JP2000330261A - レーザー修正装置及びフォトマスク欠陥保証方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フォトマスクの黒系欠陥の除去修正を行うレー
ザー修正装置において、フォトマスク欠陥の修正部分の
露光転写性を定量的に評価し、良否判定を正確に行うこ
とのできるレーザー修正装置および欠陥保証方法を提供
する。 【解決手段】欠陥部分を含む所定領域の画像データを変
換して、所定の露光条件を用いてマスクパターンをウェ
ハー上に露光転写した際の光強度分布を求めるための光
強度シミュレーション手段を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフォトマスクの欠陥
修正装置及び欠陥保証方法に関して、欠陥の修正工程及
びその前後の工程に用いられるレーザー修正装置及びフ
ォトマスク欠陥保証方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＬＳＩ回路等の微細回路パターン
の形成に用いられるフォトマスクの製造工程において発
生する欠陥は、黒系欠陥及び白系欠陥の２種類に大別さ
れる。図４はフォトマスク上に発生した欠陥を平面で表
した概念説明図である。前者の黒系欠陥とは図４の欠陥
ａ及びｂに示すように、正常なパターン以外の部分に遮
光膜や異物・汚染物等が残っているような欠陥をいう。
また白系欠陥は図４の欠陥ｃ及びｄに示すような、正常
なパターンの一部分が欠けたり、抜けたりしているよう
な欠陥をいう。透過光で観察すれば、黒系欠陥は遮光さ
れて黒く見え、白系欠陥は透過して見える。

【０００３】このようなフォトマスク上の欠陥が存在し
た場合、その欠陥の大きさやパターンとの相対位置によ
るが、時に半導体回路において致命的な特性不良となり
うる。従ってそのようなフォトマスク上の欠陥があれ
ば、必ず修正しなければならない。特に現在のフォトマ
スクはレチクルと呼ばれる５倍または４倍の拡大パター
ンであることが殆どであり、一枚のマスク基板上に回路
パターンが単面または２面しか形成できないため、ただ
一個の欠陥も許容できないことがある。すなわち完全に
無欠陥のフォトマスクパターンを形成する必要がある
が、実際のフォトマスク製造プロセスにおいて最初から
無欠陥にすることは極めて困難であり歩留まりが著しく
低下してしまうため、欠陥修正を施すことが必要にな
る。

【０００４】従来、フォトマスクの欠陥修正作業には専
用の修正装置を用いるが、前記黒系欠陥と白系欠陥とで
は修正方法が異なり、それぞれ別の装置を用いる。特に
図４の欠陥ａ及びｂのような黒系欠陥の修正はレーザー
修正装置が使用され、レーザービームを照射して欠陥を
除去する方法をとる。図３は従来のレーザー修正装置の
構成を説明するブロック図である。図で、レーザー光源
３１で発生させたレーザー光はまずレーザービーム光学
系３２でビーム整形される。一方マスク制御ステージ３
３上に装着された事前に欠陥検査済みのフォトマスク３
６は、欠陥情報読み取り手段３７によってマスクの欠陥
位置情報を読み取り、修正すべき欠陥部分がパターン観
察するための光学顕微鏡３４の視野内に入るようにコン
トロールプロセッサ３５による制御でステージ上を移動
させる。コントロールプロセッサへの指示操作はキーボ
ード等の入力手段３９により入力される。パターン観察
光学顕微鏡３４を用いて欠陥部分が視野内に入ったこと
を顕微鏡の接眼レンズあるいはモニタ３８の画面により
確認した後、欠陥部分に前記ビーム整形されたレーザー
ビームを照射すると、レーザービームの熱エネルギーの
作用により金属膜からなる欠陥を除去修正することがで
きる。

【０００５】なお、レーザー光源３１には通常パルス励
起ＹＡＧレーザーが用いられ、レーザービーム光学系は
レーザー光をスリットを通すことにより所望のビーム形
に整形する。パターン観察光学顕微鏡３４は通常の光学
顕微鏡と同様の構造のもので、接眼レンズ・対物レンズ
・照明系から構成され、観察のためにモニター用のテレ
ビカメラ及び画像処理用のデジタルカメラ等が付属す
る。フォトマスクは修正前に欠陥検査機を用いて欠陥箇
所を特定され、その欠陥位置情報を磁気カードやフロッ
ピーディスク、光磁気ディスク等の情報記録媒体に記録
し、これらをレーザー修正装置の欠陥情報読取手段３７
に入力して情報が読みとられる。その情報をもとにコン
トローラ３５でマスク制御ステージ３３を操作し、ステ
ージ上を移動させてマスクの該当欠陥部分を観察視野に
入れ、レーザービーム照射する。

【０００６】従来、上記のような構成のレーザー修正装
置を用いた場合に欠陥修正部分が確実に所望の修正が精
度良くなされたかどうかは、操作者が修正個所をモニタ
ーした画像により判定しなければならなかった。もし修
正が不充分であると判断した場合は、黒系欠陥が残って
いれば再度レーザービームを照射して修正する。このと
きレーザーを照射しすぎてパターン欠けを生じさせてし
まった場合は修正不能な不良となってしまうので、慎重
な作業が必要となる。また、場合によっては欠陥修正個
所にレーザービームの照射跡が残ることがあった。その
部分はフォトマスクのガラス基板上の透明部にあるた
め、このマスクを用いてウェハ上に露光転写した場合、
パターン形状の歪みやレジスト膜残り等の不良個所が出
てしまうことになり、半導体の全チップに影響する危険
があった。

【０００７】また、レーザービームの照射位置精度に限
界があるため、パターンのエッジ部分にかかった欠陥な
どを完璧に修正することは極めて難しく、パターンエッ
ジに多少の突起部分または欠け部分が形成してしまうこ
とがあった。非常に微々たる突起や欠けであれば欠陥規
格内であるとして良品と判定されるが、実際には欠陥形
状が多様なため、その判定は操作者自身の経験的な判断
に委ねることになっていた。しかもそれはモニターに映
る画像からの判断であるため、判断の適否及び観察精度
が良くない場合、品質保証上の問題があった。実際のフ
ォトマスク検査修正工程においては、欠陥検査後に修正
作業を行うが、その後に再度欠陥検査を行って保証する
ことが多い。欠陥検査は時間がかかるため工程負荷が大
きく、２度の欠陥検査を行うことは大きな問題であっ
た。

【０００８】さらに近年は半導体回路の微細化が著しく
進展し、フォトマスクの欠陥規格も非常に厳しいものに
なっており、欠陥検査機の検出限界に近い欠陥でも修正
する必要が生じている。これに伴い、欠陥修正精度の要
求も厳しくなり、上記のような問題点がさらに重大性を
増している。上記のように、フォトマスク欠陥のレーザ
ー修正精度が不充分であるために修正部分の不具合があ
った場合、露光転写性への影響を与えてしまうことが問
題であった。また修正部分の良否判定は操作者の経験的
判断によるため、常に正確な判断が行える保証がない。
また修正部分の露光転写性は判断自体が非常に難しく、
実質的には２回以上の欠陥検査機による欠陥検査を行う
必要があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を鑑みてなされたもので、フォトマスク欠陥の修正部分
の露光転写性を定量的に評価し、良否判定を正確に行う
ことのできるレーザー修正装置および欠陥保証方法を提
供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が提供する手段とは、すなわち、請求項１にお
いて、フォトマスク欠陥の除去修正を行うレーザー修正
装置が、欠陥部分を含む所定領域の画像データを変換し
て、所定の露光条件を用いてマスクパターンをウェハー
上に露光転写した際の光強度分布を求めるための光強度
シミュレーション手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】請求項２において、レーザー修正装置が、
フォトマスクパターンを光学的に拡大観察して光学画像
を得るための画像観察手段と、該光学画像を前記画像観
察手段から取り込むための画像取込手段と、取り込まれ
た画像をコンピュータにより画像処理してマスクパター
ンデータに変換する画像データ変換手段と、該マスクパ
ターンデータ及び所定の露光条件を用いて、マスクパタ
ーンをウェハ上に露光した際の光強度分布を求めるため
の光強度シミュレーション手段と、を設けたことを特徴
とする。

【００１２】請求項３において、フォトマスク欠陥保証
方法が、フォトマスク欠陥部分の修正前及び修正後の光
学画像を用いて光強度シミュレーションを行い、得られ
た光強度分布の比較から該欠陥修正部分の修正精度の解
析評価及び露光転写性評価を行うことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の一実施の形態を詳述する。図１は本発明のレーザー修
正装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図
１において、まずレーザー光源１でレーザー光を発生さ
せ、レーザービーム光学系２でビーム整形を行う。一
方、マスク制御ステージ３上に目的試料の欠陥検査済み
のフォトマスク６を装着し、欠陥情報読取手段７によっ
て読みとられた欠陥のマスク上の位置情報をもとにし
て、コントロールプロセッサ５の制御によりフォトマス
クをステージ移動させ、光学顕微鏡４の観察視野内に入
るよう位置調整する。コントロールプロセッサ５の指示
操作はキーボード等の入力手段１２によって与え、欠陥
の画像はモニタ１１によって確認する。

【００１４】ここで、前記光学顕微鏡４の視野内には前
記レーザービームをマスクに照射する位置を示すスリッ
トが表示されているので、レーザービーム照射の正確な
位置合わせを行うことができる。そして前記フォトマス
ク６の欠陥が観察視野内に入り、レーザービーム照射位
置の正確な位置合わせを行った後、レーザービームを照
射して黒系欠陥を除去修正する。また、前記欠陥情報読
取手段７は、欠陥情報が納められたフロッピーディスク
等の磁気記録媒体から情報を読み取るためのディスクド
ライブ等の、情報記録読取装置を用いる。

【００１５】次に、画像観察手段である前記光学顕微鏡
４により観察される、フォトマスク欠陥を含む所定のパ
ターン領域を、画像取込手段８を用いて画像データとし
て取り込む。画像取込手段とは、何らかの手段により観
察されたマスクパターンを画像データとして記録保存及
び出力が可能なものであればよい。例えば前記光学顕微
鏡にテレビモニタとカメラあるいはビデオ装置を付加
し、観察画面をモニタを通じてカメラあるいはビデオに
取り込むことで実現できる。また、光学顕微鏡にカメラ
を直接備え付けてもよい。画像データはハードディスク
のような大容量情報記録媒体を用いた情報記録手段１３
によって保存される。またここでは、画像データはマス
クパターンや欠陥部分の形状が判別できればよく、アナ
ログ写真画像であっても、デジタルカメラによるデジタ
ル画像であってもよく、またビデオによる走査画面であ
ってもよい。

【００１６】次に前記画像データ取込手段８によって取
り込まれた画像データは、画像データ変換手段９によっ
て光強度シミュレーション用パターンデータに変換され
る。ここで光強度シミュレーション用パターンデータと
は、マスクパターンを含む画像データ全体を長方形に整
形した後、所定の大きさの格子に分割し、各格子におけ
る濃淡の階調の値を所定の条件で透過率値に変換したデ
ータである。すなわち、マスクパターンを透過率の分布
データとして表したものであり、形式的には数値をマト
リックス配列にしたデータとなる。透過率値とはマスク
パターンの遮光部分を０とし、透過部分を１としたとき
の透過光の強度比の値であって、通常のマスクパターン
であれば遮光部と透過部のみから成るため、０か１の値
のみとなる。しかし、例えば半透明な膜残りや汚れ等が
あった場合、透過率がその中間の値をとることがある。
また、前記画像データ取込手段で取り込む際の装置に起
因するアナログ信号の背景ノイズや反射光の処理によっ
ても、中間階調をとってしまうことがある。このような
場合には、２値化処理やエッジ検出、平滑化処理等の一
般的に公知の画像処理技術を利用して実際のマスクパタ
ーンと合致した画像データが得られた後に、光強度シミ
ュレーション用データに変換すればよい。

【００１７】そして、前記画像データ変換手段により変
換されて生成した光強度シミュレーション用データを用
いて、光強度シミュレーション１０においてシミュレー
ション計算を行い、光強度分布値が求められる。この手
順は前記コントロールプロセッサ５によりデータの入出
力およびシミュレーション処理等がすべて制御実行され
る。ここで光強度シミュレーションとは、フォトマスク
を露光装置に装着してウェハー上に露光転写した際のウ
ェハー上の露光分布、言い換えれば光強度分布をシミュ
レーション計算により求めるものである。光強度シミュ
レーションは露光装置の光学系のパラメータで表した所
定の露光条件と前記光強度シミュレーション用パターン
データから計算される。なお、光強度シミュレーション
の基礎となる理論は、例えばＨ．Ｈｏｐｋｉｎｓらによ
る結像光学理論（参考文献としてＢｏｒｎ，Ｗｏｌｆ著
「光学の原理」（１９７５）など）がある。

【００１８】さて、前記光強度シミュレーションを実行
する際に入力するデータは上記のように欠陥修正部分を
含むマスクパターンの画像であり、これによるシミュレ
ーション結果はマスクパターンを露光転写した際の露光
強度分布に相当する。従って、このシミュレーションに
よって得られた結果から、前記欠陥修正部分を含めたマ
スクパターンの露光転写評価が可能になる。光強度シミ
ュレーション結果は光強度分布を示す数値データであっ
て、これを可視化ソフト等を用いてグラフィック処理す
ることにより、前記モニタ１１の画面上に等高線図ある
いは色分け図が表示されるので、欠陥修正が良好な性能
を発揮した場合は正常なパターン転写結果と同等の光強
度分布となることが確認でき、欠陥修正が不良であった
場合は正常なパターン転写結果と異なる光強度分布にな
ることがわかる。また光強度分布値を数値分布として出
力できるので、どの程度の差異があるかを数値的に解析
することも可能である。

【００１９】次に、図２は本発明のレーザー修正装置を
用いたフォトマスク欠陥保証方法の一実施形態の手順を
説明するフローを示す図である。図２では、まず最初に
フォトマスク作製２１において目的試料のフォトマスク
を作製し、これを欠陥検査２２で検査し、欠陥を検出す
る。その際欠陥判定２３において欠陥の有無を判定し、
欠陥が有ると判定されれば次の画像取込・データ変換２
４を行う。もしこの際欠陥が無ければフォトマスクは良
品であるから終了する。

【００２０】前記データ変換後、光強度シミュレーショ
ン２５においてシミュレーションを実行する。このとき
のシミュレーションは欠陥の露光転写性を評価するもの
である。そして欠陥修正判定２６においてシミュレーシ
ョン結果の評価を行い、欠陥修正が必要であれば次のレ
ーザー修正２７を行う。欠陥修正が不要と判定されれば
本手順を終了する。さらに、前記レーザー修正後、再度
画像取込・データ変換２８を行った後、光強度シミュレ
ーション２９を行う。このときのシミュレーションは欠
陥を修正した部分の露光転写性を評価するものである。
修正部分評価３０において良好な結果と判定されれば、
終了する。もし修正部分が不良と判定されれば、前記レ
ーザー修正２７へ戻り、再度欠陥修正を行う。

【００２１】以上の工程のように、欠陥部分の修正前後
の画像データの取り込みによる光強度シミュレーション
を行うことにより、フォトマスク欠陥の修正精度の解析
評価および露光転写性評価が可能となった。この場合、
従来のように欠陥の有無及び欠陥修正部分の光学顕微鏡
による目視観察の判断のみを行うのでなく、欠陥の修正
前後において、画像データをもとにした光強度シミュレ
ーションによる露光転写性の評価ができるので、欠陥修
正部分のより正確な、かつ信頼性の高い保証が可能とな
った。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明のレーザー修正装
置及びフォトマスク欠陥保証方法は、欠陥部分及び欠陥
修正部分の画像を取り込んで光強度シミュレーションを
行うことにより露光転写性の評価を可能としたので、従
来のレーザー修正装置よりも露光転写性において信頼性
の高い欠陥修正ができ、また欠陥保証方法としても、従
来は欠陥修正部分の目視観察による経験的な判断を行わ
ざるを得なかったが、光強度シミュレーションを行うこ
とにより露光転写性を評価・判断できるレーザー修正装
置及びフォトマスク欠陥保証方法とすることができる。

【００２３】また、従来の場合、欠陥修正部分の目視観
察で判断が困難であった場合は再度欠陥検査機による欠
陥検査を行っていたが、上記方法によれば露光転写性の
評価ができるため再検査が不要で、これにより、欠陥検
査・修正工程にかかる作業負荷を減らし、コスト及び納
期の改善が可能なレーザー修正装置及びフォトマスク欠
陥保証方法とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザー修正装置の一実施形態の構成
を説明するブロック図である。

【図２】本発明のレーザー装置を用いたフォトマスク欠
陥保証方法の一実施形態の手順を説明するフローチャー
トである。

【図３】従来のレーザー修正装置の構成を説明するブロ
ック図である。

【図４】フォトマスク上に発生した欠陥を平面で表した
概念説明図である。

【符号の説明】

１・・・レーザー光源 ２・・・レーザービ
ーム光学系 ３・・・マスク制御ステージ ４・・・光学顕微鏡 ５・・・コントロールプロセッサ ６・・・フォトマスク ７・・・欠陥情報読
取手段 ８・・・画像取込手段 ９・・・画像データ
変換手段 １０・・・光強度シミュレーション １１・・・モニタ １２・・・入力手段 １３・・・情報記録手段 ２１・・・フォトマスク作製 ２２・・・欠陥検査 ２３・・・欠陥判定 ２４、２８・・・画
像取込・データ変換 ２５、２９・・・光強度シミュレーション ２６・・・欠陥修正判定 ２７・・・レーザー
修正 ３０・・・修正部分評価 ３１・・・レーザー光源 ３２・・・レーザー
ビーム光学系 ３３・・・マスク制御ステージ ３４・・・光学顕微
鏡 ３５・・・コントロールプロセッサ ３６・・・フォトマスク ３７・・・欠陥情報
読取手段 ３８・・・モニタ ３９・・・入力手段 ａ，ｂ・・・黒系欠陥 ｃ，ｄ・・・白系欠
陥

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトマスクの黒系欠陥の除去修正を行う
   レーザー修正装置において、欠陥部分を含む所定領域の
   画像データを変換して、所定の露光条件を用いてマスク
   パターンをウェハー上に露光転写した際の光強度分布を
   求めるための光強度シミュレーション手段を設けたこと
   を特徴とするレーザー修正装置。
2. 【請求項２】フォトマスクパターンを光学的に拡大観察
   して光学画像を得るための画像観察手段と、該光学画像
   を前記画像観察手段から取り込むための画像取込手段
   と、取り込まれた画像をコンピュータにより画像処理し
   てマスクパターンデータに変換する画像データ変換手段
   と、該マスクパターンデータ及び所定の露光条件を用い
   て、マスクパターンをウェハ上に露光した際の光強度分
   布を求めるための光強度シミュレーション手段と、を設
   けたことを特徴とするレーザー修正装置。
3. 【請求項３】フォトマスク欠陥部分の修正前及び修正後
   の光学画像を用いて光強度シミュレーションを行い、得
   られた光強度分布の比較から該欠陥修正部分の修正精度
   の解析評価及び露光転写性評価を行うことを特徴とす
   る、フォトマスク欠陥保証方法。