フォトマスクのパターン寸法測定方法およびフォトマスク
【課題】ＳＥＭによるマスクパターン計測値を実際のマスクパターン転写に適応した値に補正することで、マスク転写特性の予想やＯＰＣの調整を正確に行い、実用的に信頼性が高いフォトマスクのパターン寸法測定方法およびフォトマスクを提供する。
【解決手段】ＳＥＭで測定するフォトマスクのパターン寸法測定方法であって、各パターン寸法における回折光強度を測定するステップと、前記パターンをＳＥＭで測定して測長値を得るステップと、電磁場解析シミュレーションを行い、回折光強度のシミュレーション値を得るステップと、前記回折光強度測定と前記シミュレーションとから算出されたパターン寸法値と前記ＳＥＭで測定した測長値とのオフセット量から補正値を決定するステップと、前記補正値を前記ＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用するステップと、を含むことを特徴とする。
【解決手段】ＳＥＭで測定するフォトマスクのパターン寸法測定方法であって、各パターン寸法における回折光強度を測定するステップと、前記パターンをＳＥＭで測定して測長値を得るステップと、電磁場解析シミュレーションを行い、回折光強度のシミュレーション値を得るステップと、前記回折光強度測定と前記シミュレーションとから算出されたパターン寸法値と前記ＳＥＭで測定した測長値とのオフセット量から補正値を決定するステップと、前記補正値を前記ＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影露光による半導体リソグラフィの光転写技術に使用されるフォトマスクのパターン寸法を走査型電子顕微鏡で計測するフォトマスクのパターン寸法測定方法およびフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
微細パターンを有する半導体デバイスを形成するためのフォトマスク（以後、単にマスクとも記す）は、原版としてのパターン線幅の微細化と共に高精度化が求められ、ゲートパターン線幅などの重要寸法はＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）として厳密に管理されている。マスクパターンの微細化が進んだ今日では、フォトマスクの微小寸法測定は走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）が一般的に用いられ、測長用の走査型電子顕微鏡はＣＤ−ＳＥＭとも呼ばれている（以後、本発明ではＳＥＭと記す）。ＳＥＭ画像からのエッジ検出手法は、測長再現性を高めることを求めてＳＥＭの機種ごとに様々であり、マスク寸法（マスクＣＤとも記す）を絶対的に正しく評価することはあまり重要視されていない。したがって、実際には転写結果に対して整合性が取れるようにオフセット値を決めている。また、ＳＥＭの寸法のキャリブレーションはピッチが保証されたサンプルで行われ、パターン線幅の測長に対しての絶対的な基準は無いのが実情である。
【０００３】
ＳＥＭを用いたパターンの測長においては、ＳＥＭの一次電子ビームに広がりがあることや、照射点近傍の表面から出る電子の散乱により二次電子が放出される領域に広がりがあること、ビーム走査信号がばらつくことなどの様々な原因によって、二次電子信号は電気的・数値的に変調を受ける。このため、現実にエッジ部分の信号には広がりが生じてしまう。
【０００４】
その結果、従来のＳＥＭによる計測では、ライン形状を示す輝線の外側をエッジとして検出してしまい、実際のパターンエッジよりも数ｎｍ〜数１０ｎｍだけ外側にある箇所をエッジと定義してしまうことも生じている。また、これらの現象はパターンの高さや幅、その断面形状、一次電子ビームの照射条件、パターンの材質などによっても変動する。特に、微細化が進む半導体やフォトマスクのパターンの計測では、パターンの断面形状における寸法計測位置が重要になっている。
【０００５】
一方、上記のエッジ近傍の信号を変調させる要因を補正し、ＳＥＭによるパターン寸法の信頼性を高めるためにいくつかの測定方法が提案されている。例えば、高密度のライン／スペースパターンではＳＥＭ画像においてラインとスペースの判別が困難となることが指摘され、ＳＥＭの測長用の新しいアルゴリズムが提案されている（非特許文献１参照）。非特許文献１には、無限小でないガウシアン分布のビーム径を持つＳＥＭのプロファイルはパターンエッジより外側でピークの傾きを持つという図解が示されている。また、隣接パターンとの距離によりＳＥＭ寸法値が変化する問題を解決するため、ＳＥＭプロファイルからのエッジ検出アルゴリズムが提案されている（特許文献１参照）。さらに、ウェハ上のレジスト測長に関して、断面形状変化に伴うＳＥＭ画像の変化をデータベースとして、レジストとウェハの接点に合うように測長結果を補正する半導体パターン計測方法が提案されている（特許文献２参照）。また、パターン側壁の傾斜角によるパターン寸法の計測誤差がパターン断面形状およびアルゴリズムに依存して変化していることが示されている（非特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３５１２６２１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５６４３６号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ６３４９，６３４９４１−１〜６（２００６）
【非特許文献２】Ｊ．Ｓ．Ｖｉｌｌａｒｒｕｂｉａ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ５０３８，ｐｐ．１３８−１４９（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１および２、非特許文献１および２のいずれの方法を用いるにしろ、パターンの微細化とともにマスク寸法の変化に対して、フォトマスクを用いたウェハへのパターン転写におけるウェハ上のコントラストやマスク誤差増大因子（Ｍａｓｋ Ｅｒｒｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆａｃｔｏｒ；以後、ＭＥＥＦと記す）などの転写特性の変化が大きくなるという問題が生じていた。上記のように、ＳＥＭが検出するエッジにより得られた測定値が、実際のフォトマスクパターンの膜構造のどこに相当しているかが不明瞭であるために、シミュレーションで最適とされたマスクの設計値が、実際のマスクの寸法がずれているために最適とならないといった問題が起きていた。従来、マスクＣＤのずれは、ウェハ転写工程での露光量の見積もりずれ程度の影響で済んでいたが、ウェハ上のハーフピッチ４５ｎｍ以降においては、マスクＣＤによってウェハ転写工程でのコントラスト、ＭＥＥＦなどの転写特性の変化が非常に厳しくなっている。
【０００７】
例えば、図１３は、透過率６％のハーフトーンフォトマスク（ＨＴ）でライン／スペースパターンを形成し、ウェハ上のハーフピッチ（ｈｐで表わす）４５ｎｍ、ライン幅４０ｎｍを目標とした場合（マスク上での目標寸法は１６０ｎｍ）、ＳＥＭによるマスクＣＤの読み取り値に誤差が生じた場合、フォトマスクの転写性能を示すコントラストとＭＥＥＦに与える影響の程度を、本発明者がシミュレーションにより評価した図である。図１３（ａ）は、ライン（１３１）／スペース（１３２）パターンを有するマスクの平面模式図、図１３（ｂ）はマスクのＳＥＭ写真であり、ライン幅の読み取り値を３通り（ｘ−１〜ｘ−３）に変えた場合について、コントラストとＭＥＥＦ値を求めた。
【０００８】
図１３（ｃ）はシミュレーションによる評価結果であり、ｘ軸がウェハ寸法に換算されたマスクのライン寸法、左のｙ軸がウェハ上のコントラスト、右のｙ軸がＭＥＥＦ値である。図１３（ｃ）が示すように、ＳＥＭ読み取り値が目標通りのウェハ上のパターン寸法の４０ｎｍ（ｘ−２）であるならば、ＭＥＥＦ値は２．５となるが、もしもＳＥＭ読み取り誤差が＋１０ｎｍ大きくなると（ｘ−１）、ＭＥＥＦ値は３となり、逆に、ＳＥＭ読み取り誤差が−１０ｎｍと小さくなると（ｘ−３）、ＭＥＥＦ値は２．１となってしまう。上記のように、フォトマスクのパターン寸法の読み取り誤差は、ＭＥＥＦなどのウェハ転写評価の誤った判断につながってしまうという問題があった。
【０００９】
また、光近接効果補正（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；以後、ＯＰＣと記す）のためにシミュレーションを行い、転写実験からさらにマスク設計の調整をしようとした場合、パターン寸法の読み取り誤差のためにマスク寸法をシミュレーション上からずれて見積もっていると、マスク設計の変更が予想通りの転写結果にならず、マスクの設計コストや時間がさらに増え、設計負荷が増大してしまうという問題があった。
【００１０】
上記の問題点に対して、パターン寸法をＳＥＭで測定したフォトマスクを用いてウェハ露光実験を実際に行い、その結果に基づいてＳＥＭ測定値を補正する方法は、露光装置の性能、レジスト特性、プロセス安定性、寸法測定精度などのプロセス要因に大きく左右され、客観性・信頼性に欠け、さらに時間、コストもかかってしまうという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＳＥＭによるマスクパターン計測値を実際のマスクパターン転写に適応した値に補正することで、マスク転写特性の予想やＯＰＣの調整を正確に行い、実用的に信頼性が高いフォトマスクのパターン寸法測定方法および上記のパターン寸法測定方法を用いてパターンの品質保証をしたフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、投影露光に用いられるフォトマスクのパターン寸法を走査型電子顕微鏡で測定するフォトマスクのパターン寸法測定方法であって、前記投影露光と同じ波長の照明光により前記投影露光で用いられる範囲内の入射角度で、前記フォトマスクのライン／スペースのパターンを照明して各パターン寸法における回折光強度を測定するステップと、前記ライン／スペースのパターンを前記走査型電子顕微鏡で測定して測長値を得るステップと、前記回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得るステップと、前記回折光強度測定と前記電磁場解析シミュレーションとから算出されたパターン寸法値と前記走査型電子顕微鏡で測定した測長値とのオフセット量から前記走査型電子顕微鏡で測定したパターン寸法の補正値を決定するステップと、前記補正値を前記走査型電子顕微鏡で測定した他のパターン寸法値に適用するステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、請求項１に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法において、前記回折光強度の測定において、前記ライン／スペースのパターンが、前記照明光の入射領域内で単一ピッチ、単一線幅の繰り返しパターンであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、請求項１または請求項２に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法において、前記回折光のうち少なくとも０次光と１次光の回折光強度の測定をリソグラフィシミュレーション顕微鏡で行うことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法において、前記電磁場解析シミュレーションをあらかじめ行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得てデータベース化し、前記データベース化したシミュレーション値を前記電磁場解析シミュレーションのシミュレーション値として用いることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、前記投影露光のプロセス条件および前記フォトマスクの製造条件に変更がない限りにおいて、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法により決定された前記補正値を、前記走査型電子顕微鏡を用いた他のフォトマスクの同一のパターンの寸法測定の補正値として用いることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６の発明に係るフォトマスクは、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法により前記フォトマスク面内のパターンのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量が所定の基準値内に入るかどうかを検証することで、前記フォトマスク面内のパターンの断面形状および光学特性を品質保証したことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７の発明に係るフォトマスクは、請求項６に記載のフォトマスクにおいて、前記オフセット量が、前記フォトマスク面内の５箇所以上で算出されたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法によれば、ウェハ転写条件と同じ波長の照明光によりウェハ転写で用いられる範囲の入射角度で、フォトマスクのパターンを照明して回折光強度を測定することにより、フォトマスクの断面形状による誤差などのうち転写に影響するものだけを含んだ実効的なマスク寸法を得ることが可能となり、本発明のパターン寸法測定方法を用いてＳＥＭ測長値を補正することで、マスク転写特性の予想やＯＰＣの調整を正確に行うことが可能となる。
【００２０】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法は、従来のようにマスク断面を切断し、その断面形状を調べるような困難な作業が不要となり、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法によりマスク面内のオフセット量を算出し、所定の基準値と比較することにより、従来は保証されていなかったマスクパターンの断面形状や遮光膜や位相シフト膜の光学特性をも品質保証したフォトマスクを提供することが可能となる。
【００２１】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いたパターンを有するフォトマスクは、ウェハへのパターン転写において正確なコントラストやＭＥＥＦ値を得ることが可能となり、その結果、ウェハ転写露光工程における品質、生産性を向上させるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（フォトマスクのパターン寸法測定方法）
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法の工程の一例を示すフロー図である。先ず、寸法測定すべきパターンを有するフォトマスクを準備する。パターンとしては、複数種類のピッチ、線幅の組合せがある通常の半導体用フォトマスクのライン／スペースのパターンが用いられる。それぞれの測定では、照明光の入射領域内でライン／スペースのパターンが単一ピッチ、線幅の繰り返しパターンであることが、回折光の解析を複雑にすることが無くより好ましい。
【００２４】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法の一例としての図１に示す工程は、先ず投影露光と同じ波長の照明光により投影露光で用いられる範囲内の入射角度で、フォトマスクのライン／スペースのパターンを照明し、各パターン寸法における回折光強度を測定する（第１のステップ）。回折光強度の測定は、リソグラフィシミュレーション顕微鏡あるいはエリプソメータを用いて行うことができるが、リソグラフィシミュレーション顕微鏡が種々の条件設定が容易でより好ましい。本発明の好ましい形態としては、ライン／スペースパターンによる回折光のうち少なくとも０次光と１次光の回折光強度の測定をリソグラフィシミュレーション顕微鏡で行うものである。リソグラフィシミュレーション顕微鏡としては、例えば、エアリアルイメージ測定システム（Ａｅｒｉａｌ Ｉｍａｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：以後、ＡＩＭＳ（登録商標）と記す）が挙げられる。本発明においては、ＡＩＭＳを用いた実施形態について述べる。
【００２５】
図２は、フォトマスクのライン／スペ−スパターンによる回折光の強度測定に用いたリソグラフィシミュレーション顕微鏡（ＡＩＭＳ）の光学系の概略説明図であり、コノスコープ観察が可能な透過型顕微鏡である。照明用光源としてはウェハ投影露光と同じ露光波長の光源が用いられ、本発明ではＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いた。図２に示すように、照明系に実際のウェハ投影露光で用いられる二重極、四重極、輪帯などの瞳フィルタの一部に相当する位置にσアパーチャ２１（図２はモノポールの場合を示す）を用いることによって、実際のウェハ投影露光で用いられる範囲内の入射角度で照明し、ＣＣＤもしくはフォトディテクターよりなる光検出部２５により回折光の強度を測定した。通常のＡＩＭＳの光学系ではウェハ転写像がそのまま出力されるが、本発明ではベルトランズレンズ２４を挿入することにより回折光の強度測定を可能としている。光検出部２５は、照明光の入射角、マスクパターンのピッチなどに応じて位置を変えることができる。
【００２６】
次に、上記のフォトマスクの回折光強度測定と同じ領域のライン／スペースパターンをＳＥＭで測定して測長値を得る（第２のステップ）。
【００２７】
次に、上記の回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得る（第３のステップ）。マスクパターンの転写特性を見積もるためのシミュレーション・ソフトウェアとしては、例えば、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Ｐａｎｏｒａｍｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）が用いられ、また、フォトマスクの三次元電磁界シミュレーションにはＴＥＭＰＥＳＴｐｒ２（ＥＭ−Ｓｕｉｔｅオプション）によるＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する。）で、Ｎｏｎ−ｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔモデルを用いることにより回折光強度のシミュレーション値が得られる。
【００２８】
本発明において、電磁場解析シミュレーションは独立した工程であり、本発明の別な実施形態においては、上記の第１のステップのリソグラフィ顕微鏡などによる回折光強度測定、第２のステップのＳＥＭ測定および第３のステップの電磁場解析シミュレーションの順番をそれぞれ入れ替えることも可能である。例えば、回折光強度測定、電磁場解析シミュレーション、ＳＥＭ測定の順番、あるいは電磁場解析シミュレーション、回折光強度測定、ＳＥＭ測定の順番、あるいはＳＥＭ測定、回折光強度測定、電磁場解析シミュレーションの順番などが例示できる。しかし、通常、ＳＥＭ測定を行うと清浄なマスク表面が汚染されるおそれがあるので再度洗浄しないと光学測定に適さないことがある。したがって、ＳＥＭ測定は回折光強度測定の後に行う方がより好ましい。
【００２９】
上記のように、電磁場解析シミュレーションは独立した工程であるので、別な実施形態として、電磁場解析シミュレーションをあらかじめ行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得てデータベース化しておき、このデータベース化したシミュレーション値を電磁場解析シミュレーションのシミュレーション値として用いることも可能である。
【００３０】
次に、上記の回折光強度測定および電磁場解析シミュレーションとから算出されるパターン寸法値とＳＥＭによる測長値とのオフセット量からＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を決定する（第４のステップ）。
【００３１】
次いで、上記の補正値をＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用する（第５のステップ）ことにより、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いた実用的なフォトマスクが得られる。
【００３２】
本発明の別な実施形態として、フォトマスクを使用する投影露光のプロセス条件およびフォトマスクのパターンの膜質や断面形状に影響するマスク製造条件に変更がない限りにおいて、上記のフォトマスクのパターン寸法測定方法により決定された補正値を、同じ走査型電子顕微鏡を用いた他のフォトマスクの上記の補正値を算出したパターンと同一のパターンの寸法測定の補正値として用いることができる。
【００３３】
（フォトマスク）
次に、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法によりパターンの品質を保証したフォトマスクについて説明する。
【００３４】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法において、１枚のフォトマスクの面内数箇所で各々のパターンのオフセット量が異なるということは、投影露光のプロセス条件およびマスク製造条件を同じくしているのだから、オフセット量の差異はパターンの断面形状、あるいは遮光膜や位相シフト膜の光学特性が異なるということを意味するものである。
【００３５】
従来、マスクパターンの断面形状を調べるに際し、実際に露光に使用するマスクを事前に切断して調べることはできなかった。仮に、マスクを切断してその断面形状を調べようとしても、マスクのように厚い材料を正確に切断するのは困難であった。本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法は、マスク断面を切断し、その断面形状を調べるような困難な作業が不要となり、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法によりマスク面内のオフセット量を算出し、所定の基準値と比較することにより、従来は保証されていなかったマスクパターンの断面形状や遮光膜や位相シフト膜の光学特性をも品質保証したフォトマスクを提供することが可能となる。上記の所定の基準値としては、あらかじめパターン寸法を測定して得られた数値を基準にして設定すればよい。
【００３６】
上記のオフセット量を測定する箇所としては、オフセット量のマスク面内分布を把握するために、フォトマスク面内の５箇所以上で算出するのが好ましい。例えば、面内中央と左右の上下の計５箇所などが示される。
以下、実施例によりさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）ハーフトーンマスク
測定対象のフォトマスクとして、モリブデンシリサイド系６％ハーフトーンマスク（ブランクスはＨＯＹＡ社製商品名Ａ６１Ａを使用）を用意した。このマスクは測長評価用として、２７×２７μｍのチップ領域にウェハ上の寸法に換算してハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍ〜７０ｎｍの１：１のライン／スペースパターンが複数形成されたものである。
【００３８】
先ず、リソグラフィシミュレーション顕微鏡（カールツァイス社製ＡＩＭＳ４５−１９３ｉ）を用い、照明用光源としてはウェハ投影露光と同じ露光波長の光源として、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いた。ハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースパターンを測定対象の中心にして、照明系は、実際のウェハ転写条件と同じ照明光の入射条件として、クォードラポールの瞳フィルタを用いた場合に相当する位置にモノポールの瞳フィルタを設置し、照明光を入射し、光検出部にＣＣＤを用いて回折光の強度を測定した。
【００３９】
次に、上記のフォトマスクの回折光強度測定に用いたハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースパターンをＳＥＭで測定して測長値を得た。ＳＥＭは製造メーカ、装置ごとにオフセット量が異なるが、本実施例で用いたＳＥＭはＫＬＡ８１００ＸＰＲ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）である。以下の実施例においても同じＳＥＭを用いた。
【００４０】
次に、上記の回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得た。シミュレーション・ソフトウェアとしては、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Ｐａｎｏｒａｍｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いた。また、フォトマスクの三次元電磁界シミュレーションにはＴＥＭＰＥＳＴｐｒ２（ＥＭ−Ｓｕｉｔｅオプション）によるＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する。）で、Ｎｏｎ−ｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔモデルを用いた。
【００４１】
図３は、実施例１のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。図３は、上記のＳＥＭにより測定したマスクライン寸法（本発明ではマスクＣＤとも記す）としての各測長値（横軸）に対し、各々の測長値におけるＡＩＭＳによる回折光強度の測定結果（点で表示）を示し、同時に、シミュレーションによりマスクＣＤに対する回折光強度の結果（曲線で表示）を示すものである。マスクＣＤは、ウェハにおける寸法（ｎｍ）に換算されている。回折光強度は、マスクパターンのないガラス部をあらかじめ測定して１として規格化している。そのため、光学系のアポダイゼーションやＣＣＤの受光感度エラーは打ち消されている。図３の各々のＳＥＭ測長値に対するＡＩＭＳ測定による回折光強度を示す各点において、１次光、０次光、解像に寄与しない回折光の各々を、順にａｉｍｓＴＥ １ｓｔ、ａｉｍｓＴＥ ０ｔｈ、ａｉｍｓｙ−ＴＥで示す。図３のシミュレーションによる各回折光強度の結果を示す各曲線において、１次光、０次光、解像に寄与しない回折光の各々を、順にｓｉｍＴＥ １ｓｔ、ｓｉｍＴＥ ０ｔｈ、ｓｉｍｙ−ＴＥで示す。
【００４２】
図３が示すように、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果は大きくずれており、マスクＣＤを基準とした回折光強度が、ＡＩＭＳとシミュレーションで大きく異なり、ＡＩＭＳの方がシミュレーションよりも全体に図面右側にシフトしていることが示されている。
【００４３】
そこで、図３を基にして、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値から一定量の数値をオフセット量として減じてみる。図４は、図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−１０ｎｍとして補正した図であり、図５は、図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図であり、図６は、図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−３０ｎｍとして補正した図である。図４〜図６に用いている記号は図３と同じである。なお、マスクＣＤはウェハ上の寸法に換算してあるので、４倍レチクルであるフォトマスク上の実際のパターン寸法は、図中から読み取れる寸法数値の４倍に相当する。本実施例では、−５ｎｍ×４＝−２０ｎｍと算出した。
【００４４】
図４〜図６において、オフセット量を−２０ｎｍとした図５は、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果がほぼ完全に一致している。すなわち、ＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を−２０ｎｍとすることにより、マスクＣＤによらず、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られることが示された。
【００４５】
次いで、上記の補正値−２０ｎｍをＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いてマスクＣＤが保証された実用的なフォトマスクを得た。
【００４６】
（実施例２）バイナリマスク
本実施例は、パターン形成膜の種類を変えた場合の測定例である。フォトマスクとして多用されているクロム系バイナリマスク（ブランクスはＨＯＹＡ社製商品名ＮＴＡＲ７を使用）を用意した。実施例１と同様に、このマスクは測長評価用として、２７×２７μｍのチップ領域にウェハ上の寸法に換算してハーフピッチ４０〜７０ｎｍの１：１のライン／スペースパターンが複数形成されたものである。
【００４７】
実施例１と同様に、先ず、ＡＩＭＳを用い、照明用光源にＡｒＦエキシマレーザを用い、照明系は、実際のウェハ転写条件と同じ照明光の入射条件として、ハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースパターンを測定対象の中心にして、クォードラポールの瞳フィルタを用いた場合に相当する位置にモノポールの瞳フィルタを設置し、照明光を入射し、結像光学系にベルトランズレンズを挿入し、光検出部にＣＣＤを用いて回折光の強度を測定した。
【００４８】
次に、上記のフォトマスクの回折光強度測定に用いたライン／スペースパターンをＳＥＭで測定して測長値を得た。
【００４９】
次に、実施例１と同様にして、上記の回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得た。
【００５０】
図７は、実施例２のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。図７は、図３と同様に、上記のＳＥＭにより測定したマスクライン寸法（マスクＣＤ）としての各測長値（横軸）に対し、各々の測長値におけるＡＩＭＳによる回折光強度の測定結果（点で表示）を示し、同時に、シミュレーションによりマスクＣＤに対する回折光強度の結果（曲線で表示）を示す。マスクＣＤは、ウェハにおける寸法（ｎｍ）に換算されている。回折光強度は、マスクパターンのないガラス部をあらかじめ測定して１として規格化している。図７の各々のＳＥＭ測長値に対するＡＩＭＳ測定による回折光強度を示す各点において、１次光、０次光、解像に寄与しない回折光の各々を、順にａｉｍｓＴＥ １ｓｔ、ａｉｍｓＴＥ ０ｔｈ、ａｉｍｓｙ−ＴＥで示す。図７のシミュレーションによる各回折光強度の結果を示す各曲線において、１次光、０次光、解像に寄与しない回折光の各々を、順にｓｉｍＴＥ １ｓｔ、ｓｉｍＴＥ ０ｔｈ、ｓｉｍｙ−ＴＥで示す。
【００５１】
図７が示すように、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果はずれており、マスクＣＤを基準とした回折光強度が、ＡＩＭＳとシミュレーションで異なり、ＡＩＭＳの方がシミュレーションよりも全体に図面右側にシフトしていることが示されている。
【００５２】
そこで、図７の数値を比較し、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値から一定量の数値を減じてみた。図８は、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。図８に用いている記号は図７と同じである。上記と同様に、マスクＣＤはウェハ上の寸法に換算してあるので、４倍レチクルであるフォトマスク上の実際のパターン寸法は、図中から読み取れる寸法数値の４倍に相当する。
【００５３】
図７における測定値に対し、オフセット量を−２０ｎｍとした図８は、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果がほぼ完全に一致している。すなわち、ＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を−２０ｎｍとすることにより、マスクＣＤによらず、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られることが示された。
【００５４】
次いで、上記の補正値−２０ｎｍをＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いてマスクＣＤが保証された実用的なフォトマスクを得た。
【００５５】
実施例１および実施例２が示すように、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法は、たとえフォトマスクの膜の種類が異なったとしても、オフセット量を適切に選定して補正量とすることにより、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られるものである。
【００５６】
（実施例３）狭ピッチ：ｈｐ４０ｎｍ
本実施例はパターンが狭ピッチのライン／スペースパターンの測定例である。測定対象のフォトマスクは、実施例１と同じマスクであるが、測定パターンがハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍのライン／スペースパターンである。
【００５７】
実施例１と同様にして、図９に示すように、実施例３のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図を得た。図９に用いている記号は図３と同じである。
【００５８】
図９が示すように、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果はずれており、マスクＣＤを基準とした回折光強度が、ＡＩＭＳとシミュレーションで異なり、ＡＩＭＳの方がシミュレーションよりも全体に図面右側にシフトしていることが示されている。
【００５９】
そこで、図９の数値を比較し、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値から一定量の数値を減じてみた。図１０は、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。図１０に用いている記号は図９と同じである。上記と同様に、マスクＣＤはウェハ上の寸法に換算してあるので、４倍レチクルであるフォトマスク上の実際のパターン寸法は、図中から読み取れる寸法数値の４倍に相当する。本実施例では、−５ｎｍ×４＝−２０ｎｍと算出した。
【００６０】
図９における測定値に対し、オフセット量を−２０ｎｍとした図１０は、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果がほぼ完全に一致している。すなわち、ＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を−２０ｎｍとすることにより、マスクＣＤによらず、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られることが示された。
【００６１】
次いで、上記の補正値−２０ｎｍをＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いてマスクＣＤが保証された実用的なフォトマスクを得た。
【００６２】
（実施例４）大ピッチ：ｈｐ７０ｎｍ
本実施例はパターンが大ピッチのライン／スペースパターンの測定例である。測定対象のフォトマスクは、実施例１および実施例３と同じマスクであるが、測定パターンがハーフピッチ（ｈｐ）７０ｎｍのライン／スペースパターンである。
【００６３】
実施例１と同様にして、図１１に示すように、実施例４のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図を得た。図１１に用いている記号は図３と同じである。
【００６４】
図１１が示すように、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果はずれており、マスクＣＤを基準とした回折光強度が、ＡＩＭＳとシミュレーションで異なり、ＡＩＭＳの方がシミュレーションよりも全体に図面右側にシフトしていることが示されている。
【００６５】
そこで、図１１の数値を比較し、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値から一定量の数値を減じてみた。図１２は、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。図１２に用いている記号は図１１と同じである。上記と同様に、マスクＣＤはウェハ上の寸法に換算してあるので、４倍レチクルであるフォトマスク上の実際のパターン寸法は、図中から読み取れる寸法数値の４倍に相当する。本実施例では、−５ｎｍ×４＝−２０ｎｍと算出した。
【００６６】
図１１における測定値に対し、オフセット量を−２０ｎｍとした図１２は、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果がほぼ完全に一致している。すなわち、ＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を−２０ｎｍとすることにより、マスクＣＤによらず、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られることが示された。
【００６７】
次いで、上記の補正値−２０ｎｍをＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いてマスクＣＤが保証された実用的なフォトマスクを得た。
【００６８】
実施例１、実施例３および実施例４が示すように、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法はライン／スペースパターンの狭ピッチ、大ピッチに依存せずに同じ補正量で対応することができ、適用範囲の広い測定方法であることが示された。
上記の実施例１〜４では、オフセット量がいずれもＳＥＭ測定値より減じる場合を例示したが、本発明のパターン寸法測定方法においては、オフセット量がＳＥＭ測定値より増す場合、あるいはＳＥＭ測定値と一致する場合もあり得るものである。
【００６９】
（実施例５）
実施例１で算出した電磁場解析シミュレーションによる各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値をデータベース化した。次いで実施例１と同様のハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍ〜７０ｎｍの１：１のライン／スペースパターンが複数形成されたハーフトーンマスクを準備し、実施例１と同様にして、ＡＩＭＳによりマスクパターンによる回折光強度を測定し、次に、マスクパターンをＳＥＭで測定して測長値を得た。電磁場解析シミュレーションによる回折光強度のシミュレーション値には上記のデータベース化したシミュレーション値を用いた。
【００７０】
次に、上記の回折光解析とシミュレーション値とから算出されたパターン寸法値とＳＥＭで測定した測長値とのオフセット量からＳＥＭで測定したパターン寸法の補正値を決定し、この補正値をＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、パターン寸法測定を行った。本実施例では、回折光強度のシミュレーション値のデータベースを使用することにより、パターン寸法測定時間が大幅に短縮された。
【００７１】
（実施例６）
実施例１のパターン寸法測定方法により決定された補正値−２０ｎｍを用い、実施例１と同じＳＥＭを用いて、他の実施例１と同種のハーフトーンマスクの上記の補正値を算出したパターンと同じハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍ〜７０ｎｍの１：１のライン／スペースパターンの寸法測定に適用した。フォトマスクを使用する投影露光のプロセス条件およびフォトマスクのパターンの膜質や断面形状に影響するマスク製造条件に変更がない限りにおいて、同じＳＥＭを用いて異なるフォトマスクの同一のパターンの寸法測定に適用できることを確認した。
【００７２】
（実施例７）
実施例１で得られたパターン寸法の補正値−２０ｎｍを基にして、マスクパターンの品質を管理する基準値を−２０ｎｍ±２ｎｍと設定した。次に、実施例１で使用したハーフトーンマスクの面内５箇所（中央と左右の上下）のパターンのオフセット量を求めたところ、いずれの箇所のオフセット量も基準値内に入っていることが確認された。したがって、本実施例に用いたハーフトーンマスクは、マスク面内において、マスクパターンの断面形状に台形や逆台形のような異常が無く、ハーフトーン位相シフト膜の光学特性が適切であることが保証され、パターン寸法測定と共に高品質のフォトマスクであることを保証することができた。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法の工程の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の回折光強度測定に用いたリソグラフィシミュレーション顕微鏡（ＡＩＭＳ）の光学系の概略説明図である。
【図３】実施例１のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。
【図４】図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−１０ｎｍとして補正した図である。
【図５】図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。
【図６】図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−３０ｎｍとして補正した図である。
【図７】実施例２のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。
【図８】図７に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。
【図９】実施例３のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。
【図１０】図９に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。
【図１１】実施例４のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。
【図１２】図９に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。
【図１３】ＳＥＭによるマスクＣＤの読み取り値の誤差が生じた場合のコントラストとＭＥＥＦに与える影響をシミュレーションにより評価した図である。
【符号の説明】
【００７４】
２１ σアパーチャ
２２ マスク
２３ ＮＡアパーチャ
２４ ベルトランレンズ
２５ 光検出部（ＣＣＤまたはフォトディテクター）
１３１ ライン
１３２ スペース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影露光による半導体リソグラフィの光転写技術に使用されるフォトマスクのパターン寸法を走査型電子顕微鏡で計測するフォトマスクのパターン寸法測定方法およびフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
微細パターンを有する半導体デバイスを形成するためのフォトマスク（以後、単にマスクとも記す）は、原版としてのパターン線幅の微細化と共に高精度化が求められ、ゲートパターン線幅などの重要寸法はＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）として厳密に管理されている。マスクパターンの微細化が進んだ今日では、フォトマスクの微小寸法測定は走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）が一般的に用いられ、測長用の走査型電子顕微鏡はＣＤ−ＳＥＭとも呼ばれている（以後、本発明ではＳＥＭと記す）。ＳＥＭ画像からのエッジ検出手法は、測長再現性を高めることを求めてＳＥＭの機種ごとに様々であり、マスク寸法（マスクＣＤとも記す）を絶対的に正しく評価することはあまり重要視されていない。したがって、実際には転写結果に対して整合性が取れるようにオフセット値を決めている。また、ＳＥＭの寸法のキャリブレーションはピッチが保証されたサンプルで行われ、パターン線幅の測長に対しての絶対的な基準は無いのが実情である。
【０００３】
ＳＥＭを用いたパターンの測長においては、ＳＥＭの一次電子ビームに広がりがあることや、照射点近傍の表面から出る電子の散乱により二次電子が放出される領域に広がりがあること、ビーム走査信号がばらつくことなどの様々な原因によって、二次電子信号は電気的・数値的に変調を受ける。このため、現実にエッジ部分の信号には広がりが生じてしまう。
【０００４】
その結果、従来のＳＥＭによる計測では、ライン形状を示す輝線の外側をエッジとして検出してしまい、実際のパターンエッジよりも数ｎｍ〜数１０ｎｍだけ外側にある箇所をエッジと定義してしまうことも生じている。また、これらの現象はパターンの高さや幅、その断面形状、一次電子ビームの照射条件、パターンの材質などによっても変動する。特に、微細化が進む半導体やフォトマスクのパターンの計測では、パターンの断面形状における寸法計測位置が重要になっている。
【０００５】
一方、上記のエッジ近傍の信号を変調させる要因を補正し、ＳＥＭによるパターン寸法の信頼性を高めるためにいくつかの測定方法が提案されている。例えば、高密度のライン／スペースパターンではＳＥＭ画像においてラインとスペースの判別が困難となることが指摘され、ＳＥＭの測長用の新しいアルゴリズムが提案されている（非特許文献１参照）。非特許文献１には、無限小でないガウシアン分布のビーム径を持つＳＥＭのプロファイルはパターンエッジより外側でピークの傾きを持つという図解が示されている。また、隣接パターンとの距離によりＳＥＭ寸法値が変化する問題を解決するため、ＳＥＭプロファイルからのエッジ検出アルゴリズムが提案されている（特許文献１参照）。さらに、ウェハ上のレジスト測長に関して、断面形状変化に伴うＳＥＭ画像の変化をデータベースとして、レジストとウェハの接点に合うように測長結果を補正する半導体パターン計測方法が提案されている（特許文献２参照）。また、パターン側壁の傾斜角によるパターン寸法の計測誤差がパターン断面形状およびアルゴリズムに依存して変化していることが示されている（非特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３５１２６２１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５６４３６号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ６３４９，６３４９４１−１〜６（２００６）
【非特許文献２】Ｊ．Ｓ．Ｖｉｌｌａｒｒｕｂｉａ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ５０３８，ｐｐ．１３８−１４９（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１および２、非特許文献１および２のいずれの方法を用いるにしろ、パターンの微細化とともにマスク寸法の変化に対して、フォトマスクを用いたウェハへのパターン転写におけるウェハ上のコントラストやマスク誤差増大因子（Ｍａｓｋ Ｅｒｒｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆａｃｔｏｒ；以後、ＭＥＥＦと記す）などの転写特性の変化が大きくなるという問題が生じていた。上記のように、ＳＥＭが検出するエッジにより得られた測定値が、実際のフォトマスクパターンの膜構造のどこに相当しているかが不明瞭であるために、シミュレーションで最適とされたマスクの設計値が、実際のマスクの寸法がずれているために最適とならないといった問題が起きていた。従来、マスクＣＤのずれは、ウェハ転写工程での露光量の見積もりずれ程度の影響で済んでいたが、ウェハ上のハーフピッチ４５ｎｍ以降においては、マスクＣＤによってウェハ転写工程でのコントラスト、ＭＥＥＦなどの転写特性の変化が非常に厳しくなっている。
【０００７】
例えば、図１３は、透過率６％のハーフトーンフォトマスク（ＨＴ）でライン／スペースパターンを形成し、ウェハ上のハーフピッチ（ｈｐで表わす）４５ｎｍ、ライン幅４０ｎｍを目標とした場合（マスク上での目標寸法は１６０ｎｍ）、ＳＥＭによるマスクＣＤの読み取り値に誤差が生じた場合、フォトマスクの転写性能を示すコントラストとＭＥＥＦに与える影響の程度を、本発明者がシミュレーションにより評価した図である。図１３（ａ）は、ライン（１３１）／スペース（１３２）パターンを有するマスクの平面模式図、図１３（ｂ）はマスクのＳＥＭ写真であり、ライン幅の読み取り値を３通り（ｘ−１〜ｘ−３）に変えた場合について、コントラストとＭＥＥＦ値を求めた。
【０００８】
図１３（ｃ）はシミュレーションによる評価結果であり、ｘ軸がウェハ寸法に換算されたマスクのライン寸法、左のｙ軸がウェハ上のコントラスト、右のｙ軸がＭＥＥＦ値である。図１３（ｃ）が示すように、ＳＥＭ読み取り値が目標通りのウェハ上のパターン寸法の４０ｎｍ（ｘ−２）であるならば、ＭＥＥＦ値は２．５となるが、もしもＳＥＭ読み取り誤差が＋１０ｎｍ大きくなると（ｘ−１）、ＭＥＥＦ値は３となり、逆に、ＳＥＭ読み取り誤差が−１０ｎｍと小さくなると（ｘ−３）、ＭＥＥＦ値は２．１となってしまう。上記のように、フォトマスクのパターン寸法の読み取り誤差は、ＭＥＥＦなどのウェハ転写評価の誤った判断につながってしまうという問題があった。
【０００９】
また、光近接効果補正（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；以後、ＯＰＣと記す）のためにシミュレーションを行い、転写実験からさらにマスク設計の調整をしようとした場合、パターン寸法の読み取り誤差のためにマスク寸法をシミュレーション上からずれて見積もっていると、マスク設計の変更が予想通りの転写結果にならず、マスクの設計コストや時間がさらに増え、設計負荷が増大してしまうという問題があった。
【００１０】
上記の問題点に対して、パターン寸法をＳＥＭで測定したフォトマスクを用いてウェハ露光実験を実際に行い、その結果に基づいてＳＥＭ測定値を補正する方法は、露光装置の性能、レジスト特性、プロセス安定性、寸法測定精度などのプロセス要因に大きく左右され、客観性・信頼性に欠け、さらに時間、コストもかかってしまうという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＳＥＭによるマスクパターン計測値を実際のマスクパターン転写に適応した値に補正することで、マスク転写特性の予想やＯＰＣの調整を正確に行い、実用的に信頼性が高いフォトマスクのパターン寸法測定方法および上記のパターン寸法測定方法を用いてパターンの品質保証をしたフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、投影露光に用いられるフォトマスクのパターン寸法を走査型電子顕微鏡で測定するフォトマスクのパターン寸法測定方法であって、前記投影露光と同じ波長の照明光により前記投影露光で用いられる範囲内の入射角度で、前記フォトマスクのライン／スペースのパターンを照明して各パターン寸法における回折光強度を測定するステップと、前記ライン／スペースのパターンを前記走査型電子顕微鏡で測定して測長値を得るステップと、前記回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得るステップと、前記回折光強度測定と前記電磁場解析シミュレーションとから算出されたパターン寸法値と前記走査型電子顕微鏡で測定した測長値とのオフセット量から前記走査型電子顕微鏡で測定したパターン寸法の補正値を決定するステップと、前記補正値を前記走査型電子顕微鏡で測定した他のパターン寸法値に適用するステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、請求項１に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法において、前記回折光強度の測定において、前記ライン／スペースのパターンが、前記照明光の入射領域内で単一ピッチ、単一線幅の繰り返しパターンであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、請求項１または請求項２に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法において、前記回折光のうち少なくとも０次光と１次光の回折光強度の測定をリソグラフィシミュレーション顕微鏡で行うことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法において、前記電磁場解析シミュレーションをあらかじめ行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得てデータベース化し、前記データベース化したシミュレーション値を前記電磁場解析シミュレーションのシミュレーション値として用いることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５の発明に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法は、前記投影露光のプロセス条件および前記フォトマスクの製造条件に変更がない限りにおいて、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法により決定された前記補正値を、前記走査型電子顕微鏡を用いた他のフォトマスクの同一のパターンの寸法測定の補正値として用いることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６の発明に係るフォトマスクは、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法により前記フォトマスク面内のパターンのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量が所定の基準値内に入るかどうかを検証することで、前記フォトマスク面内のパターンの断面形状および光学特性を品質保証したことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７の発明に係るフォトマスクは、請求項６に記載のフォトマスクにおいて、前記オフセット量が、前記フォトマスク面内の５箇所以上で算出されたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法によれば、ウェハ転写条件と同じ波長の照明光によりウェハ転写で用いられる範囲の入射角度で、フォトマスクのパターンを照明して回折光強度を測定することにより、フォトマスクの断面形状による誤差などのうち転写に影響するものだけを含んだ実効的なマスク寸法を得ることが可能となり、本発明のパターン寸法測定方法を用いてＳＥＭ測長値を補正することで、マスク転写特性の予想やＯＰＣの調整を正確に行うことが可能となる。
【００２０】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法は、従来のようにマスク断面を切断し、その断面形状を調べるような困難な作業が不要となり、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法によりマスク面内のオフセット量を算出し、所定の基準値と比較することにより、従来は保証されていなかったマスクパターンの断面形状や遮光膜や位相シフト膜の光学特性をも品質保証したフォトマスクを提供することが可能となる。
【００２１】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いたパターンを有するフォトマスクは、ウェハへのパターン転写において正確なコントラストやＭＥＥＦ値を得ることが可能となり、その結果、ウェハ転写露光工程における品質、生産性を向上させるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（フォトマスクのパターン寸法測定方法）
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るフォトマスクのパターン寸法測定方法について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法の工程の一例を示すフロー図である。先ず、寸法測定すべきパターンを有するフォトマスクを準備する。パターンとしては、複数種類のピッチ、線幅の組合せがある通常の半導体用フォトマスクのライン／スペースのパターンが用いられる。それぞれの測定では、照明光の入射領域内でライン／スペースのパターンが単一ピッチ、線幅の繰り返しパターンであることが、回折光の解析を複雑にすることが無くより好ましい。
【００２４】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法の一例としての図１に示す工程は、先ず投影露光と同じ波長の照明光により投影露光で用いられる範囲内の入射角度で、フォトマスクのライン／スペースのパターンを照明し、各パターン寸法における回折光強度を測定する（第１のステップ）。回折光強度の測定は、リソグラフィシミュレーション顕微鏡あるいはエリプソメータを用いて行うことができるが、リソグラフィシミュレーション顕微鏡が種々の条件設定が容易でより好ましい。本発明の好ましい形態としては、ライン／スペースパターンによる回折光のうち少なくとも０次光と１次光の回折光強度の測定をリソグラフィシミュレーション顕微鏡で行うものである。リソグラフィシミュレーション顕微鏡としては、例えば、エアリアルイメージ測定システム（Ａｅｒｉａｌ Ｉｍａｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：以後、ＡＩＭＳ（登録商標）と記す）が挙げられる。本発明においては、ＡＩＭＳを用いた実施形態について述べる。
【００２５】
図２は、フォトマスクのライン／スペ−スパターンによる回折光の強度測定に用いたリソグラフィシミュレーション顕微鏡（ＡＩＭＳ）の光学系の概略説明図であり、コノスコープ観察が可能な透過型顕微鏡である。照明用光源としてはウェハ投影露光と同じ露光波長の光源が用いられ、本発明ではＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いた。図２に示すように、照明系に実際のウェハ投影露光で用いられる二重極、四重極、輪帯などの瞳フィルタの一部に相当する位置にσアパーチャ２１（図２はモノポールの場合を示す）を用いることによって、実際のウェハ投影露光で用いられる範囲内の入射角度で照明し、ＣＣＤもしくはフォトディテクターよりなる光検出部２５により回折光の強度を測定した。通常のＡＩＭＳの光学系ではウェハ転写像がそのまま出力されるが、本発明ではベルトランズレンズ２４を挿入することにより回折光の強度測定を可能としている。光検出部２５は、照明光の入射角、マスクパターンのピッチなどに応じて位置を変えることができる。
【００２６】
次に、上記のフォトマスクの回折光強度測定と同じ領域のライン／スペースパターンをＳＥＭで測定して測長値を得る（第２のステップ）。
【００２７】
次に、上記の回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得る（第３のステップ）。マスクパターンの転写特性を見積もるためのシミュレーション・ソフトウェアとしては、例えば、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Ｐａｎｏｒａｍｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）が用いられ、また、フォトマスクの三次元電磁界シミュレーションにはＴＥＭＰＥＳＴｐｒ２（ＥＭ−Ｓｕｉｔｅオプション）によるＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する。）で、Ｎｏｎ−ｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔモデルを用いることにより回折光強度のシミュレーション値が得られる。
【００２８】
本発明において、電磁場解析シミュレーションは独立した工程であり、本発明の別な実施形態においては、上記の第１のステップのリソグラフィ顕微鏡などによる回折光強度測定、第２のステップのＳＥＭ測定および第３のステップの電磁場解析シミュレーションの順番をそれぞれ入れ替えることも可能である。例えば、回折光強度測定、電磁場解析シミュレーション、ＳＥＭ測定の順番、あるいは電磁場解析シミュレーション、回折光強度測定、ＳＥＭ測定の順番、あるいはＳＥＭ測定、回折光強度測定、電磁場解析シミュレーションの順番などが例示できる。しかし、通常、ＳＥＭ測定を行うと清浄なマスク表面が汚染されるおそれがあるので再度洗浄しないと光学測定に適さないことがある。したがって、ＳＥＭ測定は回折光強度測定の後に行う方がより好ましい。
【００２９】
上記のように、電磁場解析シミュレーションは独立した工程であるので、別な実施形態として、電磁場解析シミュレーションをあらかじめ行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得てデータベース化しておき、このデータベース化したシミュレーション値を電磁場解析シミュレーションのシミュレーション値として用いることも可能である。
【００３０】
次に、上記の回折光強度測定および電磁場解析シミュレーションとから算出されるパターン寸法値とＳＥＭによる測長値とのオフセット量からＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を決定する（第４のステップ）。
【００３１】
次いで、上記の補正値をＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用する（第５のステップ）ことにより、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いた実用的なフォトマスクが得られる。
【００３２】
本発明の別な実施形態として、フォトマスクを使用する投影露光のプロセス条件およびフォトマスクのパターンの膜質や断面形状に影響するマスク製造条件に変更がない限りにおいて、上記のフォトマスクのパターン寸法測定方法により決定された補正値を、同じ走査型電子顕微鏡を用いた他のフォトマスクの上記の補正値を算出したパターンと同一のパターンの寸法測定の補正値として用いることができる。
【００３３】
（フォトマスク）
次に、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法によりパターンの品質を保証したフォトマスクについて説明する。
【００３４】
本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法において、１枚のフォトマスクの面内数箇所で各々のパターンのオフセット量が異なるということは、投影露光のプロセス条件およびマスク製造条件を同じくしているのだから、オフセット量の差異はパターンの断面形状、あるいは遮光膜や位相シフト膜の光学特性が異なるということを意味するものである。
【００３５】
従来、マスクパターンの断面形状を調べるに際し、実際に露光に使用するマスクを事前に切断して調べることはできなかった。仮に、マスクを切断してその断面形状を調べようとしても、マスクのように厚い材料を正確に切断するのは困難であった。本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法は、マスク断面を切断し、その断面形状を調べるような困難な作業が不要となり、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法によりマスク面内のオフセット量を算出し、所定の基準値と比較することにより、従来は保証されていなかったマスクパターンの断面形状や遮光膜や位相シフト膜の光学特性をも品質保証したフォトマスクを提供することが可能となる。上記の所定の基準値としては、あらかじめパターン寸法を測定して得られた数値を基準にして設定すればよい。
【００３６】
上記のオフセット量を測定する箇所としては、オフセット量のマスク面内分布を把握するために、フォトマスク面内の５箇所以上で算出するのが好ましい。例えば、面内中央と左右の上下の計５箇所などが示される。
以下、実施例によりさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）ハーフトーンマスク
測定対象のフォトマスクとして、モリブデンシリサイド系６％ハーフトーンマスク（ブランクスはＨＯＹＡ社製商品名Ａ６１Ａを使用）を用意した。このマスクは測長評価用として、２７×２７μｍのチップ領域にウェハ上の寸法に換算してハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍ〜７０ｎｍの１：１のライン／スペースパターンが複数形成されたものである。
【００３８】
先ず、リソグラフィシミュレーション顕微鏡（カールツァイス社製ＡＩＭＳ４５−１９３ｉ）を用い、照明用光源としてはウェハ投影露光と同じ露光波長の光源として、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いた。ハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースパターンを測定対象の中心にして、照明系は、実際のウェハ転写条件と同じ照明光の入射条件として、クォードラポールの瞳フィルタを用いた場合に相当する位置にモノポールの瞳フィルタを設置し、照明光を入射し、光検出部にＣＣＤを用いて回折光の強度を測定した。
【００３９】
次に、上記のフォトマスクの回折光強度測定に用いたハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースパターンをＳＥＭで測定して測長値を得た。ＳＥＭは製造メーカ、装置ごとにオフセット量が異なるが、本実施例で用いたＳＥＭはＫＬＡ８１００ＸＰＲ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）である。以下の実施例においても同じＳＥＭを用いた。
【００４０】
次に、上記の回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得た。シミュレーション・ソフトウェアとしては、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Ｐａｎｏｒａｍｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いた。また、フォトマスクの三次元電磁界シミュレーションにはＴＥＭＰＥＳＴｐｒ２（ＥＭ−Ｓｕｉｔｅオプション）によるＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する。）で、Ｎｏｎ−ｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔモデルを用いた。
【００４１】
図３は、実施例１のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。図３は、上記のＳＥＭにより測定したマスクライン寸法（本発明ではマスクＣＤとも記す）としての各測長値（横軸）に対し、各々の測長値におけるＡＩＭＳによる回折光強度の測定結果（点で表示）を示し、同時に、シミュレーションによりマスクＣＤに対する回折光強度の結果（曲線で表示）を示すものである。マスクＣＤは、ウェハにおける寸法（ｎｍ）に換算されている。回折光強度は、マスクパターンのないガラス部をあらかじめ測定して１として規格化している。そのため、光学系のアポダイゼーションやＣＣＤの受光感度エラーは打ち消されている。図３の各々のＳＥＭ測長値に対するＡＩＭＳ測定による回折光強度を示す各点において、１次光、０次光、解像に寄与しない回折光の各々を、順にａｉｍｓＴＥ １ｓｔ、ａｉｍｓＴＥ ０ｔｈ、ａｉｍｓｙ−ＴＥで示す。図３のシミュレーションによる各回折光強度の結果を示す各曲線において、１次光、０次光、解像に寄与しない回折光の各々を、順にｓｉｍＴＥ １ｓｔ、ｓｉｍＴＥ ０ｔｈ、ｓｉｍｙ−ＴＥで示す。
【００４２】
図３が示すように、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果は大きくずれており、マスクＣＤを基準とした回折光強度が、ＡＩＭＳとシミュレーションで大きく異なり、ＡＩＭＳの方がシミュレーションよりも全体に図面右側にシフトしていることが示されている。
【００４３】
そこで、図３を基にして、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値から一定量の数値をオフセット量として減じてみる。図４は、図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−１０ｎｍとして補正した図であり、図５は、図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図であり、図６は、図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−３０ｎｍとして補正した図である。図４〜図６に用いている記号は図３と同じである。なお、マスクＣＤはウェハ上の寸法に換算してあるので、４倍レチクルであるフォトマスク上の実際のパターン寸法は、図中から読み取れる寸法数値の４倍に相当する。本実施例では、−５ｎｍ×４＝−２０ｎｍと算出した。
【００４４】
図４〜図６において、オフセット量を−２０ｎｍとした図５は、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果がほぼ完全に一致している。すなわち、ＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を−２０ｎｍとすることにより、マスクＣＤによらず、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られることが示された。
【００４５】
次いで、上記の補正値−２０ｎｍをＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いてマスクＣＤが保証された実用的なフォトマスクを得た。
【００４６】
（実施例２）バイナリマスク
本実施例は、パターン形成膜の種類を変えた場合の測定例である。フォトマスクとして多用されているクロム系バイナリマスク（ブランクスはＨＯＹＡ社製商品名ＮＴＡＲ７を使用）を用意した。実施例１と同様に、このマスクは測長評価用として、２７×２７μｍのチップ領域にウェハ上の寸法に換算してハーフピッチ４０〜７０ｎｍの１：１のライン／スペースパターンが複数形成されたものである。
【００４７】
実施例１と同様に、先ず、ＡＩＭＳを用い、照明用光源にＡｒＦエキシマレーザを用い、照明系は、実際のウェハ転写条件と同じ照明光の入射条件として、ハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースパターンを測定対象の中心にして、クォードラポールの瞳フィルタを用いた場合に相当する位置にモノポールの瞳フィルタを設置し、照明光を入射し、結像光学系にベルトランズレンズを挿入し、光検出部にＣＣＤを用いて回折光の強度を測定した。
【００４８】
次に、上記のフォトマスクの回折光強度測定に用いたライン／スペースパターンをＳＥＭで測定して測長値を得た。
【００４９】
次に、実施例１と同様にして、上記の回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得た。
【００５０】
図７は、実施例２のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。図７は、図３と同様に、上記のＳＥＭにより測定したマスクライン寸法（マスクＣＤ）としての各測長値（横軸）に対し、各々の測長値におけるＡＩＭＳによる回折光強度の測定結果（点で表示）を示し、同時に、シミュレーションによりマスクＣＤに対する回折光強度の結果（曲線で表示）を示す。マスクＣＤは、ウェハにおける寸法（ｎｍ）に換算されている。回折光強度は、マスクパターンのないガラス部をあらかじめ測定して１として規格化している。図７の各々のＳＥＭ測長値に対するＡＩＭＳ測定による回折光強度を示す各点において、１次光、０次光、解像に寄与しない回折光の各々を、順にａｉｍｓＴＥ １ｓｔ、ａｉｍｓＴＥ ０ｔｈ、ａｉｍｓｙ−ＴＥで示す。図７のシミュレーションによる各回折光強度の結果を示す各曲線において、１次光、０次光、解像に寄与しない回折光の各々を、順にｓｉｍＴＥ １ｓｔ、ｓｉｍＴＥ ０ｔｈ、ｓｉｍｙ−ＴＥで示す。
【００５１】
図７が示すように、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果はずれており、マスクＣＤを基準とした回折光強度が、ＡＩＭＳとシミュレーションで異なり、ＡＩＭＳの方がシミュレーションよりも全体に図面右側にシフトしていることが示されている。
【００５２】
そこで、図７の数値を比較し、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値から一定量の数値を減じてみた。図８は、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。図８に用いている記号は図７と同じである。上記と同様に、マスクＣＤはウェハ上の寸法に換算してあるので、４倍レチクルであるフォトマスク上の実際のパターン寸法は、図中から読み取れる寸法数値の４倍に相当する。
【００５３】
図７における測定値に対し、オフセット量を−２０ｎｍとした図８は、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果がほぼ完全に一致している。すなわち、ＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を−２０ｎｍとすることにより、マスクＣＤによらず、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られることが示された。
【００５４】
次いで、上記の補正値−２０ｎｍをＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いてマスクＣＤが保証された実用的なフォトマスクを得た。
【００５５】
実施例１および実施例２が示すように、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法は、たとえフォトマスクの膜の種類が異なったとしても、オフセット量を適切に選定して補正量とすることにより、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られるものである。
【００５６】
（実施例３）狭ピッチ：ｈｐ４０ｎｍ
本実施例はパターンが狭ピッチのライン／スペースパターンの測定例である。測定対象のフォトマスクは、実施例１と同じマスクであるが、測定パターンがハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍのライン／スペースパターンである。
【００５７】
実施例１と同様にして、図９に示すように、実施例３のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図を得た。図９に用いている記号は図３と同じである。
【００５８】
図９が示すように、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果はずれており、マスクＣＤを基準とした回折光強度が、ＡＩＭＳとシミュレーションで異なり、ＡＩＭＳの方がシミュレーションよりも全体に図面右側にシフトしていることが示されている。
【００５９】
そこで、図９の数値を比較し、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値から一定量の数値を減じてみた。図１０は、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。図１０に用いている記号は図９と同じである。上記と同様に、マスクＣＤはウェハ上の寸法に換算してあるので、４倍レチクルであるフォトマスク上の実際のパターン寸法は、図中から読み取れる寸法数値の４倍に相当する。本実施例では、−５ｎｍ×４＝−２０ｎｍと算出した。
【００６０】
図９における測定値に対し、オフセット量を−２０ｎｍとした図１０は、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果がほぼ完全に一致している。すなわち、ＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を−２０ｎｍとすることにより、マスクＣＤによらず、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られることが示された。
【００６１】
次いで、上記の補正値−２０ｎｍをＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いてマスクＣＤが保証された実用的なフォトマスクを得た。
【００６２】
（実施例４）大ピッチ：ｈｐ７０ｎｍ
本実施例はパターンが大ピッチのライン／スペースパターンの測定例である。測定対象のフォトマスクは、実施例１および実施例３と同じマスクであるが、測定パターンがハーフピッチ（ｈｐ）７０ｎｍのライン／スペースパターンである。
【００６３】
実施例１と同様にして、図１１に示すように、実施例４のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図を得た。図１１に用いている記号は図３と同じである。
【００６４】
図１１が示すように、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果はずれており、マスクＣＤを基準とした回折光強度が、ＡＩＭＳとシミュレーションで異なり、ＡＩＭＳの方がシミュレーションよりも全体に図面右側にシフトしていることが示されている。
【００６５】
そこで、図１１の数値を比較し、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値から一定量の数値を減じてみた。図１２は、ＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。図１２に用いている記号は図１１と同じである。上記と同様に、マスクＣＤはウェハ上の寸法に換算してあるので、４倍レチクルであるフォトマスク上の実際のパターン寸法は、図中から読み取れる寸法数値の４倍に相当する。本実施例では、−５ｎｍ×４＝−２０ｎｍと算出した。
【００６６】
図１１における測定値に対し、オフセット量を−２０ｎｍとした図１２は、ＡＩＭＳによる結果とシミュレーションによる結果がほぼ完全に一致している。すなわち、ＳＥＭで計測したパターン寸法の補正値を−２０ｎｍとすることにより、マスクＣＤによらず、信頼性のある実効的なマスク寸法が得られることが示された。
【００６７】
次いで、上記の補正値−２０ｎｍをＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、実際のマスクパターン転写に適応した本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法を用いてマスクＣＤが保証された実用的なフォトマスクを得た。
【００６８】
実施例１、実施例３および実施例４が示すように、本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法はライン／スペースパターンの狭ピッチ、大ピッチに依存せずに同じ補正量で対応することができ、適用範囲の広い測定方法であることが示された。
上記の実施例１〜４では、オフセット量がいずれもＳＥＭ測定値より減じる場合を例示したが、本発明のパターン寸法測定方法においては、オフセット量がＳＥＭ測定値より増す場合、あるいはＳＥＭ測定値と一致する場合もあり得るものである。
【００６９】
（実施例５）
実施例１で算出した電磁場解析シミュレーションによる各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値をデータベース化した。次いで実施例１と同様のハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍ〜７０ｎｍの１：１のライン／スペースパターンが複数形成されたハーフトーンマスクを準備し、実施例１と同様にして、ＡＩＭＳによりマスクパターンによる回折光強度を測定し、次に、マスクパターンをＳＥＭで測定して測長値を得た。電磁場解析シミュレーションによる回折光強度のシミュレーション値には上記のデータベース化したシミュレーション値を用いた。
【００７０】
次に、上記の回折光解析とシミュレーション値とから算出されたパターン寸法値とＳＥＭで測定した測長値とのオフセット量からＳＥＭで測定したパターン寸法の補正値を決定し、この補正値をＳＥＭで測定した他のパターン寸法値に適用し、パターン寸法測定を行った。本実施例では、回折光強度のシミュレーション値のデータベースを使用することにより、パターン寸法測定時間が大幅に短縮された。
【００７１】
（実施例６）
実施例１のパターン寸法測定方法により決定された補正値−２０ｎｍを用い、実施例１と同じＳＥＭを用いて、他の実施例１と同種のハーフトーンマスクの上記の補正値を算出したパターンと同じハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍ〜７０ｎｍの１：１のライン／スペースパターンの寸法測定に適用した。フォトマスクを使用する投影露光のプロセス条件およびフォトマスクのパターンの膜質や断面形状に影響するマスク製造条件に変更がない限りにおいて、同じＳＥＭを用いて異なるフォトマスクの同一のパターンの寸法測定に適用できることを確認した。
【００７２】
（実施例７）
実施例１で得られたパターン寸法の補正値−２０ｎｍを基にして、マスクパターンの品質を管理する基準値を−２０ｎｍ±２ｎｍと設定した。次に、実施例１で使用したハーフトーンマスクの面内５箇所（中央と左右の上下）のパターンのオフセット量を求めたところ、いずれの箇所のオフセット量も基準値内に入っていることが確認された。したがって、本実施例に用いたハーフトーンマスクは、マスク面内において、マスクパターンの断面形状に台形や逆台形のような異常が無く、ハーフトーン位相シフト膜の光学特性が適切であることが保証され、パターン寸法測定と共に高品質のフォトマスクであることを保証することができた。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のフォトマスクのパターン寸法測定方法の工程の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の回折光強度測定に用いたリソグラフィシミュレーション顕微鏡（ＡＩＭＳ）の光学系の概略説明図である。
【図３】実施例１のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。
【図４】図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−１０ｎｍとして補正した図である。
【図５】図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。
【図６】図３に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−３０ｎｍとして補正した図である。
【図７】実施例２のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。
【図８】図７に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。
【図９】実施例３のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。
【図１０】図９に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。
【図１１】実施例４のＳＥＭ測定値に対するＡＩＭＳおよびシミュレーションの相関関係を示す図である。
【図１２】図９に示されたＳＥＭによるマスクＣＤ測定値からオフセット量を−２０ｎｍとして補正した図である。
【図１３】ＳＥＭによるマスクＣＤの読み取り値の誤差が生じた場合のコントラストとＭＥＥＦに与える影響をシミュレーションにより評価した図である。
【符号の説明】
【００７４】
２１ σアパーチャ
２２ マスク
２３ ＮＡアパーチャ
２４ ベルトランレンズ
２５ 光検出部（ＣＣＤまたはフォトディテクター）
１３１ ライン
１３２ スペース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影露光に用いられるフォトマスクのパターン寸法を走査型電子顕微鏡で測定するフォトマスクのパターン寸法測定方法であって、
前記投影露光と同じ波長の照明光により前記投影露光で用いられる範囲内の入射角度で、前記フォトマスクのライン／スペースのパターンを照明して各パターン寸法における回折光強度を測定するステップと、
前記ライン／スペースのパターンを前記走査型電子顕微鏡で測定して測長値を得るステップと、
前記回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得るステップと、
前記回折光強度測定と前記電磁場解析シミュレーションとから算出されたパターン寸法値と前記走査型電子顕微鏡で測定した測長値とのオフセット量から前記走査型電子顕微鏡で測定したパターン寸法の補正値を決定するステップと、
前記補正値を前記走査型電子顕微鏡で測定した他のパターン寸法値に適用するステップと、
を含むことを特徴とするフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項２】
前記回折光強度の測定において、前記ライン／スペースのパターンが、前記照明光の入射領域内で単一ピッチ、単一線幅の繰り返しパターンであることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項３】
前記回折光のうち少なくとも０次光と１次光の回折光強度の測定をリソグラフィシミュレーション顕微鏡で行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項４】
前記電磁場解析シミュレーションをあらかじめ行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得てデータベース化し、前記データベース化したシミュレーション値を前記電磁場解析シミュレーションのシミュレーション値として用いることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項５】
前記投影露光のプロセス条件および前記フォトマスクの製造条件に変更がない限りにおいて、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法により決定された前記補正値を、前記走査型電子顕微鏡を用いた他のフォトマスクの同一のパターンの寸法測定の補正値として用いることを特徴とするフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法により前記フォトマスク面内のパターンのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量が所定の基準値内に入るかどうかを検証することで、前記フォトマスク面内のパターンの断面形状および光学特性を品質保証したことを特徴とするフォトマスク。
【請求項７】
前記オフセット量が、前記フォトマスク面内の５箇所以上で算出されたものであることを特徴とする請求項６に記載のフォトマスク。
【請求項１】
投影露光に用いられるフォトマスクのパターン寸法を走査型電子顕微鏡で測定するフォトマスクのパターン寸法測定方法であって、
前記投影露光と同じ波長の照明光により前記投影露光で用いられる範囲内の入射角度で、前記フォトマスクのライン／スペースのパターンを照明して各パターン寸法における回折光強度を測定するステップと、
前記ライン／スペースのパターンを前記走査型電子顕微鏡で測定して測長値を得るステップと、
前記回折光強度の測定と同じ光学条件で電磁場解析シミュレーションを行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得るステップと、
前記回折光強度測定と前記電磁場解析シミュレーションとから算出されたパターン寸法値と前記走査型電子顕微鏡で測定した測長値とのオフセット量から前記走査型電子顕微鏡で測定したパターン寸法の補正値を決定するステップと、
前記補正値を前記走査型電子顕微鏡で測定した他のパターン寸法値に適用するステップと、
を含むことを特徴とするフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項２】
前記回折光強度の測定において、前記ライン／スペースのパターンが、前記照明光の入射領域内で単一ピッチ、単一線幅の繰り返しパターンであることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項３】
前記回折光のうち少なくとも０次光と１次光の回折光強度の測定をリソグラフィシミュレーション顕微鏡で行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項４】
前記電磁場解析シミュレーションをあらかじめ行い、各パターン寸法における回折光強度のシミュレーション値を得てデータベース化し、前記データベース化したシミュレーション値を前記電磁場解析シミュレーションのシミュレーション値として用いることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項５】
前記投影露光のプロセス条件および前記フォトマスクの製造条件に変更がない限りにおいて、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法により決定された前記補正値を、前記走査型電子顕微鏡を用いた他のフォトマスクの同一のパターンの寸法測定の補正値として用いることを特徴とするフォトマスクのパターン寸法測定方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のフォトマスクのパターン寸法測定方法により前記フォトマスク面内のパターンのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量が所定の基準値内に入るかどうかを検証することで、前記フォトマスク面内のパターンの断面形状および光学特性を品質保証したことを特徴とするフォトマスク。
【請求項７】
前記オフセット量が、前記フォトマスク面内の５箇所以上で算出されたものであることを特徴とする請求項６に記載のフォトマスク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１６３１８５（Ｐ２００９−１６３１８５Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１７５（Ｐ２００８−３１７５）
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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