JP4906118B2 - マスク設計及びマスク製造におけるマスク検査のための方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスク検査のための方法に関し、早期の段階で事前に欠陥を認識し、修正することができるようにするためにマスク設計及びマスク製造において採用される方法に関するものである。

これまでウェハ上の対象構造物のサイズの低減によりマスク設計及びマスク製造上での要求が増大している。マスクにより生成された画像は縮小されたサイズでウェハ上に投影されるので、マスク上の欠陥（所謂ホットスポット）は特に大きな影響を与える。更に、現在使用されている臨界的なマスクの構造サイズは、ウェハ露光システムの解像度限界付近となっているので、所謂ホットスポットは顕著に増大することとなる。マスク製造プロセス及び特にマスク設計プロセスにおける欠陥の解析は、構造物のサイズを低減する上でより重要なものとなっている。

カールツアイス エスエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング（ＣＡＲＬ ＺＥＩＳＳ ＳＭＳ ＧＭＢＨ）のＡＩＭＳ（商標）（空間像測定装置：Ａｅｒｉａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）によって、印刷適性に関してマスクの欠陥を解析するための市場が１０年の間に確立された。ＡＩＭＳは、リソグラフスキャナと同じ照明及び結像条件（波長、ＮＡ、照明の様式、光のコヒーレンス度（シグマ））下で、マスクの小領域（欠陥及びその近辺の位置）を照明及び結像することを含んでいる。しかしながら、スキャナと比べて、マスクによって生成された空間像はＣＣＤカメラ上に拡大される。従って、ウェハ露光装置による高価なテスト印刷無しで空間像が解析され、マスクの印刷適性についての判定が行われる。リソグラフプロセスのウィンドウの解析のための更なる情報は、集光シーケンスを記録することにより得られる。

公知技術によれば、マスクレイアウト及びリソグラフマスクの製造は、マスク設計の後で成立するものである。リソグラフマスクは検査ユニットによってエラーが検査され、そのエラーは修復ユニットによって修正される。通常、全てのエラーは検出することができない。検査ユニットによって検出されなかったエラーは、ウェハの露光が行われるまで検出されず、そのため、製造品におけるエラーの割合が高くなる。更に、その結果から生じる製品の遅れ、マスク修復あるいは新たなマスクの購入により、多大な余剰コストが発生し、そのコストは、製品の遅れから生じるコストにより大幅に増大する。

国際公開第００／６０４１５号パンフレットでは、結像エラーを修正するための方法が開示され、その方法では、マスクレイアウトの露光後の電子マスクレイアウトの変更により、構造物をマスクライターによりマスク上に結像させて、オリジナルのマスクレイアウト又は所望のマスクに可能な限り近づけるようにしている。考慮されるべきプロセス条件は、特に、プロセス条件に応じたパラメータを補正値の形で含むテーブルの形式で集約される。例えば、テーブルは、マスクライターの装置に関連する収差を補正するための位置に依存する多様な補正値を含む。その解決法は、全ての補正値が対応する結像エラーの物理ベースのモデルであることを仮定している。公知の方法と比較して、望まれる方法ではあるものの、高集積回路を形成するためのマスク構造を有効的に補正するには、かなりの計算量が必要となる。この方法の更なる不利益な点は、多くのパラメータを補正値の形で考慮する必要があるということにある。このことは、回折及び屈折の影響のみならず、相互作用及び装置に関連する収差の影響を考慮することを含む。

従来公知の方法は、検査機器が全てのエラーを認識することを補償するものではない。例えば、マスク上のエラーは、ウェハ工場で製造されるまで認識されないということが起こり得る。このことは、マスク修復又は新たなマスクの購入のために追加のコストを発生させるのみならず、製造に遅延が生じて更なる間接コストを発生させる。

本発明の目的は、従来技術で既知となった解決法を改良してマスクレイアウト及びマスク設計中に事前にエラーを認識し、かつ除去し、製造されたマスクが低いエラー率で、そのコストが最小であるようにすることにある。

本発明によれば、その目的は独立請求項に記載された特徴によって達成される。好ましい改良及び実施形態は従属請求項に記載されている。
マスク設計及びマスク製造に関するマスク検査のための方法は、設計され、かつマスクレイアウトに変換されるマスク設計図の空間像シミュレーションを行って、そのシミュレーションから重要な位置（ホットスポット）のリストが決定される。ＡＩＭＳの支援により実空間像を生成し、その実空間像をシミュレートされた空間像と比較することにより、マスク／テストマスクは解析される。そのように解析することにより、２つの空間像が構造的に正確なやり方で互いに相関関係を有するようになり、ライン幅や所謂プロセスウィンドウのサイズに関して同じ位置であると評価される。

結果的に判定された誤差あるいは、実空間像の結果そのものはマスク設計を向上させるために使用される。
空間像の結果的に判定された誤差は、設計を向上させる役割をもつものであり、マスクの品質は上記したプロセスステップを数回繰り返すことにより向上する。

ＡＩＭＳツールをマスク製造プロセスに直接使用することにより、エラー率を低減し、かつコストを節約しつつ、マスク製造を相当量迅速化することができる。マスクに関しては、複雑性が増大することで将来的により高価なものとなり得るので、関連のある欠陥は、電子部品の製造時にエラーが発生する前にマスク製造プロセスにおいて早期に認識することができる。

マスク設計及びマスク製造に関するマスク検査のための方法は、マスクが設計され、かつマスクレイアウトに変換された後、マスク設計図の空間像シミュレーション、好ましくは、全面「空間像」シミュレーションを行って、そのシミュレーションから重要な位置（ホットスポット）のリストが決定される。ＡＩＭＳの支援によりマスク／テストマスクは、ホットスポットに基づいて解析されて、実空間像が生成され、その実空間像がシミュレートされた空間像と比較される。空間像についてこのように決定された誤差は、マスク設計を向上させるために使用される。

マスク設計図を対応するマスクレイアウトに変換する際に、例えば、ＯＰＣ（光学近接効果補正：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）等の所謂ＲＥＴ（超解像技法：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を適用することができる。ＯＰＣ技法は、設計データセットのオリジナル構造の修正を含み、光の回折による構造の不鮮明さが主に補償されるようにする。マスクにおける四角構造が、マスクに当たる光の回折及びレンズ系の結像エラーによりレジストにおいて円形として結像され得る。ＯＰＣ技法を利用することにより、マスクの四角における角部は「突出する」ようになり、レジスト像の丸みが最小限に抑えられる。ＯＰＣ技法を用いることで、マスク上の構造は変更され、所望の構造が回折効果にのみによりチップ上に形成される。簡単な多角形の代わりに、複雑な幾何構造が生成されなければならないが、その場合、データ量の劇的な増大をもたらす。結像エラーはマスクにおける予め計算されたカウントエラーによって補償される。

このことに関して、図１には、個々の方法ステップのフロー図が示されている。そのフローでは、ドラフトのマスク設計図が対応するマスクレイアウトに変換される。重要な位置は、マスクレイアウトへの変換段階において事前にマスクレイアウトに変更を生じさせることとなる。方法ステップａによれば、完了したマスクレイアウトの空間像のシミュレーションが行われ、重要な位置（ホットスポット）のリストが決定される。

重要な位置（ホットスポット）のリストは、シミュレートされた空間像を解析することにより、例えば照明条件、マスク製造の条件及び／又はステッパ条件を変更することにより決定される。プロセスウィンドウの決定及び変更は、照明量を変更するか、あるいは焦点をずらすかによって可能となる。マスク製造における変更可能な条件は、例えば、エッチング深さ、マスクバイアス及びマスク角部の丸みを含む。ステッパ条件は、例えば、開口数、照明の様式、コヒーレンス度、及び偏光を含む。

重要な位置のリストは、後続の新たな全面「空間像」シミュレーションを用いた設計における繰り返しの改善により最小化される。この場合、マスクレイアウトの全面検査により解析が行われて、マスクの全面「空間像」シミュレーションが生成され、電子部品上で後に採用される構造的な画像が生成される。所望の設計に関してシミュレートされた空間像の解析に基づき、あるいはシミュレーションの全体像からのエンジニアによる事前選択の後、ホットスポットと呼ばれる場所のリストがマスク上に生成され、その空間像又は重要なライン幅によってマスク製造におけるエラーを予測することができる。

例えば、ホットスポットリストは、リソグラフィ条件（ＮＡ、コヒーレンス及び開口等）を最適化することにより最小化される。ＯＰＣ技法を適用した場合、ＯＰＣ構造の全体的及び／又は局所的な補正によってホットスポットリストを最小化することができる。従って、例えば、マスク設計図に含まれる同じサイズを有する角部は同時に（全体的）に同様の補正がなされて修正される。

ホットスポットリストは、集中的に配置された場所及び最小構成に関するレイアウトの解析により、あるいは場所のダイ間比較の繰り返しにより、決定することもできる。
全ての重要な位置は、設計を改善すべく許容量についてチェックされ、ホットスポットリストがその後の新たな全面「空間像」シミュレーションを用いた設計における反復改善により最小化される。

設計における反復改善について、スキャナにおいてコヒーレント光又は部分的なコヒーレント光により画像が局所的に上方に相関付けされる。即ち、ある局所的な場所における変更が他の局所的な場所に影響するようにする。全体的な補正が行われた場合、その補正は全体のレイアウトに影響を及ぼす。このことは、厳密に言えば、レイアウトが全体的に最適化されることを意味する。実用的な理由から、数個のポイントに対して制限がなされ、方法は収束するまで、即ち安定状態となるまで繰り返される。反復補正により最適化された領域を外れる局所ポイントは減少することとなる。

最小化されたホットスポットリストが提供されると、マスクがマスクレイアウトに基づいてテストマスク又は全域マスクの形で生成される。ホットスポットリストに基づき、ステッパ／スキャナ条件の下で、このマスクは、各種モードタイプとともにＡＩＳＭツールを用いて解析され、実「空間像」が生成される。これは図１の方法ステップｂ）に対応している。続いて、実空間像とシミュレートされた空間像とは方法ステップｃ）において比較され、誤差が決定される。

しかしながら、シミュレートされた空間像と実空間像との比較は、システムがテスト構造を用いて校正されるまで行われない。使用されるテスト構造は、一次元又は２次元グリッドであり、その構造は２つの主軸のうちの一つと少なくとも平行である。これらグリッド構造に加えて、穴グリッド等の四角構造であって、四角穴が円形に結像される四角構造を使用することもできる。

２つの画像間の比較は、単一の閾値モデルを使用することにより行われる。テスト構造としての均一の一次元グリッドを用いて、結像により得られた正弦強度分布における閾値が決定され、ピークの交差する点が閾値において分解可能な構造幅を表す。閾値が高くなるほど、構造幅が小さくなる。２次元テスト構造を用いて、両方の画像におけるマスクレイアウトの仮想外形線を有する全面強度分布が得られる。両方の画像における構造幅の誤差が所定の許容範囲よりも大きい場合、そのような場所（領域）は欠陥としてマスクされる。

異なる幅、異なる表面寸法、又は異なるプロセスウィンドウ寸法として明かとなるこれらの誤差は、設計の改善のために使用される。
空間像シミュレーションと対比して、ＡＩＭＳ画像は非理想のマスク書き込みプロセスによるマスクの実歪みを含む。これらの実歪みは、マスク自身（ｅビーム近似効果）及び／又は不十分な光学補正によって生じる。これら影響のうちいくつかは、互いに相反するものであるので、別々に補正される必要があり、これら影響のうちのどれが実歪みに対して原因となるのかを判定する必要がある。

このため、ライン幅及び／又はエッジずれが、ある（重要な）測定ポイントにおいてマスク書き込みに対してシミュレートされ、このシミュレートはマスク技術の知識を必要とする。続いて、光学露光が同じポイントでシミュレートされ、そのシミュレートはリソグラフ条件の知識を必要とする。

両方のステップに対して、測定ポイントに応じて偏差が記録される。その偏差はマスクリソグラフィに対する特性シグネチャδ_ｍと、光学リソグラフィに対する特性シグネチャδ_Ｏとで表される。

次に、これらシグネチャは、観測された測定値のシグネチャδ_ｂと比較され、マスクに関する相関係数ρ_ｍｂ及び光学部品に関する相関係数ρ_ｏｂが決定される。
相関係数は、マスク露光又は光学露光が実際に観測されたときの影響に対する指標を（数学的確率の形で）提供する。これに関して、計算の精度は、実際に行われるレイアウトにおける異なるポイントでの測定により増加する。各組の値は、相関マトリクス内の行となる。相関マトリクスにより、マスク及び光学部品に対する合計の相関係数をより高い精度で決定することができる。

実歪みがマスク自体（ｅビーム近似効果）から生じるものであると判明した場合、マスクは補正されなければならない。これに対して、実歪みが光学的に誘発された影響（光学近似補正）から生じるものである場合、ホットスポットリストは上記したように最小化されるべきである。

これらの誤差が所定の限界に対応している場合、マスクレイアウトの品質は十分であり、マスクはウェハ製造に供給することができる。個々のプロセスステップの複数サイクルの繰り返しによりマスクレイアウトの品質が改善される。

本発明によるアッセンブリとともに、マスク設計及びマスク製造に関するマスク検査のための方法が提供され、マスク設計図の品質がかなり急激に上昇する。大量生産に対するマスクの適性の早期の検証が可能となることにより、コストを低減しつつ、マスク製造を大幅に迅速化することができる。マスク製造プロセスにおける関連性のある欠陥の早期認識は、特に、高価なマスクの増加に関して重要となる。

個々の方法ステップのフロー図を示す。

Claims (7)

1. マスク設計および／またはマスク製造のコンテクストにおけるマスク検査の方法であって、前記マスク設計は、ドラフトが作成され、マスクレイアウトに変換されたものであり、
   前記マスク設計から、
   ａ）「空間像」のシミュレーションが実行されることにより、重要なポイント（ホットスポット）のリストを決定し、
   ｂ）前記ホットスポットに基づいて、ＡＩＭＳツールを用いてマスクおよび／またはテストマスクが解析され、実「空間像」が生成され、
   ｃ）前記実「空間像」が前記シミュレーションが実行された「空間像」と比較され、
   ｄ）前記「空間像」の決定された差異が、マスクの設計を改善するために用いられ、前記「空間像」の実際の差異の原因を決定するために、相関マトリスクが用いられ、前記相関マスクの相関係数ρ _ｍｂ は、マスクリソグラフィに対する特性シグネチャσ _ｍ および光学リソグラフィに対する特性シグネチャσ _Ｏ と観測された測定値σ _ｂ とを比較することにより決定され、
   前記方法は、前記実「空間像」に含まれる歪みが、マスク自体における歪みによって引き起こされたものであるか、または、不十分な光学補正によって引き起こされたものであるかが確立されることを特徴とする、方法。
2. 前記方法の工程ａ）において、前記重要なポイント（ホットスポット）のリストを決定するための「空間像」のシミュレーションは、好ましくは全体の「空間像」のシミュレーションである、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法の工程ａ）において、前記重要なポイントのリストは、設計における反復的な改善であって、その後に反復的な全体の「空間像」のシミュレーションが続く反復的な改善により最小化される、請求項１〜２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記方法の工程ａ）において、照明条件、マスク製造の条件および／またはステッパ条件を変更することにより前記シミュレーションが実行された「空間像」を解析すること、集中的に配置されたポイントおよび非常に小さい構成に関するレイアウトを解析すること、または、反復的なポイントの「ダイ間」の比較により、前記重要なポイントのリストが決定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記方法の工程ｂ）において製造されたマスクは、テストマスクまたは全域マスクである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記方法の工程ａ）〜ｄ）が複数回実行されることにより、前記マスクの品質を改善する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記マスク設計をマスクレイアウトに変換するために、ＯＰＣ技術等のいわゆるＲＥＴ技術が用いられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。

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