(57)【要約】【課題】像質評価装置の収差による測定誤差を低減することができ、像質評価装置を用いたパターン評価の精度向上をはかる。【解決手段】フォトマスクに形成されたパターンをウェハ上に転写する際のパターン像強度を求める像質評価装置を用いたパターン評価方法であって、像質評価装置の収差パラメータを取得する工程と（Ｓ２）、取得した収差パラメータを用いたリソグラフィシミュレーションにより、像質評価装置の収差の影響を含んだ、フォトマスクの非正常パターンの合否判定に用いる合否基準値を設定する工程と（Ｓ３）、像質評価装置を用い、フォトマスクの非正常パターンの像強度と該パターンに対応する正常パターンの像強度を取得する工程と、取得した二つの像強度の差が設定した合否基準値以内であるか否かを判定する工程（Ｓ４）を含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスクに形成されたパターンをウェハ上に転写する際のパターン像強度を求める像質評価装置の収差パラメータを取得する工程と、
前記取得した収差パラメータを用いたリソグラフィシミュレーションにより、前記像質評価装置の収差の影響を含んだ、前記フォトマスクの非正常パターンの合否判定に用いる合否基準値を設定する工程と、
前記像質評価装置を用い、前記フォトマスクの非正常パターンの像強度と該パターンに対応する正常パターンの像強度を取得する工程と、
前記取得した二つの像強度の差が前記設定した合否基準値以内であるか否かを判定する工程と、
を含むことを特徴とするパターン評価方法。
【請求項２】
前記像質評価装置の収差パラメータを取得する工程として、
前記フォトマスクに形成された収差量を算出するための特定パターンに対して前記像質評価装置より光強度分布を求め、この光強度分布から収差パラメータを算出し、
前記非正常パターンに対応する正常パターンに対して前記像質評価装置より光強度分布を求め、前記算出した収差パラメータを変えつつ前記正常パターンに対するリソグラフィシミュレーションを行い、該リソグラフィシミュレーションによる光強度分布が前記像質評価装置により得られる前記正常パターンに対する光強度分布と最も近くなった時の収差パラメータを取得することを特徴とする請求項１記載のパターン評価方法。
【請求項３】
前記合否基準値を設定する工程として、収差パラメータを加えていないリソグラフィシミュレーションにより前記非正常パターンに対応する第１の光強度分布を求め、収差パラメータを加えたリソグラフィシミュレーションにより前記収差パラメータを加えた時の前記非正常パターンに対応する第２の光強度分布を求め、第１の光強度分布から第１の欠陥の影響度を求めることにより、非正常パターンの欠陥サイズのしきい値を求め、そのしきい値に対応する第２の欠陥の影響度を第２の光強度分布から求め、第２の欠陥の影響度を合否基準値とすることを特徴とする請求項１記載のパターン評価方法。
【請求項４】
前記収差は、コマ収差と非点収差であり、前記収差パラメータは、リソグラフィシミュレーションの投影光学系のゼルニケ多項式を用いて設定することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のパターン評価方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のパターン評価方法により評価されたパターンを有することを特徴とするフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクの欠陥部や修正部に対するパターン評価方法に係わり、特にウェハ転写に用いる露光装置と同じ波長の光源や同じ光学系を持つ像質評価装置を用いたパターン評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、フォトマスクのパターン評価の一つに、フォトマスクの欠陥が生じているパターンを含む非正常部がウェハ転写時に与える影響を評価するものがある。このようなパターン評価は、主にフォトマスクの欠陥部修正過程において行われる。このとき、露光装置と同じ波長の光源や同じ光学系を持ち、ウェハ転写像を撮像し解析するＡＩＭＳ（Aerial Image Measurement System：Carl Zeiss社製）などの像質評価装置が用いられる。
【０００３】
評価に際しては、まずウェハ転写パターン像に生じた欠陥又は欠陥修正部などの非正常部の画像を像質評価装置で撮像する。そして、非正常部の画像と該非正常部に対応する正常部（非正常部から欠陥を取り除いた部分、又は非正常部から欠陥を取り除いた部分とパターン配置が近似している他の部分）の画像よりそれぞれの光強度分布を比較し、正常部に対する非正常部の透過率やウェハ転写される寸法などの変化量を算出し、その変化量がウェハリソグラフィー工程において許容範囲であるか否か判定し、パターン評価する。
【０００４】
このような評価方法において、像質評価装置で取得される画像は、理想的には現実にウェハ表面に到達する空間像と完全に一致することが望ましいが、様々な理由により実際には多少異なる画像となっている。その大きな要因として、装置の光学系の収差によるものがある。像質評価装置で非正常部のパターン評価をする際には、自動的にこれらの収差からくる誤差を含んだ測定を行っているが、検査装置である像質評価装置の収差は比較的小さな値であり、従来は殆ど問題となっていない。
【０００５】
しかし、パターンの微細化が進むにつれ収差の影響度は増し、パターン評価が困難となりつつある。収差を低減させるためには装置本体の改善が必要となり、個々のレンズ性能を上げるか、又は何等かの収差補正機構の調整を行っていくしかない。ところが、これらの収差はその影響度が無視できるほど小さくすることはできず、フォトマスクパターンによっては、収差の影響が顕著に現れる可能性がある。
【０００６】
なお、収差にはザイデル収差と呼ばれるものがあり、像質評価装置によりパターン評価を行う上で支配的な収差として、コマ収差や非点収差などがある。非点収差は光学系の水平方向と垂直方向の集光位置が異なる現象を起こし、マスクパターンの測定精度を欠く場合がある。コマ収差は光が結像面上で一点に集まらず、尾を引いたように扇状に結像する現象を引き起こし、マスクパターンエッジ部のサブピークのバランスが崩れることで観測されると言われている。これらの収差の影響により、例えば密に配置されたパターン部と比較的ラフに配置されたパターン部が接近している部分において、光強度分布の非対称性が生じ、パターン評価が困難になる。
【特許文献１】国際公開番号  ＷＯ２００４／０５９７１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、像質評価装置の収差による測定誤差を低減することができ、像質評価装置を用いたパターン評価の精度向上をはかり得るパターン評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係わるパターン評価方法は、フォトマスクに形成されたパターンをウェハ上に転写する際のパターン像強度を求める像質評価装置の収差パラメータを取得する工程と、前記取得した収差パラメータを用いたリソグラフィシミュレーションにより、前記像質評価装置の収差の影響を含んだ、前記フォトマスクの非正常パターンの合否判定に用いる合否基準値を設定する工程と、前記像質評価装置を用い、前記フォトマスクの非正常パターンの像強度と該パターンに対応する正常パターンの像強度を取得する工程と、前記取得した二つの像強度の差が前記設定した合否基準値以内であるか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、像質評価装置の収差を取得し、この収差を用いたリソグラフィシミュレーションによりパターンの合否基準値を設定することにより、像質評価装置の収差による測定誤差を低減することができ、像質評価装置を用いたパターン評価の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１１】
（実施形態）
まず、図１に示すように、フォトマスクとして、クォーツ（Ｑｚ）基板１１上に遮光膜１２によるラインアンドスペースパターンが形成されたマスクを準備する。このマスクに対し、マスク欠陥検査装置により欠陥（フォトマスクの設計データ又は描画データからの所望パターンと異なる形状をした部分を示し、非正常部と同意である）を検出し、欠陥の位置情報並びに欠陥画像データを取得する。これらの情報をもとに、露光装置と同じ波長の光源や同じ光学系（ＮＡ，σ，照明条件）を持つ像質評価装置により欠陥を含む非正常部の評価を行い、装置の収差の影響を含め、ウェハ転写への影響が無視できるか否かの合否判定を行う。この手順の詳細を、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００１２】
上記マスクを像質評価装置に入れ、ウェハ転写時の露光条件と同じになるように測定条件を設定する。適切な回転補正などを行った後、予め欠陥検査装置より入手したマスクの欠陥位置に移動する。その後、欠陥を中心として周囲１０μｍ角ほどの視野でウェハ転写時のパターン画像を撮像する（ステップＳ１）。但し、画像の大きさは、マスクパターンに応じて必要な領域の大きさに設定できる。また、非正常部の非正常パターンに対応する正常パターンも同様に画像を撮像し、非正常部及び正常部における図１のラインＡに対応する光強度分布を取得する。このとき、非正常部の画像内に正常パターンが存在するならば、非正常部の画像内より正常パターンの光強度分布を求めることができ、改めて正常部のパターンを撮像しなくてもかまわない。つまり、非正常部の画像内における欠陥の無い正常パターンの光強度分布から、非正常部に対応する正常部におけるパターンの光強度分布を予測することができる場合には、正常部のパターンの撮像を省略することができる。
【００１３】
なお、正常パターンに対してシミュレーションを行うのは、非正常パターンは設計データと異なるパターンで、非正常部は偶発的なものであるため、リソグラフィシミュレーションで評価することが難しいためである。
【００１４】
ここで、像質評価装置で得られる光強度分布は、図３に示すようなシミュレーションにより計算される理想的な光強度分布とはならず、図４に示すように、像質評価装置の収差の影響を含んだものとなる。即ち、像質評価装置で得られる光強度分布は理想的な光強度分布とは異なる分布を示すため、パターン評価が困難になる。そこで、次にリソグラフィシミュレーションにより像質評価装置の収差量を求める（ステップＳ２）。
【００１５】
まず、非点収差値のパラメータを取得する。非点収差は、縦方向と横方向のフォーカス位置の違いから生じる収差であるので、縦と横方向のフォーカス位置を同時に測定できる穴パターンを用いて収差値を取得する。図５に示すような０．５〜１μｍ程の穴パターンを有するマスクに対し、像質評価装置を用いてデフォーカスを複数点撮像する。図５の矢印Ａ，Ｂで示すような縦と横それぞれのコントラストを解析し、デフォーカス特性を図６のようにプロットする。図６よりコントラストが最も強いところがフォーカス位置となり、フォーカス位置の縦と横方向の差を算出する。画像面内のフォーカス位置が異なるのは、非点収差によるものであり、算出した差は像質評価装置の非点収差量となる。
【００１６】
図５に示す穴パターンと前記非点収差値の取得と同様な測定条件で、リソグラフィシミュレーションにより空間像の計算を行う。収差を何も考慮しない計算ではフォーカス位置のずれは生じない。ここで、リソグラフィシミュレーションの非点収差に相当するパラメータを変化させると、縦と横方向それぞれのフォーカス位置にずれが生じてくる。このずれが実測した像質評価装置の非点収差量と同じになるようパラメータを変えていき、実測値と一致するところのパラメータ値を求める。このとき、ゼルニケ多項式の第５項，第６項などの非点収差に関わる項をパラメータとして用いる。前記方法により、像質評価装置の非点収差の値をシミュレーション上で定量化し、この値を Asti とする。
【００１７】
次に、像質評価装置のコマ収差を算出するために、図７に示す４〜５μｍ程の正方形の穴パターンのような比較的単純な構造でコマ収差を算出できるマスクパターンを用いて、像質評価装置により画像を撮像し、図７上のラインＣとラインＤに対応する光強度分布を取得する。ラインＣは横方向、ラインＤは縦方向に影響するコマ収差値を求めるのに使用する。
【００１８】
コマ収差の影響により、図８に示すように、ラインＣの光強度分布のエッジ部のピーク１３，１４は左右非対称の形状となる。そこで、それぞれのピークの高さの差を算出する。次に、リソグラフィシミュレーションにより同様な穴パターンの空間像を計算する。ここで、コマ収差値を与えずに計算を行うと、図９のように得られた光強度分布の左右のピークは一致する。
【００１９】
コマ収差に関わるパラメータは、ゼルニケ多項式の第７項，１４項，２３項，３４項を使用する。但し、この他にコマ収差に関わるパラメータとして、ゼルニケ多項式の第８項，１５項，２４項，３５項があるが、縦方向に影響を及ぼす収差のためここでは使用しない。第７項，１４項，２３項，３４項のパラメータによる光強度分布の変化をそれぞれ計算する。その結果をもとに第７項の値を変化させ、実測値とほぼ同等なピークの差を生じさせる。第７項の値のみで実測値（図８）とシミュレーション値のピークが一致しないのならば、第１４項，第２３項、第３４項の順に各値を変化させ、像質評価装置にて測定したピーク差、形状を一致するように調整する。ここで得られたパラメータ値を Coma-X とする。
【００２０】
縦方向のラインＤの光強度分布においても、同じ方法を用いてシミュレーションよりコマ収差値を求める。但し、使用するパラメータは、ゼルニケ多項式の第８項，１５項，２４項，３５項である。ここで得られたパラメータ値を Coma-Y とする。
【００２１】
以上の方法で取得した収差パラメータをもとに、評価するパターンにより収差値の最終的な調整を行う。
【００２２】
まず、図１のパターンを用いて、像質評価装置の測定と同様な露光条件のもと、リソグラフィシミュレーションにより空間像の計算を実施し、図４に示す光強度分布を取得する。収差パラメータ Asti，Ｃoma-X，Coma-Y を入力して計算し、得られた光強度分布が、図４の実測値の光強度分布と一致しないならば、新たに収差パラメータを少し変え、微調整を行う。そして、最終的に得られた収差値を、収差パラメータＸとする。
【００２３】
収差パラメータＸの値は、露光条件（ＮＡ、シグマアパーチャー、瞳形状）やパターンの種類によって異なり、変動する。そのため、Asti、Coma-X、Coma-Y のような基本的な露光条件及びパターン種に基づく収差値をもとにして、露光条件やマスクパターン毎に収差値の調整を行う必要がある。
【００２４】
次に、収差パラメータＸを用いてパターン評価の合否基準値を設定する。（ステップＳ３）
マスク欠陥検査装置での欠陥画像又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの画像をもとに非正常部における欠陥の形状を抽出し、マスクの描画データに図示しない場所に不要な遮光膜が残って生じた残留欠陥１５であるのか（図１０）、或いは遮光膜が欠けて生じたいわゆる欠損欠陥１６（図１１）であるのかを判別する。さらに、欠陥がパターンに対してどの程度のものか大まかな欠陥サイズを測定する。
【００２５】
まず、欠陥が図１０に示すような残留欠陥である場合における、ウェハ転写像に対する欠陥部の誤差の範囲をシミュレーションにより算出する。図１０は、図１に示すライン＆スペースのパターン１２が配置された構造であり、パターン１２に残留欠陥が生じている。図１０のラインＥにおける光強度分布は観測する。その後、ラインＥ方向に欠陥のサイズを、マスクのパターンサイズに応じて変化させる。リソグラフィシミュレーションより複数のサイズについて誤差を算出し、欠陥の影響度の傾向をグラフに表す。
【００２６】
誤差は、正常部と比較した非正常部のウェハ転写後のパターン寸法の変化を、
｜正常部の寸法−欠陥部の寸法｜／正常部の寸法×１００（％）…（１）
で求める。図１２のグラフは、図１０に示すような欠陥によるウェハ転写後のパターン寸法の変化を求め、欠陥の大きさに対して正常部との誤差をプロットしたものである。但し、欠陥誤差の評価方法において、欠陥の場所やパターンの形状により評価する点が異なっても良く、又はパターンの寸法差や透過率の相対差などの評価方法を用いても良い。そして、図１２のグラフより、フォトマスクパターン上の欠陥が実際のウェハ転写に与える影響を実質的に無視し得る範囲として設定されている合否基準値１（mark-S1）を充たす欠陥サイズの閾値（Def-s1）を求める。
【００２７】
次に、収差パラメータＸを含んだ条件で欠陥１５による誤差を算出し、欠陥の影響度の傾向をグラフに表す（図１２の点線）。このとき、収差の影響を含む像質評価装置の実測値との比較を数点行うことで、収差の影響をより正確に考慮することができるため、パターン評価の精度が向上する。収差パラメータを含む状態において、 Def-s1 に対応する合否基準値２をmark-Aとする。
【００２８】
次に、図１０の欠陥が配置されているパターンと同じパターン上に、図１１に示すような欠損欠陥１６が配置されている場合にいて、収差の影響を加味した合否基準値２を設定する。
【００２９】
欠陥が図１１に示すような欠損欠陥１６を、前記と同様な方法にてシミュレーションより算出し、欠陥の影響度をグラフに表す（図１３）。図１３の実線が収差無しの条件となり、点線が収差値を含んだ条件のものとなる。図１３のグラフより、欠陥の影響がウェハ転写に無視し得る範囲として設定されている合否基準値１（mark-S2）を充たす欠陥サイズの閾値（Def-s2）を求める。そして、収差パラメータを含む状態において、Def-s2に対応した合否基準値２をmark-Bとする。
【００３０】
合否基準値を設定する際に、合否基準値１は収差がなく理想的にウェハへ転写する際の空中像に対し、合否基準値２は像質評価装置の収差値を含む空中像に対する欠陥の影響度の基準値であるが、欠陥の種類や位置、マスクパターンの大きさ、寸法や形状によって異なる値をとっても構わない。例えば、図１０に示す欠陥の誤差は収差の影響を受け、図１２に示すように理想的なウェハ転写時の合否基準値 mark-S1 より厳しい条件 mark-A となっている。しかし、図１１に示す欠陥の誤差は、図１３に示すように mark-S2 より緩い条件 mark-B となる。以上より、合否基準値２の設定は、収差の影響を考慮し基準値を厳しくするだけのものでなく、収差の影響に応じて欠陥の種類や位置、パターン位置などによって値を最適化していくものである。
【００３１】
このようにして、像質評価装置の収差の影響を含んだ合否基準値を設定することができる。次に、フォトマスク上の欠陥を含む非正常パターンに対して像質評価装置を用いたパターンの評価を行う。
【００３２】
先に説明したステップＳ１と同様に、欠陥検査装置より入手した欠陥の位置情報に基づいて、像質評価装置を用い欠陥を含む周囲１０μｍ角ほどのマスク領域を撮像して、非正常部の像強度を取得する。ここでは、欠陥が複数個あれば、全ての欠陥に対して像強度を取得する。そして、以下の合否判定を全ての欠陥に対して行う。
【００３３】
即ち、像質評価装置より取得した非正常部の欠陥部の光強度分布を用いて、正常部に対する欠陥部のウェハ転写後の寸法の変化（誤差）を前記式（１）より求める。前記方法にて得た合否基準値２（mark-A又はmark-B）より、欠陥による誤差の合否を判定する（ステップＳ４）。もし、誤差が合否基準値２を超え、非正常部の欠陥に対して修正を施すべきとなったとき、マスク欠陥修正装置により欠陥の修正を行う。その後、欠陥修正部を像質評価装置により再度測定し、合否基準値２（mark-A又はmark-B）を用いて欠陥が誤差範囲内かを判定することができる。
【００３４】
このように本実施形態によれば、像質評価装置の収差を取得し、この収差を用いたリソグラフィシミュレーションにより合否基準値を設定することにより、像質評価装置の収差による測定誤差を低減することができ、像質評価装置を用いたパターン評価の精度を向上させることができる。
【００３５】
また、装置の収差の誤差を含め厳しい合否基準値を設定することはなく、欠陥のパターン転写に与える影響が許容誤差の範囲に入っている部分にまで修正を施すというような余計な作業を省くことができる。
【００３６】
また、このような評価方法で合格と判定されたマスクを用いて、設計段階において設定された寸法、形状、及び配置通りに、許容できる誤差範囲内で高い精度のパターンが表面に形成されたウェハを得ることができる。この後、良く知られたダイシング工程、マウント工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程などを経て、所望の設計パターンが形成されたウェハを具備する半導体装置を得ることができる。即ち、半導体装置の製造方法に適用して、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００３７】
（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、フォトマスクとして透明基板上に遮光体のパターンを形成したものを例にしたが、遮光パターンを形成したものに限らず、半透明パターン（ハーフトーンパターン）を形成したものに適用することも可能である。さらに、像質評価装置の収差を取得する工程としては、コマ収差と非点収差に限らず、これら以外の収差パラメータも同時に取得するようにしても良い。
【００３８】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態に係る評価を行うフォトマスクパターンを示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係わるパターン評価方法を示すフローチャート。
【図３】図１のＡ線に沿ったリソグラフィシミュレーションより計算した光強度分布図。
【図４】図１のＡ線に沿った像質評価装置により測定した光強度分布図。
【図５】非点収差の測定に用いる穴パターンの模式図。
【図６】図５の矢印縦と横方向のコントラストのデフォーカス特性をプロットしたグラフ。
【図７】コマ収差の測定に用いる穴パターンの模式図。
【図８】図７のＢ線に沿ったリソグラフィシミュレーションにより計算した光強度分布図。
【図９】図７のＢ線に沿った像質評価装置により測定した光強度分布図。
【図１０】図１のマスクパターンに残留欠陥が生じたマスクパターンを示す摸式図。
【図１１】図１のマスクパターンに欠損欠陥が生じたマスクパターンを示す摸式図。
【図１２】図１０の残留欠陥のサイズに対して欠陥の誤差をプロットしたグラフ。
【図１３】図１１の欠損欠陥のサイズに対して欠陥の誤差をプロットしたグラフ。
【符号の説明】
【００４０】
１１…クォーツ（Ｑｚ）基板
１２…遮光膜
１３…穴パターンのエッジ部のピーク
１４…穴パターンのエッジ部のサブピーク
１５…残留欠陥
１６…欠損欠陥
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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