットパターンはリサイズ装置８−１、８−３により
それぞれシフタパターン、遮光膜（Ｃｒ）パターンにベ
ストフィットするようにビット単位でリサイズされる。 なお、これらリサイズの手法は公知である。リサイズ装
置８−２によるリサイズはシフタパターンの輪郭を作る
ために、リサイズ装置８−１とは１ピクセルだけ異なっ
たリサイズ量でリサイズされる。リサイズ装置８−１、
８−２パターンの出力は論理演算処理装置１０ａ、排他
的論理和回路１０ａに入力され、リサイズ装置８−１、
８−２で得られるパターンの排他的論理和をビット単位
でとることにより、回路１０ａの出力としてシフタパタ
ーンの輪郭線画を得る。回路１０ａの出力とパターンリ
サイズ装置８−３の出力は論理演算処理装置１０の論理
和回路１０ｂに入力され、その出力として、参照用設計
パターン（参照パターン）が作られる。この参照用設計
パターンは論理演算処理装置１０のフレームメモリ１０
ｃに書かれるようになっている。一方、フォトマスク１
は、透過照明系２で照明され、結像レンズ３によるレチ
クルパターンの拡大像が撮像カメラ４により読取られる
。なお、このとき用いられる透過照明系２は既に述べた
ように、シグマ（σ）が０．４近辺に設定され、また、
波長も所定の波長が選択されるのが望ましい。この読取
られたビデオ信号をピクセル単位でビットパターンにし
たものがフレームメモリ５上に作られる。上述のフレー
ムメモリ１０ｃ上にはフレームメモリ５上のパターンと
同種のパターンが作成されている。従って、画像比較装
置１１は、フレームメモリ５上のパターンとフレームメ
モリ１０ｃ上のパターンとを比較し、その結果を欠陥判
定装置１２が解析して欠陥を検出している。

【００１３】このような構成であるから、例えば、図４
の（イ）に示したようなパターンがパターン展開装置７
のフレームメモリ上にビット展開される。パターンリサ
イズ装置８−１は、あらかじめテストパターンの測定に
より定めたリサイズ量（図４の場合は１ピクセル幅の減
少）により、図４（イ）のパターンをリサイズする。リ
サイズとは、簡単に述べれば、パターンの周辺を、すべ
ての方向に対して同じ量だけ縮小もしくは拡大すること
である。このようにして、例えば、図４（ロ）に実線で
示したリサイズパターンが作成される。また、パターン
リサイズ装置８−２は、パターンリサイズ装置８−１の
リサイズ量よりもさらに１ピクセル小さなパターンにリ
サイズされた図４（ハ）のリサイズパターンを作成する
。排他的論理和回路１０ａは、図４（ロ）と図４（ハ）
の排他的論理和をとるので、その出力は図４（ニ）に示
した１ピクセル幅の輪郭パターンとなる。

【００１４】他方、パターンリサイズ装置８−３は、あ
らかじめテストパターンの測定により定めたリサイズ量
（図４の場合は６ピクセル幅の減少）により遮光膜パタ
ーン（図４（ホ）の斜線部）を作成する。論理和回路１
０ｂは、図４の（ニ）と（ホ）のパターン間の論理和を
作成し、その結果、フレームメモリ１０ｃには、図４（
ヘ）のパターンが記憶される。

【００１５】フレームメモリ１０ｃのパターンは、シフ
タ層のパターンエッジとクロム等の遮光パターンが暗く
表現される位相シフトフォトマスクの透過光によるパタ
ーンと同様である。そこで、従来と同様のデータ比較検
査（画像比較装置１１、欠陥判定装置１２）によるが可
能となる。

【００１６】なお、図１において、シフタパターンのエ
ッジを表わす輪郭パターン（図４（ニ））を求めるため
に、互いにリサイズ量が１ピクセル異なる２つのパター
ンリサイズ装置８−１、８−２と排他的論理和回路１０
ａを用いたが、パターンリサイズ装置８−１の出力を、
微分オペレータ等を用いた輪郭抽出装置に通すことによ
り、図４（ニ）のパターンを得ることもできる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、従来のフォトマスク（
レチクルも含む）検査装置で不可能であった位相シフト
フォトマスク（自己整合型ともいう）のデータ比較検査
が可能になる。即ちフォトマスクのパターン（遮光膜及
びシフタ）が設計で意図した様な図柄、寸法どうりにで
きているかどうかというパターンチェックと、欠陥検出
を含めた厳密なパターン検査が可能となるので、位相シ
フトによる露光法が実用化に一歩近づき、光リソグラフ
ィによるクォーターミクロン素子の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】自己整合型位相シフトフォトマスクの製造方法
及びパターン例を示す図である。

【図３】自己整合型位相シフトフォトマスクの製造方法
及びパターンの例を示す図である。

【図４】図１の主要部の動作を説明するために、主要ブ
ロックで形成されるパターンを示す図である。

【符号の説明】

１　　自己整合型位相シフトフォトマスク２　　透過照
明系 ３　　結像レンズ ４　　撮像カメラ ５　　フレームメモリ ６　　パターン設計データ入力系 ７　　パターン展開系（フレームメモリ）８−１、−２
、−３　　パターンリサイズ系９　　輪郭抽出系 １０　　論理演算による画像合成系 １１　　画像比較系 １２　　欠陥判定系

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フォトマスクのパターンと設計データ
   による参照パターンと比較検査するデータ比較検査装置
   であって、設計データを入力する手段と、前記設計デー
   タの表すパターンを検査時のピクセル単位、またはピク
   セルを分割したサブピクセルの単位で二値画像として展
   開する手段と、展開したパターンを異なる値でリサイズ
   するリサイズ手段と各々リサイズされた画像の論理演算
   によって参照パターンを作り出す参照パターン作成手段
   とを設け、前記参照パターンとフォトマスクのパターン
   とを比較して差異を検出することを特徴とする検査装置
   。
2. 【請求項２】　　ファトマスクのパターンと設計データ
   による参照パターンとを比較検査するデータ比較検査装
   置であって、設計データを入力する手段と、前記設計デ
   ータの表すパターンを検査時のピクセル単位、またはピ
   クセルを分割したサブピクセルの単位で二値画像として
   展開する手段と、展開したパターンを異なる値でリサイ
   ズするリサイズ手段と、二値画像の輪郭を表す二値線画
   パターンを作成する手段と、一つまたは複数のリサイズ
   された二値画像と輪郭の二値画像の論理演算によって参
   照パターンを作り出す参照パターン作成手段とを設け、
   前記参照パターンとフォトマスクのパターンとを比較し
   て差異を検出することを特徴とする検査装置。
3. 【請求項３】　　前記リサイズ手段はリサイズの値を３
   種類有し、一つは位相シフトフォトマスクのシフタパタ
   ーンにマッチするごとく、２つ目はシフタパターンより
   １ピクセル相当エッジが内側にシフトしたパターンにマ
   ッチするごとく、３つ目はクロム等遮光パターンにマッ
   チするごとく決定されており、前記参照パターン作成手
   段は、１つ目と２つ目のリサイズ結果の論理積（ＡＮＤ
   ）でシフタパターンの輪郭パターンを作成し、これと３
   つ目のリサイズ結果の論理和（ＯＲ）をとることにより
   参照用パターンを作り出すことを特徴とする請求項１記
   載の検査装置。
4. 【請求項４】　　前記リサイズ手段は、リサイズの値を
   ２種類有し、一つは位相シフトフォトマスクのシフタパ
   ターンにマッチするごとく、２つ目はクロム等遮光パタ
   ーンにマッチするごとく決定されており、前記参照パタ
   ーン作成手段は、１つ目のリサイズ結果を輪郭線画を作
   成する系に入力してシフタパターンの輪郭パターンを作
   成し、これと２つ目のリサイズ結果の論理和（ＯＲ）を
   とることにより参照用パターンを作り出すことを特徴と
   する請求項２記載の検査装置。
5. 【請求項５】　　前記パターン展開手段によるパターン
   展開の前記リサイズ手段によるリサイズ、前記参照パタ
   ーン作成手段の画像の論理演算は設計データが表す全体
   同時ではなく、全体を分割した部分毎に行われることを
   特徴とする請求項１、２、３、４に記載の検査装置。