JPH0690142B2 - マスク検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、露光装置で用いるマスク上の欠陥を自動検査
する方法に関する。

従来の技術 半導体素子の微細化がすすみその最小寸法が１μｍある
いはそれ以外のサブミクロンを基準とするようになる
と、リングラフィ工程において用いる露光装置は、ステ
ップアンドリピート型の縮小投影露光装置、いわゆるス
テッパが主流となってきている。ステッパではマスクを
用いて、マスク上のパターン半導体基板上に転写する
が、このときマスクにパターン欠陥や汚染（ダスト・傷
等）があると、これらも同時に転写される。このような
パターン欠陥や汚染（以下欠陥と略す）の転写は、半導
体素子の不良原因となる。また、このような欠陥の転写
は全ショットで生じるため著しく歩留りを低下させるこ
とになる。このような欠陥を防止するために、マスクパ
ターンの検査が行われる。特に、マスク上に付着したゴ
ミで生じる欠陥を防止するためには、ステッパで露光を
行う準備ができた状態のマスクで、素子を形成すべき半
導体基板とは別の、ホトレジストを塗布した半導体基板
上にテスト露光を行い、検査すべきマスクのパターンを
ホトレジストで形成し、それを検査する。この検査は人
が顕微鏡を用いて目視で行う場合がほとんどであるが、
１つのマスク上に複数の同等の半導体素子のパターンが
描かれている場合には、チップ比較で自動検査を行う装
置を用いることも可能である。しかし、１つのマスクに
１個の半導体素子、あるいは同等でない複数の半導体素
子が描かれている場合には、人が目視で検査を行う以外
に方法がない。

発明が解決しようとする課題 従来の検査方法では、１つのマスクに１個の半導体素
子、あるいは同等でない複数の半導体素子が描かれてい
る場合には、人が目視で検査を行う他ない。

本発明は、上記課題を解決しチップ比較で検査を行う自
動検査装置では従来不可能であった、１つのマスクに１
個の半導体素子、あるいは同等でない複数の半導体素子
が描かれている場合の検査を可能にするものである。

課題を解決するための手段 本発明では、基板の一部の領域に第１のパターンを形成
し、他の領域に第２のパターンを形成する。次に第１の
パターンと第２のパターンを自動検査装置を用いてチッ
プ比較により検査し、第１のパターン形成に用いたデー
タあるいはマスクと第２のパターン形成に用いたマスク
とを比較検査する。

作用 この検査方法によれば、チップ比較で検査を行う自動検
査装置で従来不可能とされていた、１つのマスクに１個
の半導体素子、あるいは同等でない複数の半導体素子が
描かれている場合の検査を可能とすることができる。そ
のため人が目視で検査を行うより検査精度が向上するの
で、大幅な歩留り向上が可能である。

実施例 本発明による検査方法の５つの実施例を図を用いて詳し
く説明する。

まず、第１の実施例について第１図とともに説明する。
約650μｍ厚の石英基板１の表面にアルミ膜約650Åをス
パッタリングにより形成し、その上にネガ型電子線レジ
ストを約5000Å回転塗布する。前記石英基板１の一部所
定の領域２に検査すべきマスクのマスクデータを電子線
露光装置で直接描画し、現像を行う（第１図ａ）。この
ときステッパの露光時に必要なアライメントマークも形
成しておく。またマスクを用いてパターンを形成する予
定の領域３にはレジストが残るようにしておく。つぎに
所望のレジストパターンをマスクとしてアルミ膜650Å
をドライエッチングしその後レジストを灰化処理により
除去する。つぎに前記石英基板１の表面にポジ型ホトレ
ジスト約２μｍを回転塗布し、検査すべきマスクを用い
てステッパで露光を行い現像する。このとき露光を行う
のは第１図ｂに示された領域３である。領域２にはレジ
ストを残す。つぎにこのホトレジストパターンをマスク
としてアルミ膜650Åをドライエッチングし、その後ホ
トレジストを除去する。つぎにパターン形成のできた前
記石英基板１をチップを比較してパターンの検査を行う
自動検査装置で検査する。このとき用いる自動検査装置
は、透過光を検出して検査を行う型のものである。この
検査によりマスクを用いてステッパで露光を行い形成し
たエッチングパターンが、マスクデータから直接描画法
により得られたエッチングパターンと同等か否かが判定
できる。

比較判定の一例を第２図に示す。自動検査装置では、デ
ータから直接描画されたチップパターン４とマスクを用
いて形成したチップパターン５を比較する。比較して差
のある部分の表示がたとえば第２図（ｃ）のように操作
CRT上になされる。この示された部分6,7を見て、第２図
（ｃ）のように部分７にパターン欠陥８が見つかれば、
チップパターン５はステップで繰り返し露光形成された
ものであるので、領域３にある他のチップの同じ場所９
をさらに確認し、やはり同じ欠陥10を見つければ、チッ
プパターン５のパターン形成に用いたマスクに欠陥があ
る。あるいはチップパターン５のパターン形成に用いた
露光系に欠陥を生じさせる要因があることが判る。部分
９が部分６と同じであれば、欠陥８はウェハ上の汚染で
生じたものと考えられる。また検査装置の表示した部分
７が部分６と同じか、あるいはパターン形成上何ら問題
のない場合は、疑似欠陥として無視する。

チップパターン４と５がまったく同じであれば検査装置
はまったく差を見つけられず、欠陥０と判定してくる。
この場合、パターン形成に用いたマスクがデータと同等
である、すなわち欠陥がないと判定できる。同時に、マ
スクを用いた露光系にも一切問題がないことまで判定で
きる。

さらに、マスクを用いて形成したパターンにおいてデー
タとの比較検査を行うと、使用した露光装置で転写され
る欠陥だけが判定の対象となる。マスクを直接検査した
場合、見いだした欠陥がパターン形成上問題となるか否
かの判定はきわめて困難である。特に微細な欠陥の場合
はマスクの使用予定の露光装置で実際にパターン形成テ
ストを行うなどしなければならない。露光装置によっ
て、解像限界が異なり、またデバイスや、マスクを使用
する工程によっても問題となる欠陥のサイズが異なるた
めである。従ってマスクを用いて形成したパターンにお
いてマスクの欠陥検査を行うとこれらすべての判定を同
時に行うことが可能となり非常に有利である。

このように、マスクパターンのデータとの比較検査を透
過光を用いるチップ比較による自動検査装置を用いて行
うことができる。

上記実施例では、石英基板として650μｍ厚のものを用
いたが、これは可視光の透過率が検査装置の許容範囲で
あり、パターン形成工程に耐え得るものであればこれよ
り薄くても厚くても使用可能である。またエッチングパ
ターンを形成するためにアルミ膜650Åを用いたがこれ
は石英基板上に形成可能で可視光の透過率が、石英基板
の透過率とのコントラストが自動検査装置で認識可能で
石英基板上に形成可能な導電性薄膜なら何でも利用でき
る。また電子線レジストとしてネガ型をホトレジストと
してポジ型を用いたが、レジストのタイプはいずれの場
合もポジ型ネガ型どちらでも良くレジストの成分や染料
等の添加物、レジスト膜厚もパターン形成が可能であれ
ば特に限定はされない。むろんレジストプロセスも、パ
ターン形成上有利な方法、たとえば多層レジスト法等を
用いてもなんらさしつかえない。

次に本発明の第２の実施例について説明する。本実施例
においては前記第１の実施例で用いた石英基板に代わり
Ｐ型半導体基板を用い、自動検査装置として、反射光を
検出するタイプのものを用いる。

Ｐ型半導体基板の表面に、熱酸化膜約1000Åを形成し、
その上に、ネガ型電子線レジスト約5000Åを回転塗布す
る。第１図（ａ）に示すように前記半導体基板の一部所
定の領域２に検査すべきマスクのマスクデータを用い
て、電子線露光装置で直接描画し現像を行う。このと
き、ステッパの露光時に必要なアライメントマークも形
成しておく。同時にマスクを用いてパターン形成予定の
領域３にもレジストが残るようにしておく。

つぎに、所望のレジストパターンをマスクとして酸化膜
1000Åをドライエッチングし、その後レジストを、灰化
処理により除去する。つぎに、前記半導体基板の表面に
ポジ型ホトレジスト約１μｍを回転塗布し、検査すべき
マスクを用いてステッパで露光を行い、現像する。この
とき露光されるのは第１図（ｂ）に示した領域３であ
る。つぎに、ホトレジストパターンをマスクとして酸化
膜約1000Åをドライエッチングし、その後ホトレジスト
を灰化処理により除去する。つぎに、第１図（ｂ）に示
すように所望のパターンが各領域に形成された前記半導
体基板１を、反射光を検出してチップを比較してパター
ンの検査を行う自動検査装置で検査する。この検査によ
りマスクを用いてステッパで露光を行い形成したエッチ
ングパターンが、マスクデータから直接描画法により得
られたエッチングパターンと同等か否かが判定できる。
判定の方法は第１の実施例と同じである。

このように、マスクパターンのデータとの比較を、チッ
プ比較による自動検査装置を用いて行うことができる。

上記実施例では、Ｐ型半導体基板を用いたが、Ｎ型でも
よい。またエッチングパターンを形成するために熱酸化
膜約1000Åを用いたが、これは半導体基板上に形成可能
で、自動検査装置でそのエッチングパターンが検出可能
な膜であれば何でも利用できる。

また、電子線レジスト・ホトレジスト・レジストプロセ
スに関する制約も第１の実施例同様特にない。

つぎに、本発明の第３の実施例について説明する。第１
の実施例で用いたのと同様のアルミ膜約650Å付の石英
基板１上に、ポジ型ホトレジスト約２μｍを回転塗布
し、第１のマスクを用いて第１図（ａ）に示す領域２に
ステッパで露光を行う。このとき第２のマスクを用いて
露光を行うときに必要なアライメントマークも形成して
おく。又、第２のマスクを用いてパターンを形成する予
定の領域３にはレジストが残るようにする。

このレジストパターンをマスクとしてアルミ膜約650Å
をエッチングし、その後レジストを灰化処理により除去
する。

つぎに、前記石英基板の表面に再びポジ型ホトレジスト
約２μｍを回転塗布し、第２のマスクを用いて、先に形
成したアライメントマークにアライメントして、ステッ
パで露光を行い、現像する。このとき露光を行うのは第
１図（ｂ）に示された領域３である。また第１のマスク
を用いてパターンを形成した領域２はレジストが残るよ
うにする。つぎにこのホトレジストパターンをマスクと
してアルミ膜約650Åをエッチングし、その後レジスト
を除去する。その後、第１の実施例同様に、このパター
ン付石英基板１を自動検査する。

この検査により第１のマスクを用いて形成したエッチン
グパターンと、第２のマスクを用いて形成したエッチン
グパターンとが同等が否か判定できる。まったく同等で
ある場合は、どちらのマスクにもまったく欠陥がない
か、あるいは、両方のマスクにまったく同じ欠陥が存在
するかである。この場合、マスク上のまったく同じ場合
にまったく同じ形状の欠陥が生じる可能性はきわめて少
なく、ほとんど考えられないので、両方のマスクに欠陥
がないと判定できる。同等でない場合は、どちらのマス
クを用いて形成したパターンが異常か判定する。異常の
あるパターンの形成に用いたマスクに欠陥があるという
ことがわかる。

露光のために用いるステッパは本実施例では一台用いた
が、別々のステッパを用いても良い。

つぎに、本発明の第４の実施例について説明する。第２
の実施例で用いたのと同様の熱酸化膜約1000Å付のＰ型
半導体基板の表面に、ポジ型ホトレジスト約１μｍを回
転塗布し、第１のマスクを用いて第１図（ａ）に示す領
域２にステッパで露光を行い、現像する。このとき第２
のマスクを用いてパターン形成予定の領域３にはレジス
トが残るようにしておく。このレジストパターンをマス
クとして熱酸化膜約1000Åをエッチングしその後レジス
トを除去する。つぎに前記半導体基板１の表面に再びポ
ジ型ホトレジスト約１μｍを回転塗布し、第１のマスク
とまったく同等の第２のマスクを用いて先に形成したア
ライメントマークにアライメントして、露光を行い、現
像する。このとき露光を行うのは第１図（ｂ）に示され
た領域３である。また、第１のマスクを用いてパターン
を形成した領域２にはレジストが残るようにする。つぎ
にこのホトレジストパターンをマスクとして熱酸化膜約
1000Åをエッチングし、その後レジストを除去する。そ
の後第２の実施例と同様に反射光を検出してチップ比較
してパターンの検査を行う自動検査装置で検査する。比
較判定の方法は第３の実施例と同様である。

次に本発明の第５の実施例について説明する。

ステッパ露光時のマスクパターンの重ね合せに必要なア
ライメントマークのエッチングパターンを形成した半導
体基板１の表面に、ポジレジスト約１μｍを回転塗布
し、第１図に示す領域２に１個の集積回路だけが描かれ
た第１のマスクを用いてステッパで露光を行う。このと
きマスクのパターンは、前記半導体基板１の表面に形成
されたアライメントマークにアライメントする。次に第
１のマスクに替えてステッパに装着した第１のマスクと
まったく同等の第２のマスクを用いて前記半導体基板１
の表面の領域３に露光を行う。このときも第１のマスク
と同様、マスクパターンは前記半導体基板１の表面に形
成されたアライメントマークにアライメントする。その
後現像を行い、領域２に第１のマスクを用いて形成した
ホトレジストパターン、領域３に第２のマスクを用いて
形成したホトレジストパターンが存在する被検査半導体
基板を得る。

つぎに、反射光を検出してチップ比較によりパターンを
検査する自動検査装置で、第１のマスクを用いて形成し
たレジストパターンと、第２のマスクを用いて形成した
レジストパターンとを比較検査する。

比較判定の方法は第3,4の実施例同様である。本実施例
に示す方法によれば、基板の表面にあらかじめ酸化膜を
塗布しておく必要がないため、下地の準備が簡単であ
る。また第１〜第４の実施例では、１回ずつエッチング
パターンまで形成するため、エッチングおよびその後の
レジスト除去等のプロセスが必要であったが、第５の実
施例ではアライメントマークのエッチングパターンのみ
を形成した半導体基板１の表面に直接ホトレジストパタ
ーンを形成すればよい。このように第５の実施例によれ
ば、前記第１から第４の実施例に示す方法に比べ、プロ
セスステップが少ないため検査確認までの時間が20分程
度と短くてすみ、コスト的にも非常に安価である。

前記５つの実施例において用いるマスクを描かれている
回路パターンは、どのようなものでも一切関係ない。

発明の効果 本発明の方法によれば、チップ比較で検査を行う自動検
査装置では従来不可能であった、１つのマスクに１個の
半導体集積回路、あるいは同等でない複数の半導体集積
回路が描かれている場合の、自動検査を可能にする。ま
た、このような場合人が目視で検査を行うよりはるかに
検査精度が向上し、マスク品質の向上ひいては歩留り向
上に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例を説明する
図、第２図（ａ）〜（ｄ）は検査確認の一例を説明する
図である。 １……基板、２……第１番目にパターンを形成する領
域、３……第２番目にパターンを形成する領域、４……
領域２に形成したチップのパターン、５……領域３に形
成したチップのパターン、５′……領域３に形成したチ
ップのパターン、６……チップパターン４の一部のパタ
ーン、７……チップパターン５の一部で、パターン６に
相当するパターン、８……パターン７の中の欠陥、９…
…チップパターン５′の一部で、パターン6,7に相当す
るパターン、10……パターン９の中の欠陥。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可視光が透過する基板上に可視光不透過薄
   膜を形成する工程、検査すべきマスクのマスクデータか
   ら直接描画法を用いて前記基板上の一部の領域に可視光
   不透過薄膜の第１のエッチングパターンを形成する工
   程、検査すべきマスクを用いて前記第１のエッチングパ
   ターンを形成した領域以外の前記基板上の領域に可視光
   不透過薄膜の第２のエッチングパターンを形成する工
   程、前記基板上の前記第１のエッチングパターンと前記
   第２のエッチングパターンとを、透過光を検出してエッ
   チング比較によりパターンを検査する自動検査装置を用
   いて比較検査する工程とを備えたことを特徴とするマス
   ク検査方法。
2. 【請求項２】可視光を透過しない半導体基板上に酸化膜
   を形成する工程、検査すべきマスクのマスクデータから
   直接描画法を用いて前記半導体基板上の一部の領域に第
   １のエッチングパターンを形成する工程、検査すべきマ
   スクを用いて前記第１のエッチングパターンを形成した
   領域以外の前記半導体基板上の領域に第２のエッチング
   パターンを形成する工程、前記半導体基板上の前記第１
   のエッチングパターンと前記第２のエッチングパターン
   とを、反射光を検出してチップ比較によりパターンを検
   査する自動検査装置を用いて比較検査する工程とを備え
   たことを特徴とするマスク検査方法。
3. 【請求項３】可視光を透過する基板上に可視光不透過薄
   膜を形成する工程、前記基板上の一部の領域に第１のマ
   スクを用いて第１のエッチングパターンを形成する工
   程、前記第１マスクとまったく同等の第２のマスクを用
   いて前記基板上の前記第１のエッチングパターンの存在
   しない領域に第２のエッチングパターンを形成する工
   程、前記第１のエッチングパターンと前記第２のエッチ
   ングパターンとを、透過光を検出してチップ比較により
   パターンを検査する自動検査装置を用いて比較検査する
   工程とを備えたことを特徴とするマスク検査方法。
4. 【請求項４】可視光を透過しない半導体基板上に酸化膜
   を形成する工程、前記半導体基板上の一部の領域に第１
   のマスクを用いて第１のエッチングパターンを形成する
   工程、前記第１のマスクとまったく同等の第２のマスク
   を用いて前記半導体基板上の前記第１のエッチングパタ
   ーンの存在しない領域に第２のエッチングパターンを形
   成する工程、前記第１のエッチングパターンと前記第２
   のエッチングパターンとを、反射光を検出してチップ比
   較によりパターンを検査する自動検査装置を用いて比較
   検査する工程とを備えたことを特徴とするマスク検査方
   法。
5. 【請求項５】可視光を透過しない半導体基板上の表面の
   一部の領域に第１のマスクを用いて第１のパターンを形
   成する工程、前記第１のマスクとまったく同等の第２の
   マスクを用いて前記第１のパターンを形成した領域以外
   の前記半導体基板上の領域に第２のパターンを形成する
   工程、前記第１のパターンと前記第２のパターンとを、
   反射光を検出してチップ比較によりパターンを検査する
   検査装置を用いて比較検査する工程とを備えたことを特
   徴とするマスク検査方法。