(57)【要約】【課題】照明強度分布のずれに関係なく安定した測定値を出力でき、光源輝点の位置調整に要していた時間と労力を低減できる寸法測定方法及び寸法測定装置を提供する。【解決手段】半導体露光用マスク１７上に形成されたパターンの画像を顕微鏡１１にて取得し、得られた画像から任意のパターンの寸法を測定する方法であって、上記顕微鏡の照明強度分布を取得し、得られた照明強度分布の最も平坦な位置を測定に用いる位置として決定し、前記測定に用いる位置に任意のパターンを移動して画像を取得し、得られた画像から前記パターンの寸法を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体露光用マスク上に形成されたパターンの画像を顕微鏡にて取得し、得られた画像から任意のパターンの寸法を測定する方法であって、
前記顕微鏡の照明強度分布を取得するステップと、
取得した前記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定するステップと、
前記測定に用いるべき照明強度分布の位置と前記任意のパターンとを相対的に移動し、決定した照明強度分布の位置で任意のパターンの画像を取得するステップと、
取得した画像から任意のパターンの寸法を測定するステップと
を具備することを特徴とする寸法測定方法。
【請求項２】
前記測定に用いるべき照明強度分布の位置は、前記顕微鏡における同心円状の照明強度分布の中心を含む位置であることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定方法。
【請求項３】
前記相対移動は、入力された前記任意パターンの位置座標に、測定に用いるべき照明強度分布の位置の相対距離を加えて算出されることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定方法。
【請求項４】
半導体露光用マスク上にパターンを形成する工程と、
前記半導体露光用マスク上に形成されたパターンの画像を顕微鏡にて取得する工程と、
前記顕微鏡の照明強度分布を取得する工程と、
取得した前記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定する工程と、
前記測定に用いるべき照明強度分布の位置と前記任意のパターンとを相対的に移動し、決定した照明強度分布の位置で任意のパターンの画像を取得する工程と、
取得した前記画像から前記任意のパターンの寸法を測定する工程と、
前記寸法測定結果に基づいて、前記半導体露光用マスク上に形成する、または前記半導体露光用マスク上に形成しているパターンを修正する工程と
を具備することを特徴とするマスクの製造方法。
【請求項５】
半導体露光用マスク上に形成されたパターンの画像を顕微鏡にて取得し、得られた画像から任意のパターンの寸法を測定する装置であって、
前記顕微鏡の照明強度分布を取得する手段と、
取得した前記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定する手段と、
前記測定に用いるべき照明強度分布の位置と前記任意のパターンを相対的に移動させる手段と、
前記決定した照明強度分布の位置で任意のパターンの画像を取得する手段と、
取得した画像から任意のパターンの寸法を測定する手段と
を具備することを特徴とする寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体露光用マスク上に形成されたパターンの寸法を測定する寸法測定方法、この寸法測定方法を用いたマスクの製造方法、及び上記寸法測定方法が適用される寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトマスク上に形成されたパターンの寸法を測定する装置として、光学顕微鏡が使用されている。その理由は、測定時にフォトマスクへダメージを与えないこと、同一位置を測定した際の繰り返し測定再現性が良好であること、などの利点があるからである。光学顕微鏡による従来の寸法測定方法の例としては、例えば特許文献１に記載されている方法が知られている。
【０００３】
ここでは、フォトマスク上に形成された遮光膜のないパターンの寸法を測定することを想定する。まず、光学顕微鏡にてパターンの画像を取得し、測定位置を含み測定方向に平行な直線上における像強度をプロットすることにより、像強度プロファイルを取得する。そして、この像強度プロファイルにおいて、所定のしきい値に達する位置間の距離を寸法測定値として出力する。
【０００４】
光学顕微鏡の照明強度分布は、ほぼ同心円状に広がった分布の中心が画像の中心と重なるように光源の輝点位置を調整し、強度の等高線をプロットして求める。
【０００５】
しかしながら、照明用ランプの経時変化や寿命等により光源の照明強度分布の中心にずれが生じると、照明強度分布の中心と画像の中心が一致しなくなる。この場合、像強度プロファイルの極大値と極小値が経時変化前と異なるため、上記相対値によって決定されたしきい値が示す寸法測定値は必ずしも一致せず、測定値のずれが発生する問題があった。
【０００６】
この問題を解消する従来技術としては、一定の周期で同一パターンの寸法を測定し、その寸法測定値が予め定めておいた許容範囲を外れた場合に、光源の輝点位置を調整する方法が一般的である。しかし、この従来の輝点位置調整には多くの時間と労力が必要であり、寸法測定装置の稼働率が著しく低下し、保守も極めて煩雑になる。
【特許文献１】特開平９−１９６６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、照明強度分布のずれに関係なく安定した測定値を出力でき、光源輝点の位置調整に要していた時間と労力を低減できる寸法測定方法、マスクの製造方法及び寸法測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によると、半導体露光用マスク上に形成されたパターンの画像を顕微鏡にて取得し、得られた画像から任意のパターンの寸法を測定する方法であって、前記顕微鏡の照明強度分布を取得するステップと、取得した前記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定するステップと、前記測定に用いるべき照明強度分布の位置と前記任意のパターンとを相対的に移動し、決定した照明強度分布の位置で任意のパターンの画像を取得するステップと、取得した画像から任意のパターンの寸法を測定するステップとを具備する寸法測定方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一態様によると、半導体露光用マスク上にパターンを形成する工程と、前記半導体露光用マスク上に形成されたパターンの画像を顕微鏡にて取得する工程と、前記顕微鏡の照明強度分布を取得する工程と、取得した前記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定する工程と、前記測定に用いるべき照明強度分布の位置と前記任意のパターンとを相対的に移動し、決定した照明強度分布の位置で任意のパターンの画像を取得する工程と、取得した前記画像から前記任意のパターンの寸法を測定する工程と、前記寸法測定結果に基づいて、前記半導体露光用マスク上に形成する、または前記半導体露光用マスク上に形成しているパターンを修正する工程とを具備するマスクの製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の更に他の一態様によると、半導体露光用マスク上に形成されたパターンの画像を顕微鏡にて取得し、得られた画像から任意のパターンの寸法を測定する装置であって、前記顕微鏡の照明強度分布を取得する手段と、取得した前記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定する手段と、前記測定に用いるべき照明強度分布の位置と前記任意のパターンを相対的に移動させる手段と、前記決定した照明強度分布の位置で任意のパターンの画像を取得する手段と、取得した画像から任意のパターンの寸法を測定する手段とを具備する寸法測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、照明強度分布のずれに関係なく安定した測定値を出力でき、光源輝点の位置調整に要していた時間と労力を低減できる寸法測定方法、マスクの製造方法及び寸法測定装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。  
図１は、本発明の実施形態に係るフォトマスクの寸法測定装置を示す概略図である。この寸法測定装置は、光学顕微鏡１１と画像処理装置２１で構成されている。光学顕微鏡１１は、ステージ１２、光源（照明用ランプ）１３、コンデンサレンズ１４、対物レンズ１５及びカメラ１６等を備えている。上記ステージ１２は、パターンが形成されたフォトマスク１７を載置するためのもので、任意の位置に移動可能に構成されている。上記光源１３、コンデンサレンズ１４及び対物レンズ１５は、上記フォトマスク１７を照明し且つこのフォトマスク１７上のパターンを上記カメラ１６のイメージセンサ（撮像素子）上に結像するための光学部品である。カメラ１６は、イメージセンサ上に結像した画像の光電変換を行うことにより、上記フォトマスク１７に形成されたパターンの画像データを取得する。
【００１３】
一方、上記画像処理装置２１は、位置決定部２２、記憶部２３、入力部２４、演算部２５、制御部２６、測定部２７及び出力部２８等を含んで構成されている。上記位置決定部２２は、照明強度分布の測定に用いる位置を決定する。上記記憶部２３は、測定に用いる位置と画像の相対位置関係を記憶する。また、この記憶部２３には、寸法測定のために画像処理装置２１内の各部を制御するためのプログラム命令も記憶されている。上記入力部２４は、操作者がフォトマスク上の任意パターンの位置座標を入力するためのものである。上記演算部２５は、任意のパターンの位置座標に相対距離を加える演算を行う。上記制御部２６は、上記記憶部２３に記憶されているプログラム命令に従って画像処理装置２１内の各部を制御するとともに、任意の座標に上記ステージ１２を移動させる制御を行う。上記測定部２７は、カメラ１６にて測定位置の像強度プロファイルを取得して得た画像データから、予め定められたしきい値を用いて任意のパターンの寸法を測定する。上記出力部２８は、寸法測定結果を外部に出力するものである。
【００１４】
次に、本発明の実施形態に係る寸法測定方法について図２のフローチャートにより詳しく説明する。
【００１５】
まず、操作者が寸法測定の対象となるパターンが形成されたフォトマスク１７をステージ１２上にセットする（ＳＴＥＰ１）。
【００１６】
次に、上記ステージ１２を、上記フォトマスク１７における周囲の十分に広い範囲内に遮光膜が存在しない位置に移動させる（ＳＴＥＰ２）。測定対象のフォトマスク１７にそのような領域が存在しない場合は、ステージ１２上に他のフォトマスクを載せて移動させることで代用しても良い。
【００１７】
移動後、カメラ１６にてフォトマスク１７の画像を取得し、このカメラ１６の各画素に対する光強度をプロットすることによって、図３に破線で示すようなほぼ同心円状の照明強度分布を取得する（ＳＴＥＰ３）。
【００１８】
そして、得られた照明強度分布にて、隣接する画素との強度の差が最も小さくなる画素の位置を求める。イメージセンサの受光面に格子状に配置された画素で検出される光の強度分布は、所定の光強度の範囲に収まる画素をサンプリングしてプロットするとほぼ同心円状になる。該照明強度分布の中で、光強度が高く且つ隣接する画素間の光強度の差が小さい（平坦な）位置３１を求め、この平坦な位置３１を測定に用いるべき照明強度分布の位置として決定する（ＳＴＥＰ４）。上記平坦な位置３１を求める際には、例えばカメラ１６のイメージセンサにおける画素間の光強度のデータを微分する。そして、測定に用いるべき照明強度分布の位置３１と画像中心との相対位置関係を上記記憶部２３に記憶させる。
【００１９】
次に、寸法測定装置の操作者は、入力部２４から測定対象のパターンの位置座標を入力する（ＳＴＥＰ５）。
【００２０】
引き続き、演算部２５で測定を行うパターンの座標に相対距離を加える計算を行い、制御部２５の制御で得られた座標にステージ１２を移動させることにより、測定対象のパターン３２を測定に用いる位置に移動させる（ＳＴＥＰ６）。これによって、図４に示すように、測定に用いるべき照明強度分布の位置３１と測定対象の任意のパターン３２（右下がりの斜線で示す）が重なった状態になる。
【００２１】
ステージ１２の移動後、カメラ１６にてフォトマスク１７上に形成されたパターンの画像を取得し、測定位置を含み且つ測定方向に平行な直線上の像強度をプロットする。フォトマスク１７上のパターンが、図５に示すように遮光膜３３−１，３３−２で挟まれたスリット状の領域３４と仮定すると、破線３５に沿った方向の像強度プロファイルは図６に示すようになる。上記像強度プロファイルの極大値Ｐｍａｘを１００％、極小値Ｐｍｉｎを０％としたとき、例えばしきい値Ｐｔｈを５０％の位置に設定する。上記測定部２７により像強度プロファイル上にて像強度がしきい値Ｐｔｈに達する位置間の距離ΔＬによって寸法測定値を取得し、得られた寸法測定結果を出力部２８から外部に出力する（ＳＴＥＰ７）。
【００２２】
続いて、他に測定パターンがあるか否か判定し（ＳＴＥＰ８）、ある場合はＳＴＥＰ５に戻り、他の測定パターンの位置座標を入力し、このＳＴＥＰ５からＳＴＥＰ８の動作を繰り返す。
【００２３】
そして、他に測定パターンがないと判定されると、操作者はフォトマスク１７をステージ１２より取り出し（ＳＴＥＰ９）、測定が終了する。
【００２４】
このような寸法測定方法及び寸法測定装置によれば、寸法測定前に予め光源１３の照明強度分布を測定し、照明強度分布が最も平坦な位置で測定を行うので、経時変化や寿命等により光源１３の輝点位置にずれが生じても、照明強度分布の中心を画像の中心と一致させることができる。よって、像強度プロファイルの極大値と極小値を経時変化の前後で実質的に等しくできる。このため、相対値によって決定されたしきい値が示す寸法測定値を一致させることができ、測定値のずれを防止できる。
【００２５】
従って、照明強度分布のずれに関係なく安定した測定値が得られ、光源輝点の位置調整に要していた時間と労力を低減できる。
【００２６】
すなわち、本発明の実施形態に係る寸法測定方法は、半導体露光用マスク上に形成されたパターンの画像を顕微鏡１１にて取得し、得られた画像から任意のパターンの寸法を測定する方法であって、上記顕微鏡１１の照明強度分布を取得するステップ（ＳＴＥＰ１，ＳＴＥＰ２，ＳＴＥＰ３）と、取得した上記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定するステップ（ＳＴＥＰ４）と、上記測定に用いるべき照明強度分布の位置と上記任意のパターンとを相対的に移動し、決定した照明強度分布の位置で任意のパターンの画像を取得するステップ（ＳＴＥＰ５，ＳＴＥＰ６）と、取得した画像から任意のパターンの寸法を測定するステップ（ＳＴＥＰ７）とを具備する。
【００２７】
また、本発明の実施形態に係る寸法測定装置は、半導体露光用マスク上に形成されたパターンの画像を顕微鏡１１にて取得し、得られた画像から任意のパターンの寸法を測定する装置であって、上記顕微鏡１１の照明強度分布を取得する手段（カメラ１６）と、取得した上記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定する手段（位置決定部２２）と、上記測定に用いるべき照明強度分布の位置に上記任意のパターンを相対的に移動させる手段（ステージ１２、制御部２６）と、上記任意のパターンの画像を取得する手段（カメラ１６）と、取得した画像から任意のパターンの寸法を測定する手段（演算部２５、測定部２７）とを具備する。
【００２８】
なお、上記実施形態では、画像処理装置２１を専用のハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、例えばパーソナルコンピュータを用いてソフトウェアで実現することもできる。パーソナルコンピュータを用いる場合には、入力部２４がキーボードやマウス、記憶部２３がハードディスクや半導体メモリ、出力部２８がモニタやプリンタ等に対応する。また、位置決定部２２、制御部２６及び測定部２７はＣＰＵに対応し、演算部２５はＡＬＵに対応する。そして、プログラム命令を記憶部２３に記憶し、当該プログラム命令に従ってカメラ１６で取得した画像を処理することによりマスクパターンの寸法を測定する。
【００２９】
上記パーソナルコンピュータに実行させるプログラム命令は、図８のフローチャートに示すように、顕微鏡１１の照明強度分布を取得するステップ（ＳＴＥＰ１１）と、取得した上記照明強度分布に基づいて測定に用いる位置を決定するステップ（ＳＴＥＰ１２）と、半導体露光用マスク上に形成された任意のパターンを上記測定に用いる位置に移動するステップ（ＳＴＥＰ１３）と、上記顕微鏡１１で画像を取得するステップ（ＳＴＥＰ１４）と、取得した画像から任意のパターンの寸法を測定するステップ（ＳＴＥＰ１５）とを具備する。
【００３０】
このようなプログラム命令をコンピュータ読み取り可能記録媒体に記録し、この記録媒体のプログラム命令を上記記憶部２３に記憶させることで、パーソナルコンピュータを画像処理装置２１として利用することができる。
【００３１】
また、上述した寸法測定方法及び寸法測定装置は、半導体装置の製造工程におけるフォトマスクの製造に適用できる。本実施形態に係るマスクの製造方法は、上記マスクパターンの寸法測定方法及び寸法測定装置を用いるマスクを製造する方法であって、図９のフローチャートに示すように、半導体露光用マスク上にパターンを形成する工程（ＳＴＥＰ２０）と、上記顕微鏡１１の照明強度分布を取得する工程（ＳＴＥＰ２１，ＳＴＥＰ２２，ＳＴＥＰ２３）と、取得した上記照明強度分布に基づいて、測定に用いるべき照明強度分布の位置を決定する工程（ＳＴＥＰ２４）と、上記測定に用いるべき照明強度分布の位置と上記任意のパターンとを相対的に移動し、決定した照明強度分布の位置で任意のパターンの画像を取得する工程（ＳＴＥＰ２５，ＳＴＥＰ２６）と、取得した上記画像から上記任意のパターンの寸法を測定する工程（ＳＴＥＰ２７）と、上記寸法測定結果に基づいて、上記半導体露光用マスク上に形成されるパターンの設計データを補正する工程（ＳＴＥＰ２８，ＳＴＥＰ２９）とを具備する。あるいは上記寸法測定結果に基づいて、上記半導体露光用マスク上に形成されているパターンを修正しても良い。
【００３２】
その後、フォトマスクをステージから取り出し（ＳＴＥＰ３０）、パターニングの対象となる半導体基板、絶縁膜、金属膜あるいはポリシリコン層にフォトレジストを塗布し（ＳＴＥＰ３１）、このフォトマスクを用いて露光を行い、現像してレジストパターンを形成する（ＳＴＥＰ３２）。そして、上記レジストパターンをマスクに用いてパターニング対象をエッチングする。
【００３３】
次に、上述した各実施形態の変形例について説明する。
【００３４】
図２に示したフローチャートにおけるＳＴＥＰ４にて測定に用いる位置を決定した後、該測定に用いる位置と画像中心が一致するように光源１３を移動させることにより、ＳＴＥＰ６にて測定を行うパターンの座標に該相対距離を加えた座標の代わりに、ＳＴＥＰ５にて入力された座標をそのまま用いることも可能である。
【００３５】
また、上記ＳＴＥＰ４にて、照明強度分布の最も平坦な位置を測定に用いる位置に決定したが、該照明強度分布の最大強度を示す画素の位置を測定に用いる位置として決定することも可能である。
【００３６】
更に、上記実施形態では、フォトマスクを例にとって示したが、電子線露光用マスクなど、半導体露光用マスク全般に適用することが可能である。
【００３７】
上述したように、本発明の一つの側面によれば、照明強度分布のずれに関係なく安定した測定値を出力でき、光源輝点の位置調整に要していた多大な時間と労力を低減できる寸法測定方法、マスクの製造方法及び寸法測定装置が得られる。
【００３８】
以上実施形態を用いて本発明の説明を行ったが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも一つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも一つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るフォトマスクの寸法測定装置を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態に係るフォトマスクの寸法測定方法を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施形態に係るフォトマスクの寸法測定方法について説明するためのもので、フォトマスクにおけるステージの移動位置について説明するための図。
【図４】本発明の実施形態に係るフォトマスクの寸法測定方法について説明するためのもので、取得した照明強度分布について説明するための図。
【図５】フォトマスク上のパターン例を示す平面図。
【図６】カメラで取得した像強度プロファイルを示す図。
【図７】本発明の実施形態に係るコンピュータ読み取り可能記録媒体について説明するためのもので、パーソナルコンピュータに実行させるプログラム命令の一例を示すフローチャート。
【図８】本発明の実施形態に係るマスクの製造方法について説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００４０】
１１…光学顕微鏡、１２…ステージ、１３…光源（照明用ランプ）、１４…コンデンサレンズ、１５…対物レンズ、１６…カメラ、１７…フォトマスク、２１…画像処理装置（パーソナルコンピュータ）、２２…位置決定部、２３…記憶部、２４…入力部、２５…演算部、２６…制御部、２７…測定部、２８…出力部。
【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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【図８】
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