マスク検査方法
【課題】非破壊で微細構造パターンの側壁形状を測定することにより、所望する寸法パターンの転写結果が得られるかを判定することができるマスク検査方法を提供する。
【解決手段】ＳＥＭ写真撮影時の電子ビームの電流値と、ＳＥＭ画像のホワイトバンド幅から微細構造パターンの傾斜角度を算出し、ＳＥＭ画像の微分プロファイルから微細構造パターンのボトム部の裾引き度合いを算出する。そして、ＣＤ−ＳＥＭを用いることにより、非破壊でパターンの傾斜角度と裾引き度合いを測定でき、転写シミュレータを利用することで、所望する寸法パターンの転写結果が得られるかを精度良く判定することができる。
【解決手段】ＳＥＭ写真撮影時の電子ビームの電流値と、ＳＥＭ画像のホワイトバンド幅から微細構造パターンの傾斜角度を算出し、ＳＥＭ画像の微分プロファイルから微細構造パターンのボトム部の裾引き度合いを算出する。そして、ＣＤ−ＳＥＭを用いることにより、非破壊でパターンの傾斜角度と裾引き度合いを測定でき、転写シミュレータを利用することで、所望する寸法パターンの転写結果が得られるかを精度良く判定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物を破壊または加工することなく、走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）と略称する）の二次電子像から立体形状を計測するようにしたマスク検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体を用いて実現する大規模集積回路装置（以下、ＬＳＩと称する）の微細化が進展した結果、ＬＳＩ製造工程の１つであるリソグラフィ工程において、パターン寸法の微細化が進んできている。そのためパターン原版としてのフォトマスクも同様に微細化が進められてきており、なおかつパターンのエッジ部分の側壁形状も垂直であることが重要視されてきている。
例えば、次世代マスクとして期待されているＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）マスクは、従来のフォトマスクの透過型とは異なり反射型であるため、パターンのエッジ部分の側壁形状をなるべく垂直にすることが求められている。
【０００３】
従来、パターンの断面形状を測定する方法としては、基板を切断し、パターンの断面をＳＥＭにて測定する手法が提案されている。
また、従来、パターンの断面形状を測定する他の方法としては、原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）と略称する）を用いてカンチレバーの針の形状や測定方法を工夫することで側壁形状を測定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、半導体装置の製造プロセス管理のために、測長機能つきのＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension−Scanning Electron Microscopy）を用いてパターンの寸法測定が行われる。
このＣＤ−ＳＥＭは、電子銃から照射された電子ビームがコンデンサレンズによって収束され、アパーチャーを通って測定対象パターン上に当たった際に、測定すべきパターンの表面性状（表面の段差、材料の違い）に対応して放出される二次電子または反射電子強度をディテクターで捉えることで電気信号に変換し、二次元画像を取得する。この二次元画像の情報を元に測定対象パターンの寸法などを高精度に測定できるものである。
【特許文献１】特開平１０−１７０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ＬＳＩの高集積化が急速に進み、パターンの寸法精度が厳しくなってきている。一方、パターンの寸法精度を悪化させる要因として、微細構造パターンの側壁形状が、製造上の理由によりばらつくことがある。例えばテーパー、ボトム部の裾引きなどがある。これらの微細構造パターンの側壁形状の変化は寸法測定値やウェハ上空間像にそれぞれ影響（側壁効果）を与える。両者の側壁効果が一致していない場合、測定値が同一のパターンであっても形成されるウェハ上空間像は必ずしも同一とは限らないため、所望する寸法パターンの転写結果が得られないといった問題がある。
【０００６】
上記の問題を事前に把握するために、パターンの転写シミュレーションの役割が大きくなってきた。例えば、転写シミュレータの一つにマスクパターンの３次元情報を入力して、ウェハ上空間像を得るシミュレータがある。
しかし、従来では、ＣＤ−ＳＥＭにより正確な２次元情報を取得することはできたが、パターンの側壁形状などの３次元情報を正確に取得することは困難であったため、精度良くシミュレーションを行うことが出来なかった。
そのため近年、フォトマスクの微細構造パターンの側壁形状を精度良く測定する方法が求められている。
【０００７】
従来は、パターンが形成された基板を切断し、パターンの断面をＳＥＭにて測定することでパターンの側壁形状を正確に測定していたが、破壊検査および手間とコストがかかるといった問題があった。しかも、この方法では、破壊検査であるため当然ながらそのサンプルは製品として使用することができなくなってしまう。また、側壁形状の評価用の別サンプルを用意する方法があるが、この場合には実サンプルと評価用サンプルが全く同じものであるという保証ができないという問題がある。
また、ＡＦＭにおいては、非破壊で測定することが可能であるが、物理的にカンチレバーの針をスキャンさせながら測定するため、スループットが非常に遅いという問題がある。さらに、測定回数に応じて針が少しずつ磨耗してしまい測定値が不正確になってしまうこともあり、多くのパターンの側壁形状を測定したい場合には不適であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、フォトマスクの微細構造パターンの側壁形状をＣＤ−ＳＥＭを用いて測定し、転写シミュレータを利用することで、所望する寸法パターンの転写結果が得られるかを精度良く検査することを可能とするマスク検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の本発明は、フォトマスク上に形成された凹凸部からなる微細構造パターンを検査するマスク検査方法であって、前記フォトマスク上の前記微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察して前記微細構造パターンのＳＥＭ画像を取得する工程と、前記ＳＥＭ画像から前記微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定する工程と、前記観察時における前記ＣＤ−ＳＥＭの電子ビームの電流値と前記測定したホワイトバンド幅から前記微細構造パターンの前記傾斜面の鉛直方向に対しての傾斜角度を算出する工程と、前記ＳＥＭ画像から前記微細構造パターンの凹凸部の底部を構成するボトム部の裾引き形状を反映した微分プロファイルを算出する工程と、前記微分プロファイルから抽出した前記裾引き形状の指標値からボトム部の裾引き度合いを算出する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のマスク検査方法において、前記ホワイトバンド幅と前記傾斜角度及びボトム部の裾引き度合いの情報を用いて、検査対象マスクの転写シミュレーションを行う工程と、前記転写シミュレーションを行うことにより、所望する寸法パターンの転写後に得られたかを判定する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２記載のマスク検査方法において、前記傾斜角度を算出する工程は、前記電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と既知の傾斜角度から単位角度あたりのホワイトバンド幅の変化量である基準変化量を算出するステップと、前記傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、前記微細構造パターンを前記ＣＤ−ＳＥＭで観察する際の電子ビームの電流値を変更し、この時のＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、前記電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量を取得するステップと、前記傾斜角度が未知の検査対象パターンにおける電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と前記基準変化量から検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップとから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、前記基準変化量を算出するステップは、請求項３に記載のマスク検査方法において、前記傾斜角度が既知の微細構造パターンＡを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷＡを算出し、前記傾斜角度が前記微細構造パターンＡと異なる傾斜角度が既知の微細構造パターンＢを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷＢを算出し、基準変化量＝｜ΔＷＡ−ΔＷＢ｜／｜微細構造パターンＡの傾斜角度−微細構造パターンＢの傾斜角度｜の式から基準変化量を算出するステップであることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項３に記載のマスク検査方法において、検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップは、前記傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画素における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷを算出し、検査対象パターンの傾斜角度 ＝ パターンＡｏｒパターンＢの傾斜角度＋（ΔＷＡｏｒΔＷＢ−ΔＷ）／ 基準変化量
ただし、ΔＷＡｏｒΔＷＢ：パターンＡ又はパターンＢのホワイトバンド幅の変化量、ΔＷ：検査対象パターンのホワイトバンド幅の変化量
の式から検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フォトマスク上の微細構造パターンの側壁形状を非破壊で精度良く測定でき、転写シミュレータを利用することで、所望する寸法パターンの転写結果が得られるかどうかを精度良く判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のマスク検査方法は、ＳＥＭ画像取得時の電子ビームの電流値と、ＳＥＭ画像のホワイトバンド幅から微細構造パターンの傾斜角度を算出する工程と、ＳＥＭ画像の微分プロファイルから微細構造パターンのボトム部の裾引き度合いを算出する工程とフォトマスク上の微細構造パターンの側壁形状から、所望する寸法パターンが転写後に得られるかを判定する工程を備えていることを特徴とする。
一般的に、ＣＤ−ＳＥＭでパターンを観察すると、微細構造パターンの傾斜面部分から二次電子が多く放出されるため、傾斜面部分が明るく見える。本実施の形態では、この明るく見える傾斜面部分をホワイトバンドと呼称する。
【００１６】
微細構造パターンの傾斜面部分のホワイトバンド幅は、微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のテーパー（傾斜角度）が緩やかになるほど太くなるため、微細構造パターンの厚さとホワイトバンド幅から傾斜角度をある程度、推定することが可能である。しかしながら、傾斜角度がある程度急峻になるとホワイトバンド幅が変わらなくなってしまうため、ホワイトバンド幅から傾斜角度を推定するのは難しい。
一方、ＣＤ−ＳＥＭの電子ビームの電流値を変更すると、電流値に比例してパターンの傾斜面部分から放出される二次電子の量が増加すると考えられる。本出願人らの調査結果により、パターンの傾斜面の傾斜角度によって、電子ビームの電流値に応じてホワイトバンドの幅が変化することが分かっている。パターンの傾斜面の傾斜角度を算出する方法はこの現象を利用したものである。
このため、本発明のマスク検査方法は、検査対象パターンの傾斜角度が９０°近傍であっても、好適に傾斜角度を検査することができる。
【００１７】
本発明者らは鋭意検討の結果、パターンの傾斜角度は、ＳＥＭ画像観察時の電子ビームの電流値とＳＥＭ画像のホワイトバンド幅とが相関関係にあることを見出した。このことから、ＳＥＭ画像観察時の電子ビームの電流値と、ＳＥＭ画像のホワイトバンド幅の値を取得することにより、パターンの傾斜角度を算出することができる。
このとき、ＳＥＭ画像の観察からパターンの傾斜角度を算出することから、検査対象パターンを非破壊で検査することができる。
また、ＳＥＭ画像の画像処理を用いて傾斜角度を算出することから、検査対象パターンの傾斜角度の多点測定が容易であり、ＡＦＭと比してスループットを向上して検査することができる。
また、パターンのボトム部の裾引き度合いは、ＳＥＭ画像の微分プロファイルから算出する指標値とボトム部の裾引きの曲率半径とが相関関係にあることを見出した。このことから、ＳＥＭ画像の微分プロファイルから指標値を取得することにより、パターンのボトム部の裾引き度合いを算出することができる。
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明にかかるマスク検査方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明にかかるマスク検査方法のマスク検査工程を示すフロー図、図２は本発明のマスク検査方法によるホワイトバンド幅の基準変化量を算出するフロー図、図３は本発明のマスク検査方法による検査対象パターンの傾斜角度を測定するフロー図である。
【００１９】
図１に示すステップＳ１は、基準変化量を算出するステップであり、フォトマスク上に形成された凹凸部からなる微細構造パターンにおいて、傾斜角度が既知の微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察し、このＳＥＭ画像から微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面の傾斜角度を測定し、ＣＤ−ＳＥＭで観察する時の電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と既知の傾斜角度から単位角度あたりのホワイトバンド幅の変化量を基準変化量として算出する。
基準変化量は、「微細構造パターンの傾斜角度と、ＳＥＭ写真撮影時の電子ビームの電流値と、ＳＥＭ写真のホワイトバンド幅との間の相関」を把握するために、複数の傾斜角度が既知の微細構造パターンを測定し、統計学的処理を行って決定すればよい。
具体的には、傾斜角度が既知の微細構造パターンを用意し、微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察する際の電子ビームの電流値を変更し、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と既知の傾斜角度から算出して良い。
【００２０】
また、基準変化量はＳＥＭシミュレータを用いて算出しても良い。ここで、ＳＥＭシミュレータとは、ＣＤ−ＳＥＭの電子銃から放出された電子ビームが微細構造パターンに照射された際に放出される二次電子の挙動を、モンテカルロ法などで計算することにより、パターンのＳＥＭ画像や二次電子の輝度分布を予測するソフトウェアである。
シミュレーションでは、当然ながら電子ビームの条件（加速電圧、電流値など）を任意に変更できる。また、微細構造パターンの材料を任意に設定することができると伴に、パターンの三次元形状も任意に設計することが可能である。このため、ＳＥＭシミュレータで得られた画像や輝度分布から、ホワイトバンド幅を測定することができる。
【００２１】
以下、一例として、傾斜角度が異なるサンプルを２つ用意し、電子ビームの電流値を変えた条件を２種類設定した場合の基準変化量の算出する場合について説明する。
まず、傾斜角度を測定したいサンプルと同じ材料（レジスト、クロムなど）で傾斜角度が異なるパターンを２つ作成する（以下、それぞれ、パターンＡ、パターンＢとする）。この傾斜角度はＳＥＭやＡＦＭ（原子間力顕微鏡）などを利用して測定し既知であるとする。なお、２つの傾斜角度の値はなるべく差がある方が望ましい。例えば、一方のパターンの傾斜角度はほぼ垂直に近く、もう一方のパターンの傾斜角度は７０°程度のテーパー形状になっているのが良い。
次に、ＣＤ−ＳＥＭでの測定条件として、電子ビームの電流値を変えた条件を２種類設定する（以下、ＳＥＭ条件１、ＳＥＭ条件２とする）。
【００２２】
次に、傾斜面の傾斜角度１°あたりのホワイトバンド幅の基準変化量を算出する手順について図２を参照して説明する。なお、本例における基準変化量の次元は［長さ／角度］である。
まず、パターンＡに移動して（ステップＳ８）、ＳＥＭ条件１で傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ９）。次いで、ＳＥＭ条件２で傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１０）。このステップＳ９とＳ１０の結果からホワイトバンド幅の変化量ΔＷＡを算出する（ステップＳ１１）。
次に、パターンＢに移動して（ステップＳ１２）、ＳＥＭ条件１で傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１３）。次に、ＳＥＭ条件２で傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１４）。このステップＳ１３とＳ１４の結果からホワイトバンド幅の変化量ΔＷＢを算出する（ステップＳ１５）。
最後にパターンＡ，Ｂの傾斜角度差ΔＷＡ−ΔＷＢから下記式を用いて基準変化量を算出する（ステップＳ１６）。
｜ΔＷＡ−ΔＷＢ｜／｜微細構造パターンＡの傾斜角度−微細構造パターンＢの傾斜角度｜＝基準変化量
【００２３】
なお、ＳＥＭシミュレータを利用する場合には、基準変化量を算出するためのサンプル製作及びＳＥＭ条件１、ＳＥＭ条件２でのホワイトバンド幅の測定を全てコンピューター上の計算によって行って良い。
【００２４】
検査対象パターンの変化量を取得する場合は、図１に示すステップＳ２において、傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察する際の電子ビームの電流値を変更する。そして、変更した電流値による電子ビームを検査対象パターンに照射してＳＥＭ画像を取得し、このＳＥＭ画像における微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定し、電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量を取得する。
次に、図１に示すステップＳ３において、傾斜角度が未知の検査対象パターンにおける電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と基準変化量から検査対象パターンの傾斜角度を算出する。
検査対象パターンの傾斜角度の算出は、基準変化量の算出方法に応じて行えば良い。
以上より、ＣＤ−ＳＥＭを利用して検査対象パターンの傾斜角度を測定することが可能となる。
【００２５】
次に、傾斜角度が異なるサンプルを２つ用意し、電子ビームの電流値を変えた条件を２種類設定した場合の検査対象パターンの傾斜角度の算出方法について図３を参照して説明する。
まず、傾斜角度が未知の測定パターンに移動して（ステップＳ１７）、ＳＥＭ条件１で微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１８）。次に、ＳＥＭ条件２で微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１９）。そして、ステップＳ１８とＳ１９の結果からホワイトバンド幅の変化量ΔＷを算出する（ステップＳ２０）。最後に、基準変化量とパターンＡｏｒパターンＢの傾斜角度及びホワイトバンド幅の変化量から、検査対象パターンの傾斜角度を、下記式を用いて算出する（ステップＳ２１）。
検査対象パターンの傾斜角度＝パターンＡｏｒパターンＢの傾斜角度＋（ΔＷＡｏｒΔＷＢ−ΔＷ）／基準変化量
ただし、ΔＷＡｏｒΔＷＢ：パターンＡ又はパターンＢのホワイトバンド幅の変化量、ΔＷ：検査対象パターンのホワイトバンド幅の変化量である。
【００２６】
次に、微細構造パターンの凹凸部の底部を構成するボトム部の裾引き度合いを算出する方法について説明する。
まず、図１に示すステップＳ４において、裾引き形状（微細構造パターンの凹凸部の底部を構成するボトム部の湾曲した凹状の形状）の指標値を算出する。この場合、図４に示す４０１、４０２が微細構造パターンの傾斜面形状をそれぞれ表すもので、図４（ａ）は裾引き形状が小さい例、図４（ｂ）は裾引き形状が大きい例を示している。また、図４に示す４０３、４０４は傾斜面形状４０１、４０２に対応するＳＥＭ信号量のラインプロファイルを表している。このラインプロファイルは、２次電子の電子量に対応した輝度信号を表すものであり、パターンの傾斜面形状を反映すると考えられている。また、図４に示す４０５、４０６はラインプロファイル４０３、４０４に対して、１次微分処理を施した微分プロファイルを表している。
また、裾引き形状の指標値として、微分プロファイルのピーク位置４０７、４０８と微分プロファイルの値が０になる位置４０９、４１０との距離４１１、４１２を指標値として定義する。
【００２７】
次に、図１に示すステップＳ５において、裾引き度合いを算出する。ここで、前記指標値とボトム部の裾引き形状の曲率半径には相関関係があることが分かっているから、前記指標値を算出することにより、ボトム部の裾引き度合い（ボトム部の湾曲の大きさ）を算出することができる。この場合、あらかじめ実験などにより、前記指標値とボトム部の裾引き形状の曲率半径との相関グラフおよび相関曲線を作成しておき、それを基にして裾引き度合いを決定すればよい。
次に、図１に示すステップＳ６において、検査対象マスクの転写シミュレーションを行う。この転写シミュレーションは、ＣＤ−ＳＥＭによって得られた寸法値などの２次元情報及び側壁形状などの３次元情報を入力して行う。
次に、図１に示すステップＳ７において、所望する寸法パターンの転写像が得られたかの判定を行う。その結果、所望する寸法パターンの転写像が得られなかったマスクは不良品と判定し、再度マスクを作製する。
【００２８】
次に、本発明にかかるマスク検査方法の実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例においては、フォトマスク基板の材料は限定されないが、本実施例では、合成石英基板を使用した。また、微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面の形状がほぼ垂直、テーパー状、ボトム部に裾引きがある形状のフォトマスクを作製するため、３枚作製した（以下、マスクA、マスクB、マスクCと呼ぶことにする）。
【００２９】
次に、基板表面に金属膜を成膜した。本実施例においては、金属膜の材料は限定されないが、本実施例では、クロムを成膜した。
次に、電子線ポジ型レジストであるＺＥＰ５２０Ａ（日本ゼオン株式会社製）を２００ｎｍの厚さで前記クロム膜表面に塗布した。
次に、図示しない電子線描画装置を用いて、露光を行った。型用レジストに対して１００ｎｍ〜１０μｍのラインパターンを描画した。このときの条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ２とした。
次いで、現像を行ってレジストパターンを形成した。
【００３０】
次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、クロム膜をエッチングし凹凸パターンを形成した。エッチングはマスク毎に異なる条件で行い、パターンの傾斜面形状が異なるマスクを作製した。
最後に、レジストを剥離し、洗浄を行い、３種類のマスクを作製した。
次に、作製したマスクに対して、図１に示す検査手順に従い、検査を実施した。今回は、傾斜角度を求めるために必要な基準変動量を算出するために、マスクAおよびマスクBを基準マスクとして使用し、マスクCを検査対象マスクとした。
【００３１】
次に、パターン傾斜面の傾斜角度１°あたりの基準変動量を算出するために、マスクＡ、マスクＢ上のＳｐａｃｅパターン（以下、マスクＡのパターンをパターンＡ、マスクＢのパターンをパターンＢと呼ぶことにする）を用意した。それぞれのマスクにおけるパターンの傾斜角度はすでにＡＦＭで測定されており、パターンＡの左傾斜面が８７°、パターンＢの左傾斜面が７８°であった。
ＣＤ−ＳＥＭの測定条件は次のように設定した。
ＳＥＭ条件１：ビーム電流５ｐＡ
ＳＥＭ条件２：ビーム電流１０ｐＡ
【００３２】
まず、パターンＡに移動し、ＳＥＭ条件１にて画像を取得しホワイトバンド幅を測定したところ、１９．９ｎｍであった。
次に、同じパターンＡにおいて、ＳＥＭ条件２にて画像を取得しホワイトバンド幅を測定したところ、２１．０ｎｍであった。
よって、ホワイトバンド幅のＳＥＭ条件による変化量は２１．０−１９．９＝１．１ｎｍである。
【００３３】
次にパターンＢに移動し、ＳＥＭ条件１にて画像を取得しホワイトバンド幅を測定したところ、２５．７ｎｍであった。
次に、同じパターンにおいて、ＳＥＭ条件２にて画像を取得しホワイトバンド幅を測定したところ、２９．７ｎｍであった。
よって、ホワイトバンド幅のＳＥＭ条件による変化量は２９．７−２５．７＝４．０ｎｍである。
【００３４】
パターンＡ、パターンＢの各ＳＥＭ条件でのパターン画像を図５に示す。
また、ホワイトバンドの変化量と傾斜角度の関係のグラフを図６に示す。
パターンＡ、Ｂの傾斜角度差（８７°−７８°＝９°）とホワイトバンド幅の変化量の差（４．０−１．１＝２．９ｎｍ）から、傾斜角度１°あたりの基準変化量を０．３２［ｎｍ／角度］とした。
【００３５】
検査対象パターンの傾斜角度を算出するに際しては、まず、実際に測定したい傾斜角度が未知のパターン（マスクC上のパターンとする）に移動し、ＳＥＭ条件１及びＳＥＭ条件２で画像を取得しホワイトバンド幅を測定した。その結果、ＳＥＭ条件１では１９．７ｎｍ、ＳＥＭ条件２では２１．５ｎｍとなり、変化量は１．８ｎｍであった。
次に、下記式から傾斜角度を算出した。
検査対象パターンの傾斜角度＝パターンＢの傾斜角度＋（ΔＷＢ−ΔＷ）／基準変化量
ただし、ΔＷＢ：パターンＢのホワイトバンド幅の変化量、ΔＷ：検査対象パターンのホワイトバンド幅の変化量である。
よって、検査対象パターンの傾斜角度は、７８°＋（４．０−１．８）／０．３２＝８４．９°となった。
なお、ＡＦＭを使って上記パターンの傾斜角度を測定したところ８５°となっており、本発明方法による測定結果とほぼ一致した。
なお、図７は本実施例における裾引き度合いの指標値とボトム部の曲率半径の関係を示すグラフである。
【００３６】
裾引き度合いの算出に際しては、まず、３種類のマスクのＳＥＭ画像から微分プロファイルを算出し、この微分プロファイルから指標値を算出した。マスクA、マスクBはそれぞれ指標値が１２ｎｍ、１４ｎｍと小さく、マスクCは指標値が２０ｎｍであった。つまり、この結果からマスクCは裾引き度合いが大きいことが推定できた。
次に、図１に示すステップＳ６において、転写シミュレーションを行った。
転写シミュレーションに際しては、ＣＤ−ＳＥＭによって得られた寸法値、傾斜角度、裾引き度合いの情報を入力し、３次元的な情報を考慮した転写シミュレーションを行った。マスクCは側壁形状がテーパーで裾引き度合いが大きいパターンであったため、所望する寸法パターンの結果は得られなかった。よって、マスクCを非破壊で不良品と判定することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかるマスク検査方法のマスク検査工程を示すフロー図である。
【図２】本発明のマスク検査方法によるホワイトバンド幅の基準変化量を算出するフロー図である。
【図３】本発明のマスク検査方法による検査対象パターンの傾斜角度を測定するフロー図である。
【図４】本発明の実施例にけるＳＥＭ画像とホワイトバンド幅の測定結果である。
【図５】本発明の実施例におけるＳＥＭ画像とホワイトバンド幅の測定結果である。
【図６】本発明の実施例におけるホワイトバンド幅の変動量と傾斜角度の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例における裾引き度合いの指標値とボトム部の曲率半径の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
Ｓ１……単位角度あたりの基準変化量を算出ステップ、Ｓ２……検査対象パターンの変化量を算出ステップ、Ｓ３……検査対象パターンの傾斜角度を算出ステップ、Ｓ４……裾引き形状の指標値を算出ステップ、Ｓ５……裾引き度合いを算出ステップ、Ｓ６……転写シミュレーションステップ、Ｓ７……判定ステップ、Ｓ８……パターンＡに移動ステップ、Ｓ９……ＳＥＭ条件１でのパターンＡのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１０……ＳＥＭ条件２でのパターンＡのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１１……パターンＡのホワイトバンド幅の変化量測定ステップ、Ｓ１２……パターンＢに移動ステップ、Ｓ１３……ＳＥＭ条件１でのパターンＢのエッジホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１４……ＳＥＭ条件２でのパターンＢのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１５……パターンＢのホワイトバンド幅の変化量測定ステップ、Ｓ１６……パターンＡ，Ｂの傾斜角度差とホワイトバンド幅変化量の差から基準変化量を測定するステップ、Ｓ１７……測定パターンに移動ステップ、Ｓ１８……ＳＥＭ条件１で測定パターンのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１９……ＳＥＭ条件２で測定パターンのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ２０……測定パターンのホワイトバンド幅の変化量測定ステップ、Ｓ２１……基準変化量から測定パターンの傾斜角度算出ステップ、４０１，４０２……微細構造パターンの側壁形状、４０３，４０４……ＳＥＭ写真信号量のラインプロファイル、４０５，４０６……微分プロファイル、４０７，４０８……微分プロファイルのピーク位置、４０９，４１０……微分プロファイルの値が０になる位置、４１１，４１２……裾引き指標値。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物を破壊または加工することなく、走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）と略称する）の二次電子像から立体形状を計測するようにしたマスク検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体を用いて実現する大規模集積回路装置（以下、ＬＳＩと称する）の微細化が進展した結果、ＬＳＩ製造工程の１つであるリソグラフィ工程において、パターン寸法の微細化が進んできている。そのためパターン原版としてのフォトマスクも同様に微細化が進められてきており、なおかつパターンのエッジ部分の側壁形状も垂直であることが重要視されてきている。
例えば、次世代マスクとして期待されているＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）マスクは、従来のフォトマスクの透過型とは異なり反射型であるため、パターンのエッジ部分の側壁形状をなるべく垂直にすることが求められている。
【０００３】
従来、パターンの断面形状を測定する方法としては、基板を切断し、パターンの断面をＳＥＭにて測定する手法が提案されている。
また、従来、パターンの断面形状を測定する他の方法としては、原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）と略称する）を用いてカンチレバーの針の形状や測定方法を工夫することで側壁形状を測定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、半導体装置の製造プロセス管理のために、測長機能つきのＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension−Scanning Electron Microscopy）を用いてパターンの寸法測定が行われる。
このＣＤ−ＳＥＭは、電子銃から照射された電子ビームがコンデンサレンズによって収束され、アパーチャーを通って測定対象パターン上に当たった際に、測定すべきパターンの表面性状（表面の段差、材料の違い）に対応して放出される二次電子または反射電子強度をディテクターで捉えることで電気信号に変換し、二次元画像を取得する。この二次元画像の情報を元に測定対象パターンの寸法などを高精度に測定できるものである。
【特許文献１】特開平１０−１７０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ＬＳＩの高集積化が急速に進み、パターンの寸法精度が厳しくなってきている。一方、パターンの寸法精度を悪化させる要因として、微細構造パターンの側壁形状が、製造上の理由によりばらつくことがある。例えばテーパー、ボトム部の裾引きなどがある。これらの微細構造パターンの側壁形状の変化は寸法測定値やウェハ上空間像にそれぞれ影響（側壁効果）を与える。両者の側壁効果が一致していない場合、測定値が同一のパターンであっても形成されるウェハ上空間像は必ずしも同一とは限らないため、所望する寸法パターンの転写結果が得られないといった問題がある。
【０００６】
上記の問題を事前に把握するために、パターンの転写シミュレーションの役割が大きくなってきた。例えば、転写シミュレータの一つにマスクパターンの３次元情報を入力して、ウェハ上空間像を得るシミュレータがある。
しかし、従来では、ＣＤ−ＳＥＭにより正確な２次元情報を取得することはできたが、パターンの側壁形状などの３次元情報を正確に取得することは困難であったため、精度良くシミュレーションを行うことが出来なかった。
そのため近年、フォトマスクの微細構造パターンの側壁形状を精度良く測定する方法が求められている。
【０００７】
従来は、パターンが形成された基板を切断し、パターンの断面をＳＥＭにて測定することでパターンの側壁形状を正確に測定していたが、破壊検査および手間とコストがかかるといった問題があった。しかも、この方法では、破壊検査であるため当然ながらそのサンプルは製品として使用することができなくなってしまう。また、側壁形状の評価用の別サンプルを用意する方法があるが、この場合には実サンプルと評価用サンプルが全く同じものであるという保証ができないという問題がある。
また、ＡＦＭにおいては、非破壊で測定することが可能であるが、物理的にカンチレバーの針をスキャンさせながら測定するため、スループットが非常に遅いという問題がある。さらに、測定回数に応じて針が少しずつ磨耗してしまい測定値が不正確になってしまうこともあり、多くのパターンの側壁形状を測定したい場合には不適であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、フォトマスクの微細構造パターンの側壁形状をＣＤ−ＳＥＭを用いて測定し、転写シミュレータを利用することで、所望する寸法パターンの転写結果が得られるかを精度良く検査することを可能とするマスク検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の本発明は、フォトマスク上に形成された凹凸部からなる微細構造パターンを検査するマスク検査方法であって、前記フォトマスク上の前記微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察して前記微細構造パターンのＳＥＭ画像を取得する工程と、前記ＳＥＭ画像から前記微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定する工程と、前記観察時における前記ＣＤ−ＳＥＭの電子ビームの電流値と前記測定したホワイトバンド幅から前記微細構造パターンの前記傾斜面の鉛直方向に対しての傾斜角度を算出する工程と、前記ＳＥＭ画像から前記微細構造パターンの凹凸部の底部を構成するボトム部の裾引き形状を反映した微分プロファイルを算出する工程と、前記微分プロファイルから抽出した前記裾引き形状の指標値からボトム部の裾引き度合いを算出する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のマスク検査方法において、前記ホワイトバンド幅と前記傾斜角度及びボトム部の裾引き度合いの情報を用いて、検査対象マスクの転写シミュレーションを行う工程と、前記転写シミュレーションを行うことにより、所望する寸法パターンの転写後に得られたかを判定する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２記載のマスク検査方法において、前記傾斜角度を算出する工程は、前記電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と既知の傾斜角度から単位角度あたりのホワイトバンド幅の変化量である基準変化量を算出するステップと、前記傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、前記微細構造パターンを前記ＣＤ−ＳＥＭで観察する際の電子ビームの電流値を変更し、この時のＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、前記電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量を取得するステップと、前記傾斜角度が未知の検査対象パターンにおける電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と前記基準変化量から検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップとから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、前記基準変化量を算出するステップは、請求項３に記載のマスク検査方法において、前記傾斜角度が既知の微細構造パターンＡを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷＡを算出し、前記傾斜角度が前記微細構造パターンＡと異なる傾斜角度が既知の微細構造パターンＢを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷＢを算出し、基準変化量＝｜ΔＷＡ−ΔＷＢ｜／｜微細構造パターンＡの傾斜角度−微細構造パターンＢの傾斜角度｜の式から基準変化量を算出するステップであることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項３に記載のマスク検査方法において、検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップは、前記傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画素における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷを算出し、検査対象パターンの傾斜角度 ＝ パターンＡｏｒパターンＢの傾斜角度＋（ΔＷＡｏｒΔＷＢ−ΔＷ）／ 基準変化量
ただし、ΔＷＡｏｒΔＷＢ：パターンＡ又はパターンＢのホワイトバンド幅の変化量、ΔＷ：検査対象パターンのホワイトバンド幅の変化量
の式から検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フォトマスク上の微細構造パターンの側壁形状を非破壊で精度良く測定でき、転写シミュレータを利用することで、所望する寸法パターンの転写結果が得られるかどうかを精度良く判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のマスク検査方法は、ＳＥＭ画像取得時の電子ビームの電流値と、ＳＥＭ画像のホワイトバンド幅から微細構造パターンの傾斜角度を算出する工程と、ＳＥＭ画像の微分プロファイルから微細構造パターンのボトム部の裾引き度合いを算出する工程とフォトマスク上の微細構造パターンの側壁形状から、所望する寸法パターンが転写後に得られるかを判定する工程を備えていることを特徴とする。
一般的に、ＣＤ−ＳＥＭでパターンを観察すると、微細構造パターンの傾斜面部分から二次電子が多く放出されるため、傾斜面部分が明るく見える。本実施の形態では、この明るく見える傾斜面部分をホワイトバンドと呼称する。
【００１６】
微細構造パターンの傾斜面部分のホワイトバンド幅は、微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のテーパー（傾斜角度）が緩やかになるほど太くなるため、微細構造パターンの厚さとホワイトバンド幅から傾斜角度をある程度、推定することが可能である。しかしながら、傾斜角度がある程度急峻になるとホワイトバンド幅が変わらなくなってしまうため、ホワイトバンド幅から傾斜角度を推定するのは難しい。
一方、ＣＤ−ＳＥＭの電子ビームの電流値を変更すると、電流値に比例してパターンの傾斜面部分から放出される二次電子の量が増加すると考えられる。本出願人らの調査結果により、パターンの傾斜面の傾斜角度によって、電子ビームの電流値に応じてホワイトバンドの幅が変化することが分かっている。パターンの傾斜面の傾斜角度を算出する方法はこの現象を利用したものである。
このため、本発明のマスク検査方法は、検査対象パターンの傾斜角度が９０°近傍であっても、好適に傾斜角度を検査することができる。
【００１７】
本発明者らは鋭意検討の結果、パターンの傾斜角度は、ＳＥＭ画像観察時の電子ビームの電流値とＳＥＭ画像のホワイトバンド幅とが相関関係にあることを見出した。このことから、ＳＥＭ画像観察時の電子ビームの電流値と、ＳＥＭ画像のホワイトバンド幅の値を取得することにより、パターンの傾斜角度を算出することができる。
このとき、ＳＥＭ画像の観察からパターンの傾斜角度を算出することから、検査対象パターンを非破壊で検査することができる。
また、ＳＥＭ画像の画像処理を用いて傾斜角度を算出することから、検査対象パターンの傾斜角度の多点測定が容易であり、ＡＦＭと比してスループットを向上して検査することができる。
また、パターンのボトム部の裾引き度合いは、ＳＥＭ画像の微分プロファイルから算出する指標値とボトム部の裾引きの曲率半径とが相関関係にあることを見出した。このことから、ＳＥＭ画像の微分プロファイルから指標値を取得することにより、パターンのボトム部の裾引き度合いを算出することができる。
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明にかかるマスク検査方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明にかかるマスク検査方法のマスク検査工程を示すフロー図、図２は本発明のマスク検査方法によるホワイトバンド幅の基準変化量を算出するフロー図、図３は本発明のマスク検査方法による検査対象パターンの傾斜角度を測定するフロー図である。
【００１９】
図１に示すステップＳ１は、基準変化量を算出するステップであり、フォトマスク上に形成された凹凸部からなる微細構造パターンにおいて、傾斜角度が既知の微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察し、このＳＥＭ画像から微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面の傾斜角度を測定し、ＣＤ−ＳＥＭで観察する時の電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と既知の傾斜角度から単位角度あたりのホワイトバンド幅の変化量を基準変化量として算出する。
基準変化量は、「微細構造パターンの傾斜角度と、ＳＥＭ写真撮影時の電子ビームの電流値と、ＳＥＭ写真のホワイトバンド幅との間の相関」を把握するために、複数の傾斜角度が既知の微細構造パターンを測定し、統計学的処理を行って決定すればよい。
具体的には、傾斜角度が既知の微細構造パターンを用意し、微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察する際の電子ビームの電流値を変更し、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と既知の傾斜角度から算出して良い。
【００２０】
また、基準変化量はＳＥＭシミュレータを用いて算出しても良い。ここで、ＳＥＭシミュレータとは、ＣＤ−ＳＥＭの電子銃から放出された電子ビームが微細構造パターンに照射された際に放出される二次電子の挙動を、モンテカルロ法などで計算することにより、パターンのＳＥＭ画像や二次電子の輝度分布を予測するソフトウェアである。
シミュレーションでは、当然ながら電子ビームの条件（加速電圧、電流値など）を任意に変更できる。また、微細構造パターンの材料を任意に設定することができると伴に、パターンの三次元形状も任意に設計することが可能である。このため、ＳＥＭシミュレータで得られた画像や輝度分布から、ホワイトバンド幅を測定することができる。
【００２１】
以下、一例として、傾斜角度が異なるサンプルを２つ用意し、電子ビームの電流値を変えた条件を２種類設定した場合の基準変化量の算出する場合について説明する。
まず、傾斜角度を測定したいサンプルと同じ材料（レジスト、クロムなど）で傾斜角度が異なるパターンを２つ作成する（以下、それぞれ、パターンＡ、パターンＢとする）。この傾斜角度はＳＥＭやＡＦＭ（原子間力顕微鏡）などを利用して測定し既知であるとする。なお、２つの傾斜角度の値はなるべく差がある方が望ましい。例えば、一方のパターンの傾斜角度はほぼ垂直に近く、もう一方のパターンの傾斜角度は７０°程度のテーパー形状になっているのが良い。
次に、ＣＤ−ＳＥＭでの測定条件として、電子ビームの電流値を変えた条件を２種類設定する（以下、ＳＥＭ条件１、ＳＥＭ条件２とする）。
【００２２】
次に、傾斜面の傾斜角度１°あたりのホワイトバンド幅の基準変化量を算出する手順について図２を参照して説明する。なお、本例における基準変化量の次元は［長さ／角度］である。
まず、パターンＡに移動して（ステップＳ８）、ＳＥＭ条件１で傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ９）。次いで、ＳＥＭ条件２で傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１０）。このステップＳ９とＳ１０の結果からホワイトバンド幅の変化量ΔＷＡを算出する（ステップＳ１１）。
次に、パターンＢに移動して（ステップＳ１２）、ＳＥＭ条件１で傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１３）。次に、ＳＥＭ条件２で傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１４）。このステップＳ１３とＳ１４の結果からホワイトバンド幅の変化量ΔＷＢを算出する（ステップＳ１５）。
最後にパターンＡ，Ｂの傾斜角度差ΔＷＡ−ΔＷＢから下記式を用いて基準変化量を算出する（ステップＳ１６）。
｜ΔＷＡ−ΔＷＢ｜／｜微細構造パターンＡの傾斜角度−微細構造パターンＢの傾斜角度｜＝基準変化量
【００２３】
なお、ＳＥＭシミュレータを利用する場合には、基準変化量を算出するためのサンプル製作及びＳＥＭ条件１、ＳＥＭ条件２でのホワイトバンド幅の測定を全てコンピューター上の計算によって行って良い。
【００２４】
検査対象パターンの変化量を取得する場合は、図１に示すステップＳ２において、傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察する際の電子ビームの電流値を変更する。そして、変更した電流値による電子ビームを検査対象パターンに照射してＳＥＭ画像を取得し、このＳＥＭ画像における微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定し、電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量を取得する。
次に、図１に示すステップＳ３において、傾斜角度が未知の検査対象パターンにおける電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と基準変化量から検査対象パターンの傾斜角度を算出する。
検査対象パターンの傾斜角度の算出は、基準変化量の算出方法に応じて行えば良い。
以上より、ＣＤ−ＳＥＭを利用して検査対象パターンの傾斜角度を測定することが可能となる。
【００２５】
次に、傾斜角度が異なるサンプルを２つ用意し、電子ビームの電流値を変えた条件を２種類設定した場合の検査対象パターンの傾斜角度の算出方法について図３を参照して説明する。
まず、傾斜角度が未知の測定パターンに移動して（ステップＳ１７）、ＳＥＭ条件１で微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１８）。次に、ＳＥＭ条件２で微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定する（ステップＳ１９）。そして、ステップＳ１８とＳ１９の結果からホワイトバンド幅の変化量ΔＷを算出する（ステップＳ２０）。最後に、基準変化量とパターンＡｏｒパターンＢの傾斜角度及びホワイトバンド幅の変化量から、検査対象パターンの傾斜角度を、下記式を用いて算出する（ステップＳ２１）。
検査対象パターンの傾斜角度＝パターンＡｏｒパターンＢの傾斜角度＋（ΔＷＡｏｒΔＷＢ−ΔＷ）／基準変化量
ただし、ΔＷＡｏｒΔＷＢ：パターンＡ又はパターンＢのホワイトバンド幅の変化量、ΔＷ：検査対象パターンのホワイトバンド幅の変化量である。
【００２６】
次に、微細構造パターンの凹凸部の底部を構成するボトム部の裾引き度合いを算出する方法について説明する。
まず、図１に示すステップＳ４において、裾引き形状（微細構造パターンの凹凸部の底部を構成するボトム部の湾曲した凹状の形状）の指標値を算出する。この場合、図４に示す４０１、４０２が微細構造パターンの傾斜面形状をそれぞれ表すもので、図４（ａ）は裾引き形状が小さい例、図４（ｂ）は裾引き形状が大きい例を示している。また、図４に示す４０３、４０４は傾斜面形状４０１、４０２に対応するＳＥＭ信号量のラインプロファイルを表している。このラインプロファイルは、２次電子の電子量に対応した輝度信号を表すものであり、パターンの傾斜面形状を反映すると考えられている。また、図４に示す４０５、４０６はラインプロファイル４０３、４０４に対して、１次微分処理を施した微分プロファイルを表している。
また、裾引き形状の指標値として、微分プロファイルのピーク位置４０７、４０８と微分プロファイルの値が０になる位置４０９、４１０との距離４１１、４１２を指標値として定義する。
【００２７】
次に、図１に示すステップＳ５において、裾引き度合いを算出する。ここで、前記指標値とボトム部の裾引き形状の曲率半径には相関関係があることが分かっているから、前記指標値を算出することにより、ボトム部の裾引き度合い（ボトム部の湾曲の大きさ）を算出することができる。この場合、あらかじめ実験などにより、前記指標値とボトム部の裾引き形状の曲率半径との相関グラフおよび相関曲線を作成しておき、それを基にして裾引き度合いを決定すればよい。
次に、図１に示すステップＳ６において、検査対象マスクの転写シミュレーションを行う。この転写シミュレーションは、ＣＤ−ＳＥＭによって得られた寸法値などの２次元情報及び側壁形状などの３次元情報を入力して行う。
次に、図１に示すステップＳ７において、所望する寸法パターンの転写像が得られたかの判定を行う。その結果、所望する寸法パターンの転写像が得られなかったマスクは不良品と判定し、再度マスクを作製する。
【００２８】
次に、本発明にかかるマスク検査方法の実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例においては、フォトマスク基板の材料は限定されないが、本実施例では、合成石英基板を使用した。また、微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面の形状がほぼ垂直、テーパー状、ボトム部に裾引きがある形状のフォトマスクを作製するため、３枚作製した（以下、マスクA、マスクB、マスクCと呼ぶことにする）。
【００２９】
次に、基板表面に金属膜を成膜した。本実施例においては、金属膜の材料は限定されないが、本実施例では、クロムを成膜した。
次に、電子線ポジ型レジストであるＺＥＰ５２０Ａ（日本ゼオン株式会社製）を２００ｎｍの厚さで前記クロム膜表面に塗布した。
次に、図示しない電子線描画装置を用いて、露光を行った。型用レジストに対して１００ｎｍ〜１０μｍのラインパターンを描画した。このときの条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ２とした。
次いで、現像を行ってレジストパターンを形成した。
【００３０】
次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、クロム膜をエッチングし凹凸パターンを形成した。エッチングはマスク毎に異なる条件で行い、パターンの傾斜面形状が異なるマスクを作製した。
最後に、レジストを剥離し、洗浄を行い、３種類のマスクを作製した。
次に、作製したマスクに対して、図１に示す検査手順に従い、検査を実施した。今回は、傾斜角度を求めるために必要な基準変動量を算出するために、マスクAおよびマスクBを基準マスクとして使用し、マスクCを検査対象マスクとした。
【００３１】
次に、パターン傾斜面の傾斜角度１°あたりの基準変動量を算出するために、マスクＡ、マスクＢ上のＳｐａｃｅパターン（以下、マスクＡのパターンをパターンＡ、マスクＢのパターンをパターンＢと呼ぶことにする）を用意した。それぞれのマスクにおけるパターンの傾斜角度はすでにＡＦＭで測定されており、パターンＡの左傾斜面が８７°、パターンＢの左傾斜面が７８°であった。
ＣＤ−ＳＥＭの測定条件は次のように設定した。
ＳＥＭ条件１：ビーム電流５ｐＡ
ＳＥＭ条件２：ビーム電流１０ｐＡ
【００３２】
まず、パターンＡに移動し、ＳＥＭ条件１にて画像を取得しホワイトバンド幅を測定したところ、１９．９ｎｍであった。
次に、同じパターンＡにおいて、ＳＥＭ条件２にて画像を取得しホワイトバンド幅を測定したところ、２１．０ｎｍであった。
よって、ホワイトバンド幅のＳＥＭ条件による変化量は２１．０−１９．９＝１．１ｎｍである。
【００３３】
次にパターンＢに移動し、ＳＥＭ条件１にて画像を取得しホワイトバンド幅を測定したところ、２５．７ｎｍであった。
次に、同じパターンにおいて、ＳＥＭ条件２にて画像を取得しホワイトバンド幅を測定したところ、２９．７ｎｍであった。
よって、ホワイトバンド幅のＳＥＭ条件による変化量は２９．７−２５．７＝４．０ｎｍである。
【００３４】
パターンＡ、パターンＢの各ＳＥＭ条件でのパターン画像を図５に示す。
また、ホワイトバンドの変化量と傾斜角度の関係のグラフを図６に示す。
パターンＡ、Ｂの傾斜角度差（８７°−７８°＝９°）とホワイトバンド幅の変化量の差（４．０−１．１＝２．９ｎｍ）から、傾斜角度１°あたりの基準変化量を０．３２［ｎｍ／角度］とした。
【００３５】
検査対象パターンの傾斜角度を算出するに際しては、まず、実際に測定したい傾斜角度が未知のパターン（マスクC上のパターンとする）に移動し、ＳＥＭ条件１及びＳＥＭ条件２で画像を取得しホワイトバンド幅を測定した。その結果、ＳＥＭ条件１では１９．７ｎｍ、ＳＥＭ条件２では２１．５ｎｍとなり、変化量は１．８ｎｍであった。
次に、下記式から傾斜角度を算出した。
検査対象パターンの傾斜角度＝パターンＢの傾斜角度＋（ΔＷＢ−ΔＷ）／基準変化量
ただし、ΔＷＢ：パターンＢのホワイトバンド幅の変化量、ΔＷ：検査対象パターンのホワイトバンド幅の変化量である。
よって、検査対象パターンの傾斜角度は、７８°＋（４．０−１．８）／０．３２＝８４．９°となった。
なお、ＡＦＭを使って上記パターンの傾斜角度を測定したところ８５°となっており、本発明方法による測定結果とほぼ一致した。
なお、図７は本実施例における裾引き度合いの指標値とボトム部の曲率半径の関係を示すグラフである。
【００３６】
裾引き度合いの算出に際しては、まず、３種類のマスクのＳＥＭ画像から微分プロファイルを算出し、この微分プロファイルから指標値を算出した。マスクA、マスクBはそれぞれ指標値が１２ｎｍ、１４ｎｍと小さく、マスクCは指標値が２０ｎｍであった。つまり、この結果からマスクCは裾引き度合いが大きいことが推定できた。
次に、図１に示すステップＳ６において、転写シミュレーションを行った。
転写シミュレーションに際しては、ＣＤ−ＳＥＭによって得られた寸法値、傾斜角度、裾引き度合いの情報を入力し、３次元的な情報を考慮した転写シミュレーションを行った。マスクCは側壁形状がテーパーで裾引き度合いが大きいパターンであったため、所望する寸法パターンの結果は得られなかった。よって、マスクCを非破壊で不良品と判定することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかるマスク検査方法のマスク検査工程を示すフロー図である。
【図２】本発明のマスク検査方法によるホワイトバンド幅の基準変化量を算出するフロー図である。
【図３】本発明のマスク検査方法による検査対象パターンの傾斜角度を測定するフロー図である。
【図４】本発明の実施例にけるＳＥＭ画像とホワイトバンド幅の測定結果である。
【図５】本発明の実施例におけるＳＥＭ画像とホワイトバンド幅の測定結果である。
【図６】本発明の実施例におけるホワイトバンド幅の変動量と傾斜角度の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例における裾引き度合いの指標値とボトム部の曲率半径の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
Ｓ１……単位角度あたりの基準変化量を算出ステップ、Ｓ２……検査対象パターンの変化量を算出ステップ、Ｓ３……検査対象パターンの傾斜角度を算出ステップ、Ｓ４……裾引き形状の指標値を算出ステップ、Ｓ５……裾引き度合いを算出ステップ、Ｓ６……転写シミュレーションステップ、Ｓ７……判定ステップ、Ｓ８……パターンＡに移動ステップ、Ｓ９……ＳＥＭ条件１でのパターンＡのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１０……ＳＥＭ条件２でのパターンＡのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１１……パターンＡのホワイトバンド幅の変化量測定ステップ、Ｓ１２……パターンＢに移動ステップ、Ｓ１３……ＳＥＭ条件１でのパターンＢのエッジホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１４……ＳＥＭ条件２でのパターンＢのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１５……パターンＢのホワイトバンド幅の変化量測定ステップ、Ｓ１６……パターンＡ，Ｂの傾斜角度差とホワイトバンド幅変化量の差から基準変化量を測定するステップ、Ｓ１７……測定パターンに移動ステップ、Ｓ１８……ＳＥＭ条件１で測定パターンのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ１９……ＳＥＭ条件２で測定パターンのホワイトバンド幅測定ステップ、Ｓ２０……測定パターンのホワイトバンド幅の変化量測定ステップ、Ｓ２１……基準変化量から測定パターンの傾斜角度算出ステップ、４０１，４０２……微細構造パターンの側壁形状、４０３，４０４……ＳＥＭ写真信号量のラインプロファイル、４０５，４０６……微分プロファイル、４０７，４０８……微分プロファイルのピーク位置、４０９，４１０……微分プロファイルの値が０になる位置、４１１，４１２……裾引き指標値。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスク上に形成された凹凸部からなる微細構造パターンを検査するマスク検査方法であって、
前記フォトマスク上の微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察して前記微細構造パターンのＳＥＭ画像を取得する工程と、
前記ＳＥＭ画像から前記微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定する工程と、
前記観察時おける前記ＣＤ−ＳＥＭの電子ビームの電流値と前記測定したホワイトバンド幅から前記微細構造パターンの前記傾斜面の鉛直方向に対しての傾斜角度を算出する工程と、
前記ＳＥＭ画像から前記微細構造パターンの凹凸部の底部を構成するボトム部の裾引き形状を反映した微分プロファイルを算出する工程と、
前記微分プロファイルから抽出した前記裾引き形状の指標値から前記ボトム部の裾引き度合いを算出する工程と、
を備えたことを特徴とするマスク検査方法。
【請求項２】
前記ホワイトバンド幅と前記傾斜角度及びボトム部の裾引き度合いの情報を用いて、検査対象マスクの転写シミュレーションを行う工程と、前記転写シミュレーションを行うことにより、所望する寸法パターンの転写像が得られたかを判定する工程とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のマスク検査方法。
【請求項３】
前記傾斜角度を算出する工程は、
前記電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と既知の傾斜角度から単位角度あたりのホワイトバンド幅の変化量である基準変化量を算出するステップと、
前記傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、前記微細構造パターンを前記ＣＤ−ＳＥＭで観察する際の電子ビームの電流値を変更し、この時のＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、前記電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量を取得するステップと、
前記傾斜角度が未知の検査対象パターンにおける電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と前記基準変化量から検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップとから構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のマスク検査方法。
【請求項４】
前記基準変化量を算出するステップは、
前記傾斜角度が既知の微細構造パターンＡを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷＡを算出し、
前記傾斜角度が前記微細構造パターンＡと異なる傾斜角度が既知の微細構造パターンＢを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷＢを算出し、
基準変化量 ＝ ｜ΔＷＡ−ΔＷＢ｜／｜微細構造パターンＡの傾斜角度−微細構造パターンＢの傾斜角度｜
の式から基準変化量を算出するステップであることを特徴とする請求項３に記載のマスク検査方法。
【請求項５】
検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップは、
前記傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画素における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷを算出し、
検査対象パターンの傾斜角度 ＝ パターンＡｏｒパターンＢの傾斜角度＋（ΔＷＡｏｒΔＷＢ−ΔＷ）／ 基準変化量
ただし、ΔＷＡｏｒΔＷＢ：パターンＡ又はパターンＢのホワイトバンド幅の変化量、ΔＷ：検査対象パターンのホワイトバンド幅の変化量
の式から検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップであることを特徴とする請求項３に記載のマスク検査方法。
【請求項１】
フォトマスク上に形成された凹凸部からなる微細構造パターンを検査するマスク検査方法であって、
前記フォトマスク上の微細構造パターンをＣＤ−ＳＥＭで観察して前記微細構造パターンのＳＥＭ画像を取得する工程と、
前記ＳＥＭ画像から前記微細構造パターンの凹凸部を構成する傾斜面のホワイトバンド幅を測定する工程と、
前記観察時おける前記ＣＤ−ＳＥＭの電子ビームの電流値と前記測定したホワイトバンド幅から前記微細構造パターンの前記傾斜面の鉛直方向に対しての傾斜角度を算出する工程と、
前記ＳＥＭ画像から前記微細構造パターンの凹凸部の底部を構成するボトム部の裾引き形状を反映した微分プロファイルを算出する工程と、
前記微分プロファイルから抽出した前記裾引き形状の指標値から前記ボトム部の裾引き度合いを算出する工程と、
を備えたことを特徴とするマスク検査方法。
【請求項２】
前記ホワイトバンド幅と前記傾斜角度及びボトム部の裾引き度合いの情報を用いて、検査対象マスクの転写シミュレーションを行う工程と、前記転写シミュレーションを行うことにより、所望する寸法パターンの転写像が得られたかを判定する工程とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のマスク検査方法。
【請求項３】
前記傾斜角度を算出する工程は、
前記電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と既知の傾斜角度から単位角度あたりのホワイトバンド幅の変化量である基準変化量を算出するステップと、
前記傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、前記微細構造パターンを前記ＣＤ−ＳＥＭで観察する際の電子ビームの電流値を変更し、この時のＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、前記電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量を取得するステップと、
前記傾斜角度が未知の検査対象パターンにおける電子ビームの電流値によるホワイトバンド幅の変化量と前記基準変化量から検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップとから構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のマスク検査方法。
【請求項４】
前記基準変化量を算出するステップは、
前記傾斜角度が既知の微細構造パターンＡを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷＡを算出し、
前記傾斜角度が前記微細構造パターンＡと異なる傾斜角度が既知の微細構造パターンＢを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画像における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷＢを算出し、
基準変化量 ＝ ｜ΔＷＡ−ΔＷＢ｜／｜微細構造パターンＡの傾斜角度−微細構造パターンＢの傾斜角度｜
の式から基準変化量を算出するステップであることを特徴とする請求項３に記載のマスク検査方法。
【請求項５】
検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップは、
前記傾斜角度が未知の検査対象パターンを用意し、前記電子ビームの電流値を２種類用いて、ＳＥＭ画素における微細構造パターンのエッジ部位のホワイトバンド幅を測定し、該２種類のホワイトバンド幅の差ΔＷを算出し、
検査対象パターンの傾斜角度 ＝ パターンＡｏｒパターンＢの傾斜角度＋（ΔＷＡｏｒΔＷＢ−ΔＷ）／ 基準変化量
ただし、ΔＷＡｏｒΔＷＢ：パターンＡ又はパターンＢのホワイトバンド幅の変化量、ΔＷ：検査対象パターンのホワイトバンド幅の変化量
の式から検査対象パターンの傾斜角度を算出するステップであることを特徴とする請求項３に記載のマスク検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−８７０７５（Ｐ２０１０−８７０７５Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５２２１７（Ｐ２００８−２５２２１７）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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