(57)【要約】【課題】フォトマスクなどに形成されたホールパターンのラフネスを定量化する際に定量化すべき箇所を人為的に指定したりすることなくラフネスを迅速かつ正確に定量化することのできるホールラフネス定量化装置及びホールラフネス定量化方法を提供する。【解決手段】計測対象パターンとリファレンスパターンの輪郭線から計測対象パターンのラフネスを定量化する際に、計測対象パターンの輪郭線上に位置する複数点の位置座標とリファレンスパターンの輪郭線上に位置する複数点の位置座標との差分距離を算出し、算出された差分距離に基づいて計測対象パターンのラフネス値を算出する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホールパターンのラフネスを定量化する装置であって、
計測対象パターンを入力する計測対象パターン入力手段と、
前記計測対象パターンの輪郭線を抽出する第１の輪郭線抽出手段と、
前記輪郭線上の複数点の位置座標を算出する第１の座標算出手段と、
前記計測対象パターンと比較するためのリファレンスパターンの輪郭線を抽出し、抽出された輪郭線上の複数点の位置座標を算出する第２の座標算出手段と、
前記第１の座標算出手段で算出した位置座標と前記第２の座標算出手段で算出した位置座標との差分距離を算出する差分距離算出手段と、
前記差分距離から前記計測対象パターンのラフネス値を算出するラフネス値算出手段と、
を備えたことを特徴とするホールラフネス定量化装置。
【請求項２】
ホールパターンのラフネスを定量化する方法であって、
計測対象パターンを入力する計測対象パターン入力工程と、
前記計測対象パターンの輪郭線を抽出する第１の輪郭線抽出工程と、
前記輪郭線上の複数点の位置座標を算出する第１の座標算出工程と、
前記計測対象パターンと比較するためのリファレンスパターンの輪郭線を抽出し、抽出された輪郭線上の複数点の位置座標を算出する第２の座標算出工程と、
前記第１の座標算出工程で算出した位置座標と前記第２の座標算出工程で算出した位置座標との差分距離を算出する差分距離算出工程と、
前記差分距離から前記計測対象パターンのラフネス値を算出するラフネス値算出工程と、
を含むことを特徴とするホールラフネス定量化方法。
【請求項３】
前記第２の座標算出工程が、前記リファレンスパターンの角に丸みを付ける丸み付加工程を有し、該丸み付加工程で角に丸みを付けられたリファレンスパターンの輪郭線を抽出し、抽出された輪郭線上の複数点の位置座標を算出することを特徴とする請求項２に記載のホールラフネス定量化方法。
【請求項４】
前記差分距離算出工程で前記差分距離を算出する際に、前記計測対象パターンの輪郭線の対角線交点と前記リファレンスパターンの輪郭線の対角線交点とを基準点として前記差分距離を算出することを特徴とする請求項３に記載のホールラフネス定量化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造のリソグラフィ工程に用いられるフォトマスクのマスクパターン画像から、そのホールパターンの形状を定量的に測定するためのホールラフネス定量化装置及びホールラフネス定量化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）パターンの微細化に伴い、パターン原版としてのフォトマスクも同様に微細化への対応を迫られており、同時に高精度化への要求は非常に厳しいものである。
従来、フォトマスク品質における重要項目として、欠陥、寸法精度、アライメントの３項目がとりわけ重要視されており、半導体の微細化が進む現在ではそれぞれの項目を計測・評価するために高精度なフォトマスク専用検査装置が開発されている。
【０００３】
しかしながら、フォトマスクパターンの微細化による高精度化への要求は、前記３項目以外のあらゆる品質項目（パターン形状、パターンデータ保証、耐久性、クリーン度等）においても同様になりつつあり、その中でもパターン形状の精度については直接ＬＳＩ回路の精度および性能に関わることから、より重視されるようになってきている。
一般に、半導体回路のマスクレイアウト設計において、設計図面通りのパターンが精度良くマスク上に再現されていることが望まれる。しかしながら、実際にはリソグラフィ技術を用いてガラス上の金属薄膜に微細なパターンを加工しているため、マスクパターンと設計パターンとは完全に同一形状ではなく、寸法差やコーナー部分の丸みなど、微小な違いが存在する。
【０００４】
この違いはマスク上で数十〜数百ナノメートル程度の大きさであることがほとんどであるが、近年の超ＬＳＩの微細化の進展によって、これが半導体回路の特性に影響を与えることが懸念され始めている。すなわち、微細なパターンであるほど、パターン自体に対して前記のパターン形状の違いが相対的に大きくなり、特性値に影響するようになっている。
マスク品質上の点検項目としてパターン形状を用いる場合には、いくつかの種類がある。例えば、パターンコーナー部分の丸み、直線パターンエッジ部分のラフネス（凹凸）、描画時のパターン位置ずれ、形状歪み、テーパー形状など、パターンの各部分ごとにチェックすべき項目が挙げられる。
【０００５】
一方、リソグラフィ工程によりウェハ上に露光転写されたパターンにおいても、パターン形状の精度が非常に重要になってきている。特に、ＡｒＦリソグラフィにおいてはパターンのエッジラフネスが電気特性に影響を与えるため、それを定量的に計測する手法が検討されている。
通常、フォトマスク及びウェハのパターンにおいて用いられるエッジラフネスとは、直線パターンでのエッジの凹凸のことを指している。しかしながら、近年の半導体ＬＳＩの微細化により、ホールパターンやドットパターンのように四角等の閉図形においてもパターンの歪みやラフネスが目立つようになってきており、最終的な電気特性に影響を与えることが懸念されている。つまり、これまで直線パターンに適用する概念として考えられていたエッジラフネスを、ホールパターンやドットパターンのような閉図形に対しても定量的に評価することが、現在、求められていると言える。しかしながら、非特許文献１に示す直線パターンの場合とは異なり、ホールパターンに対するエッジラフネスに関する明確な基準が設けられていないのが現状である。
【０００６】
従来、フォトマスクやウェハのホール又はドットパターンのラフネス評価は、光学顕微鏡（高倍率での観察を目的とするレーザー顕微鏡や共焦点顕微鏡等のパターン観察装置も含む）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により画像を取得し、画像同士を目視で比較する方法で行っていた。
また、別の方法としては、特許文献１に記載されているように、ホール又はドットのパターン画像から画像処理手法によって輪郭線を取得し、測定者がラフネスを測定することが可能なパターンの直線部分を指定して、指定部分の輪郭線のバラツキからエッジラフネスを算出していた。
しかし、前記のようなホール又はドットパターンのラフネス確認方法において、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡による目視観察では、定性的な判断を行うだけでパターン形状の定量的な評価はできなかった。
【０００７】
一方、画像処理方法によって輪郭線を取得し、測定者がラフネスを測定することのできるパターンの直線部分を指定する方法では、次の３つの問題がある。
１つ目の問題は、ラフネスを測定する直線部分を指定する際にその位置が少しでも変わると、計測結果もその位置変化に付随して変わってしまう恐れがあるため、安定した測定を行うことが難しい点である。
２つ目の問題は、ホール又はドットパターンは直線部分とコーナー部分とから構成されるが、指定する範囲にコーナー部分がかかってしまうと、ラフネスの値は実際よりも大きな値となってしまう点である。直線部分とコーナー部分との切り分けは非常に難しく、直線部分だけを的確に指定するのは大変困難である。
【０００８】
３つ目の問題は、パターンの直線部分を指定する作業自体が煩雑な点である。計測するパターンが１つだけであれば問題ないが、通常は多くのパターンに対して測定を行う必要があるため、パターン毎に直線部分を指定する作業を行うと測定に多くの時間がかかってしまう。
このように、非特許文献１あるいは特許文献1に開示された技術では、ホール又はドットパターンのラフネス形状を正確かつ迅速に測定することは困難であった。
【０００９】
そこで、ホールパターンやドットパターンのラフネスを定量化する装置の計測対象パターン入力部に計測対象パターンを入力して計測対象パターンの輪郭線を抽出し、抽出された輪郭線の重心を算出した後、輪郭線と重心との距離を第１の距離算出手段で算出するとともに、計測対象パターンと比較するためのリファレンスパターンの輪郭線とそのリファレンスパターンの輪郭線の重心との距離を第２の距離算出手段で算出し、第１の距離算出手段で算出した距離と第２の距離算出手段で算出した距離との差分を差分算出手段で算出して、差分算出手段で算出された差分から計測対象パターンのラフネス値を算出する手法が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１０１４１４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３８９９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ５０３８，ｐ．６８９（２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような方法によると、ラフネスの測定箇所を測定者が指定しなくてもホールパターンやドットパターンのラフネスの大きさを定量化することが可能である。しかしながら、特許文献２に開示された手法では、同一ＳＥＭ画像内に複数パターンが存在する場合に有効である一方、孤立パターン（ＳＥＭ画像内にホール又はドットパターンが1つ）の場合においては議論されていない。また、計測対象パターンに対するリファレンスパターンに、マスク製造性を考慮して同形状のパターンを画像処理したものを使用しているため、設計パターンとのずれを定量的に知ることは難しいと考えられる。
【００１３】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フォトマスクなどに形成されたホールパターンのラフネスを定量化する際に定量化すべき箇所を人為的に指定したりすることなくラフネスを迅速かつ正確に定量化することのできるホールラフネス定量化装置及びホールラフネス定量化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明のホールラフネス定量化装置は、ホールパターンのラフネスを定量化する装置であって、計測対象パターンを入力する計測対象パターン入力手段と、前記計測対象パターンの輪郭線を抽出する第1の輪郭線抽出手段と、前記輪郭線上の複数点の位置座標を算出する第１の座標算出手段と、前記計測対象パターンと比較するためのリファレンスパターンの輪郭線を抽出し、抽出された輪郭線上の複数点の位置座標を算出する第２の座標算出手段と、前記第１の座標算出手段で算出した位置座標と前記第２の座標算出手段で算出した位置座標との差分距離を算出する差分距離算出手段と、前記差分距離から前記計測対象パターンのラフネス値を算出するラフネス値算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項２に係る発明のホールラフネス定量化方法は、ホールパターンのラフネスを定量化する方法であって、計測対象パターンを入力する計測対象パターン入力工程と、前記計測対象パターンの輪郭線を抽出する第１の輪郭線抽出工程と、前記輪郭線上の複数点の位置座標を算出する第１の座標算出工程と、前記計測対象パターンと比較するためのリファレンスパターンの輪郭線を抽出し、抽出された輪郭線上の複数点の位置座標を算出する第２の座標算出工程と、前記第１の座標算出工程で算出した位置座標と前記第２の座標算出工程で算出した位置座標との差分距離を算出する差分距離算出工程と、前記差分距離から前記計測対象パターンのラフネス値を算出するラフネス値算出工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３に係る発明のホールラフネス定量化方法は、請求項２に記載のホールラフネス定量化方法において、前記第２の座標算出工程が、前記リファレンスパターンの角に丸みを付ける丸み付加工程を有し、該丸み付加工程で角に丸みを付けられたリファレンスパターンの輪郭線を抽出し、抽出された輪郭線上の複数点の位置座標を算出することを特徴とする。
本発明の請求項４に係る発明のホールラフネス定量化方法は、請求項３に記載のホールラフネス定量化方法において、前記差分距離算出工程で前記差分距離を算出する際に、前記計測対象パターンの輪郭線の対角線交点と前記リファレンスパターンの輪郭線の対角線交点とを基準点として前記差分距離を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、計測対象パターンとリファレンスパターンの輪郭線から計測対象パターンのラフネスを定量化する際に、計測対象パターンの輪郭線上に位置する複数点の位置座標とリファレンスパターンの輪郭線上に位置する複数点の位置座標との差分距離を算出し、算出された差分距離に基づいて計測対象パターンのラフネス値を算出することにより、計測対象パターンやリファレンスパターンの輪郭線の重心位置を算出したり、算出した重心位置と輪郭線との距離を算出したりする必要がないので、フォトマスクなどに形成されたホールパターンのラフネスを定量化する際に定量化すべき箇所を人為的に指定したりすることなくラフネスを迅速に定量化することができる。
【００１８】
また、リファレンスパターンの角に丸みを付けた後、リファレンスパターンの輪郭線を抽出することにより、抽出されたリファレンスパターンの輪郭線が計測対象パターンの輪郭線とほぼ一致した形状になり、これにより、計測対象パターンの輪郭線の対角線交点とリファレンスパターンの輪郭線の対角線交点とを一致させて差分距離を算出できるので、フォトマスクなどに形成されたホールパターンのラフネスを正確に定量化することができる。
さらに、差分距離算出工程で差分距離を算出する際に、計測対象パターンの輪郭線の対角線交点とリファレンスパターンの輪郭線の対角線交点を基準点として差分距離を算出することにより、差分距離を正確に算出できるので、フォトマスクなどに形成されたホールパターンのラフネスをより正確に定量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置により抽出される計測対象パターンの輪郭線の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置により抽出されるリファレンスパターンの輪郭線の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置により抽出される計測対象パターンの輪郭線とリファレンスパターンの輪郭線とを重ね合わせて示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置により算出される差分距離情報の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置のラフネス値算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置のリファレンスパターン輪郭線抽出処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置の概略構成を図１に示す。図中符号１０は本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置を示し、このホールラフネス定量化装置１０は、計測対象パターン入力部１１、輪郭線抽出部１２、座標算出部１３、座標算出部１４、差分距離算出部１５、ラフネス値算出部１６および表示部１７を備えている。
【００２１】
計測対象パターン入力手段としての計測対象パターン入力部１１は、例えばフォトマスクのホールパターンを走査型電子顕微鏡又は光学顕微鏡で観察することによって得られた２５６階調のビットマップ画像などをラフネスの計測対象パターンとして入力するためのものである。また、この計測対象パターン入力部１１に入力された計測対象パターンは、輪郭線抽出手段としての輪郭線抽出部１２に供給される。
【００２２】
輪郭線抽出部１２は計測対象パターン入力部１１から供給された計測対象パターンの輪郭線ａ１（図２参照）を例えば一般的な画像処理法によって抽出するもので、この輪郭線抽出部１２で得られた計測対象パターンの輪郭線ａ１は、第１の座標算出手段としての座標算出部１３に供給される。なお、計測対象パターンが走査型電子顕微鏡から取得した画像などであって、ノイズや濃淡ムラなどの影響で一般的な画像処理方法で輪郭線の抽出が困難な場合には、特開２００３−２１６９５９号公報に記載されている方法などを用いて、計測対象パターンの輪郭線を抽出することができる。
【００２３】
座標算出部１３は輪郭線抽出部１２から供給された計測対象パターンの輪郭線ａ１上に位置する複数点の位置座標を算出するもので、この座標算出部１３で算出された位置座標は、差分距離算出手段としての差分距離算出部１５に供給される。
座標算出部１４は計測対象パターンと比較するためのリファレンスパターンの輪郭線ａ２（図３参照）を抽出し、抽出された輪郭線ａ２上に位置する複数点の位置座標を算出するもので、この座標算出部１４で算出された位置座標は、差分距離算出手段としての差分距離算出部１５に供給される。
なお、計測対象パターンのリファレンスパターンとしては例えばホールパターンの設計パターンなどが用いられ、リファレンスパターンは図示しないリファレンスパターン入力手段から座標算出部１４に入力される。
【００２４】
差分距離算出部１５は座標算出部１３で算出された計測対象パターンの位置座標と座標算出部１４で算出されたリファレンスパターンの位置座標との差分距離を算出するもので、差分距離の算出箇所を例えば図４に示すような複数の箇所ｃ１１，ｃ１２，ｃ１３，…に予め設定し、かつ計測対象パターンの輪郭線ａ１の対角線交点（図２に示す点ｂ１）とリファレンスパターンの輪郭線ａ２の対角線交点（図３に示す点ｂ１）とを基準点ｂ１として差分距離（基準点ｂ１から輪郭線ａ１，ａ２上の座標点までの距離の差）を算出するように構成されている。
【００２５】
また、差分距離算出部１５は、図４に示すように、差分距離を求める箇所ｃ１１，ｃ１２，ｃ１３，…の間隔が基準点ｂ１として一定角度θ１１，θ１２，…（図４では４５°）となるように差分距離を算出するように構成されている。
ラフネス値算出部１６は差分距離算出部１５で算出された差分距離に基づいて計測対象パターンのラフネス値を算出するもので、例えば図５に示す差分距離情報について標準偏差σの３σを計算してラフネス値を算出するように構成されている。なお、図５に示す差分距離情報は、差分距離算出部１５からラフネス値算出部１６に供給されるデータ数が９０個の場合を示している。
【００２６】
表示部１７はラフネス値算出部１６で算出されたラフネス値を表示するもので、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示機器から構成されている。
図６及び図７は本発明の一実施形態に係るホールラフネス定量化装置の作用を説明するためのフローチャートであって、上述したホールラフネス定量化装置１０を用いてホールパターンのラフネス値を測定する場合は、図６のステップＳ１に示されるように、まず、ラフネス測定の対象となる計測対象パターンをホールラフネス定量化装置１０の計測対象パターン入力部１１に入力する。
【００２７】
このとき、計測対象パターン入力部１１に入力された計測対象パターンは、その輪郭線ａ１がホールラフネス定量化装置１０の輪郭線抽出部１２で抽出され（ステップＳ２）、輪郭線抽出部１２で抽出された輪郭線ａ１上の複数点の位置座標がホールラフネス定量化装置１０の座標算出部１３で算出される（ステップＳ３）。また、このとき、ホールラフネス定量化装置１０の座標算出部１３では、リファレンスパターンにおける位置座標を算出する（ステップＳ４）。
【００２８】
座標算出部１３における位置座標の算出は、リファレンスパターンとして計測対象パターンの設計パターンを用いる。ここで、ホールの設計パターンは通常、角が９０度の矩形であるが、フォトマスク上の実パターンでは角が丸くなっているため、設計パターンの角に丸みをつけたものをリファレンスパターンとして図７に示すステップＴ１で入力する。そして、入力されたリファレンスパターンの輪郭線ａ２を図７に示すステップＴ２で抽出し、抽出された輪郭線ａ２上に位置する複数点の位置座標を図７に示すステップＴ３で算出する。
【００２９】
設計パターンの角の丸みは、ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）ソフトを用いて付加する。ホールは設計パターンの大きさや縦横比によってその角の丸み具合が異なるため、エッジラフネスを計測するパターンの角を予め計測して丸み具合を確認する。パターンの角は単純な円の弧に近い形状の場合もあれば、楕円の弧の形状になっている場合もある。ＣＡＤソフトを用いて設計パターンの角に丸みを付加する際には、この角の丸み具合の情報を利用する。例えば、パターンの角が円弧に近い場合には、コーナーの半径の情報を入力し、パターンの角が楕円の弧に近い場合には、コーナーの縦・横の長さを入力することで、実パターンと同様の角の丸みを持つ、理想的なリファレンスパターンを生成する。
【００３０】
図６に示すステップＳ４でリファレンスパターンの位置座標情報が生成されると、ホールラフネス定量化装置１０の差分距離算出部１５では、ステップＳ３で生成された計測対象パターンの位置座標情報とステップＳ４で生成されたリファレンスパターンの位置座標情報とを取り込み、計測対象パターンの位置座標情報とリファレンスパターンの位置座標情報との差分距離を算出する（ステップＳ５）。
【００３１】
このとき、差分距離算出部１５で算出された差分距離は、例えば図５に示すような差分距離情報としてホールラフネス定量化装置１０のラフネス値算出部１６に供給され、ラフネス値算出部１６では、差分距離算出部１５で算出された差分距離の情報に基づいてラフネス値（図５に示す差分距離情報のばらつき）を算出する（ステップＳ６）。
なお、図５に示す差分距離データを差分距離算出部１５からラフネス値算出部１６に供給した結果、ラフネス値算出部１６で算出されたラフネス値は６．０５ｎｍという値になった。
【００３２】
上述した本発明の一実施形態のように、計測対象パターンとリファレンスパターンの輪郭線から計測対象パターンのラフネスを定量化する際に、計測対象パターンの輪郭線上に位置する複数点の位置座標とリファレンスパターンの輪郭線上に位置する複数点の位置座標との差分距離を算出し、算出された差分距離に基づいて計測対象パターンのラフネス値を算出することにより、計測対象パターンやリファレンスパターンの輪郭線の重心位置を算出したり、算出した重心位置と輪郭線との距離を算出したりする必要がないので、フォトマスクなどに形成されたホールパターンのラフネスを定量化する際に定量化すべき箇所を人為的に指定したりすることなくラフネスを迅速に定量化することができる。
【００３３】
また、上述した本発明の一実施形態のように、リファレンスパターンの角に丸みを付けた後、リファレンスパターンの輪郭線を抽出することにより、抽出されたリファレンスパターンの輪郭線が計測対象パターンの輪郭線とほぼ一致した形状になり、これにより、図４に示すように、計測対象パターンの輪郭線の対角線交点ｂ１とリファレンスパターンの輪郭線の対角線交点ｂ１とを一致させて差分距離を算出できるので、フォトマスクなどに形成されたホールパターンのラフネスを正確に定量化することができる。
【００３４】
さらに、上述した本発明の一実施形態のように、計測対象パターンの輪郭線上に位置する複数点の位置座標とリファレンスパターンの輪郭線上に位置する複数点の位置座標との差分距離を算出する際に、計測対象パターンの輪郭線の対角線交点とリファレンスパターンの輪郭線の対角線交点とを基準点として差分距離を算出することで、差分距離を正確に算出できるので、フォトマスクなどに形成されたホールパターンのラフネスをより正確に定量化することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…ホールラフネス定量化装置
１１…計測対象パターン入力部
１２…輪郭線抽出部
１３…座標算出部
１４…座標算出部
１５…差分距離算出部
１６…ラフネス値算出部
１７…表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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