JP2004264102A - Semシュリンク量測定方法および測長sem装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測長SEM装置を用い、レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定する方法であって、特定のピッチを有するレジストパターンピッチの計測を行なう過程11と、レジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する過程12と、レジストパターン寸法の計測を行う過程13と、測長倍率変動量から前記レジストパターン寸法の測長結果を補正する過程14を含む。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体デバイスや液晶デバイスの作成に用いられるリソグラフィ工程でのパターン形成において、レジストパターンの寸法を測長SEM(走査型電子顕微鏡)装置を用いて測長する場合に適用される、SEMシュリンク量測定方法および測長SEM装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
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製造工程のひと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み、露光機の波長λや開口数NAから定義される解像限界まで達してきている。特にゲートパターンはトランジスタの高速化に伴い、波長のほぼ半分以下の線幅が要求されるようになってきた。またゲートパターンの線幅はわずかな線幅変動によっても大きくトランジスタ特性が変動するため、厳しい寸法制御が要求される。
【0003】
このような微細孤立ゲートパターンを形成する場合、所望のパターンが形成された通常のバイナリマスク(石英基板上に遮光膜としてCr等をつけたマスク)を用い、ポジレジストが塗布されたウエハをマスクを通して露光することによって、マスクに描かれたパターンと相似的な形状の光強度分布が投影され、レジストを現像することによって所望のレジストパターンを形成している。
【0004】
しかしながら、レジストパターンの寸法を測長SEM(走査型電子顕微鏡)装置を用いて測長する際、真空中での電子線照射によってレジスト寸法が数nm〜数十nmシュリンクする現象が起きることが分かっている。特にArF用の化学増幅型レジストでは、そのポリマーの構造から時間に対するシュリンク量が大きく、測長した値が実際の値から異なる可能性が考えられ、寸法管理上大きな問題となっている。
【0005】
このSEMシュリンク量はレジストの構造や、測長SEM装置の加速電圧、電流値測長倍率、またパターンの違い等によって異なってくる。そのシュリンク量を正確に測定することはレジストの評価や寸法管理を考える上で非常に重要になる。
【0006】
一般にレジストのSEMシュリンク量の計測は、測長SEM装置を用い特定の測長倍率で、何度も同じパターン箇所を測長し、その測長値の変動量から時間ごとのシュリンク量を計算する。そのシュリンク量ΔCDは時間とともに変化し、ある量までシュリンクが進むと逆にレジストにデポ物が付着し寸法が太りはじめる。このため、測長開始からの経過時間が重要なパラメータとなる。
【0007】
【特許文献1】
特開平4−342942号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような方法では、レジストの下地膜が電荷の貯りやすい膜で構成される場合、時間とともに電子ビームによるチャージアップが発生し、その結果、観察倍率が照射時間とともに変化する現象が生じる。測長SEM装置の原理は電子を試料上に走査させながら照射し、試料表面から出た2次電子を捕捉することで像をモニターに映し出している。もし下地膜が時間とともにチャージアップすれば、試料から出る2次電子の軌跡が変動し観察倍率のズレが微妙に生じる。この観察倍率が変動した場合、パターン寸法の測長値には倍率変動分のズレ量が上乗せされてしまう。
【0009】
本発明は、下地膜がたとえ電荷のたまりやすい膜であっても、正確なSEMシュリンク量を計測することができるSEMシュリンク量測定方法および測長SEM装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題に鑑み、本発明のSEMシュリンク量の測定方法は、パターンピッチを計測し、その値によって観測倍率の変動を補正することによって、正確なパターン寸法及びSEMシュリンク量を計測できるようにするものである。一般的にパターンピッチは電子ビーム照射によるパターンシュリンクあるいはデポによるパターン太りの寸法変動があったとしても、その影響は受けない。このため、測長SEM装置を定期的に管理する際は、L/Sパターンのピッチを用いることが多い。
【0011】
そこでレジストパターンと同時にパターンピッチを計測することによって下地膜のチャージアップによる倍率変動の値を割りだし、その値を計測したパターン寸法から差し引くことによって、実際のSEMシュリンク量を割り出すことが可能になる。
【0012】
ここで測長した倍率をM0、n回測定した時間tでの倍率をMn、パターンピッチをP0、n回測定した時間tでのパターンピッチをPn、時間0でのパターン寸法をX0、時間tでの測長値をxtn、真の測長値をXtnとする。時間tでの測長倍率 Mn=M0×(Pn/P0)で表すことができ、そのときの真の測長値はXtn=xtn×(M0/Mn)=xtn×(P0/Pn)。時間tでのSEMシュリンク量ΔCDt=X0−Xtnとなる。このようにして時間tでの正確な測長値Xtnを求めることによって正確なSEMシュリンク量ΔCDtが割り出される。
【0013】
本発明によるSEMシュリンク測定方法は、上記の時間毎のパターンピッチPnとレジスト寸法を計測することで、観察倍率の時間ごとの変動値を計算し、時間ごとの正確なパターン寸法を求め、その結果から正確なSEMシュリンク量を求めるというものである。
【0014】
この手法ではパターンピッチの計測が必要であるため、SEMシュリンク量を評価するパターンは観察倍率時、そのモニター画面上に最低2本のラインパターンあるいはホールパターン等が含まれる繰り返しパターンでなければならない。一方、孤立ライン、あるいはスペースの広いL/Sパターンの計測時には観察倍率のモニター画面には1本のラインしか入らず、パターンピッチが計れないため時間ごとの倍率変化を計測できない。この場合は、あらかじめ同倍率、同条件(加速電圧、電流値等)で時間ごとに繰り返しパターンのパターンピッチを計測し、時間ごとの倍率変動テーブルを作成し、それを元に孤立パターンの時間毎のパターン寸法測定値を補正することによって正確な寸法を計算することができる。
【0015】
請求項1記載のSEMシュリンク量測定方法は、測長SEM装置を用い、レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定する方法であって、特定のピッチを有するレジストパターンピッチの計測を行なう過程と、レジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する過程と、レジストパターン寸法の計測を行う過程と、測長倍率変動からレジストパターン寸法の測長結果を補正する過程を含むものである。
【0016】
請求項1記載のSEMシュリンク量測定方法によれば、電子ビーム(EB)照射による下地基板のチャージアップによって発生する測長誤差を補正することができ、正確なSEMシュリンク量を測長することができる。これは将来パターンが微細化され、測長時の観察倍率が高倍になればなるほど、測長誤差が無視できなくなるためより有効となる。また様々な下地基板、あるいは下地膜で構成されている実プロセスに対してもチャージアップ量が異なっても正確なSEMシュリンク量が求まることで、電子ビーム照射前の出来映えの寸法予測も正確に行なうことができる。またレジストの種類によるSEMシュリンクの比較を正確に行なうことができ、レジスト評価にも適用できる。
【0017】
請求項2記載のSEMシュリンク量測定方法は、請求項1において、レジストパターン寸法とレジストパターンピッチの計測が同一の繰り返しパターンを用いて行われるものである。
【0018】
請求項2記載のSEMシュリンク量測定方法によれば、請求項1と同様な効果のほか、同一パターンを計測することによって、チャージアップによる倍率変動の量を同じにできるので、シュリンク測定の精度を向上できる。
【0019】
請求項3記載のSEMシュリンク量測定方法は、請求項2において、レジストパターン寸法とレジストパターンピッチの計測が同時に行われるものである。
【0020】
請求項3記載のSEMシュリンク量測定方法によれば、請求項2と同様な効果のほか、同時に行うという時間的な制約がつくために、装置状態を反映されることにより、請求項2以上の正確なパターン寸法の計測が可能になる。
【0021】
請求項4記載のSEMシュリンク量測定方法は、請求項1において、レジストパターンが反射防止膜上に形成されているものである。
【0022】
請求項4記載のSEMシュリンク量測定方法によれば、請求項1と同様な効果がある。
【0023】
請求項5記載の測長SEM装置は、レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定する測長SEM装置であって、複数回のレジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する手段と、測長倍率変動量から、パターン寸法の測長結果を補正する手段とを備えたものである。
【0024】
請求項5記載の測長SEM装置によれば、請求項1と同様な効果がある。
【0025】
請求項6記載の測長SEM装置は、レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定する測長SEM装置であって、レジストパターン寸法の計測とレジストパターンピッチの計測を同時に行う手段と、レジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する手段と、測長倍率変動量からレジストパターン寸法の測長結果を補正する手段とを備えたものである。
【0026】
請求項6記載の測長SEM装置によれば、請求項3と同様な効果がある。
【0027】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について、以下図面を参照しながら説明する。このSEMシュリンク量測定方法は、測長SEM装置を用い、レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定する方法である。
【0028】
本実施の形態における測定過程を図1に示し、本実施の形態で用いるパターンピッチを計測するためのレジストパターンを図2(a),(b)に、図3にSEMシュリンク量を計測するレジストパターンを、図4にパターンピッチの測長結果を、図5に観察倍率での倍率変動を、図6に倍率変動分の補正有り無しのパターン寸法を、図7に補正有り無しのSEMシュリンク量をそれぞれ示す。
【0029】
図1において、11は特定のピッチを有するレジストパターンピッチの計測を行なう過程である。ここでピッチとはレジストパターンの幅とスペースの幅との合計の幅をいう。12はレジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する過程である。電子ビームの照射の影響を受け、レジストパターンは変動する。13はレジストパターン寸法の計測を行う過程である。このレジストパターンは実際に測長したいレジストパターンである。14は測長倍率変動量からレジストパターン寸法の測長結果を補正する過程である。
【0030】
図2において、1はレジストパターン、2は下地の反射防止膜、3はパターン寸法測長時の観察領域で実際にビームが走査される領域、4はパターンピッチ測長ポイントであり、測長値は縦方向各点の平均として出している。
【0031】
図2(a)においてレジストパターン1は膜厚0.50μmで、複数本の0.20μmL/Sパターンが並んでいる。下地膜2はSi(シリコン)基板上に有機系の反射防止膜をコーティングにより形成した。パターン露光はKrFエキシマレーザ(波長248nm)ステッパで行った。
【0032】
図2(b)は実際の測長倍率でのパターンイメージを示している。寸法測長は観察倍率150K、加速電圧500V、電流5pAの条件で行なった。Pはパターンピッチであり、過程11で計測される。
【0033】
図3は図2の観察倍率と同じであり、X印はパターン寸法測長位置を示している。Xはレジストパターン寸法であり、過程13で計測される。
【0034】
図4は図2のパターンピッチPの測定結果の寸法の時間依存性を示したものである。測長間隔はビーム照射時から30secまでは5sec毎、30〜60secまでは10sec毎、60sec以降は20sec毎に行なった。また最初の測長はビーム照射時間が1secとした。
【0035】
図4から過程12により倍率変動量を求めて、観察倍率の倍率変動の時間依存を示したものが図5である。最初の測長時は観察倍率が変動しないものと仮定し、2回目以降の倍率は、その測長値と最初の測長値の比率として示した。
【0036】
図5に示すように時間とともに倍率が小さくなっている。しかし装置側は倍率が変わっていることは認識していないため、正確なパターン寸法には、測長値から倍率変動分の補正を行なう必要がある。
【0037】
図6は、過程14により補正を行って、倍率補正の有り無しのレジストパターン寸法Xをプロットしたものであり、図7は最初の測長値からの差分(SEMシュリンク量)を補正ありなしでプロットしたものである。このように時間とともに倍率は変動するため、徐々に誤差が大きくなることがわかる。以上の通り、本実施形態では、レジストパターンピッチにより測長倍率(観察倍率)の倍率補正を行なうため、正確なSEMシュリンク量を測定することができる。
【0038】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施形態においては、本発明の第1の実施の形態とSEMシュリンク量を求める過程が同じであるが、第1の実施の形態と異なるのは測長SEM装置に計算する機能を付加したことである。すなわち、この測長SEM装置は、レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定するものであり、複数回のレジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する手段と、測長倍率変動量から、パターン寸法の測長結果を補正する手段とを備えている。
【0039】
以下、図8のフローを参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0040】
まず、第1ステップ16において観察倍率でパターンピッチを複数回測定する。この時、SEMシュリンク測定と同じ加速電圧、電流値に設定する。レジストパターンは観察画面にピッチが含まれており、できる限りSEMシュリンク測長時のパターン密度に近いパターンとした。第2ステップ17として複数の測長結果から時間毎の倍率のテーブルを作成する。測長時間以外の倍率変動は近似曲線から補間した。第3ステップ18としてSEMシュリンク測定対象のパターン寸法を複数回測長した。第4ステップ19としてレジストパターンにビームを当て始める時間から測長する時間までの倍率変動のテーブル(ステップ17)からその時に測長した値を補正し、第5ステップ20として正確な値を出力した。このように測長SEM装置内で倍率変動を補正する機能を持たすことによって時間毎の測長値を補正し、正確な寸法を計測することができる。
【0041】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態においては、本発明の第2の実施の形態とパターンピッチを求めて倍率変動量を求める過程は同じであるが、第2の実施の形態と異なるのは第1ステップの倍率変動を得るためのパターンピッチを計測する過程と第3ステップのSEMシュリンク量を得るためのパターン寸法を計測する過程を同じ計測パターンで同時に行ったことである。以下、図9の観察倍率の図面を用いて本発明の第3の実施の形態について説明する。
【0042】
図9に示すL/Sパターンにおいて、パターンピッチPとパターン寸法(ライン寸法)Xを同時に計測する機能を有する手段を測長SEM装置に付加した。そしてこの測長SEM装置により、パターンピッチPの測長のよる倍率変動と、パターン寸法の測長とを同時に行う。
【0043】
倍率変動テーブルを作成(ステップ17)後、ライン寸法Xの補正寸法を出力した(ステップ19、20)。この方法によって観察倍率変動用の測長プロセス(ステップ18)は、パターンピッチの測長のステップ16で行っているため、全体のステップ数を減らし簡略化することができる。さらに同時にパターンピッチ(変動量)と寸法を計測することによって、より正確なパターン寸法の計測が可能になった。
【0044】
なお、今回の実施の形態では繰り返しパターンとしてライン&スペースパターンを用いたが、一定のピッチがある繰り返しパターンが観察倍率時のモニタ画面内にあればよく、例えばホールのSEMシュリンクを計る場合ではホールの密集パターンを用いてもよい。
【0045】
【発明の効果】
請求項1記載のSEMシュリンク量測定方法によれば、電子ビーム(EB)照射による下地基板のチャージアップによって発生する測長誤差を補正することができ、正確なSEMシュリンク量を測長することができる。これは将来パターンが微細化され、測長時の観察倍率が高倍になればなるほど、測長誤差が無視できなくなるためより有効となる。また様々な下地基板、あるいは下地膜で構成されている実プロセスに対してもチャージアップ量が異なっても正確なSEMシュリンク量が求まることで、電子ビーム照射前の出来映えの寸法予測も正確に行なうことができる。またレジストの種類によるSEMシュリンクの比較を正確に行なうことができ、レジスト評価にも適用できる。
【0046】
請求項2記載のSEMシュリンク量測定方法によれば、請求項1と同様な効果のほか、同一パターンを計測することによって、チャージアップによる倍率変動の量を同じにできるので、シュリンク測定の精度を向上できる。
【0047】
請求項3記載のSEMシュリンク量測定方法によれば、請求項2と同様な効果のほか、同時に行うという時間的な制約がつくために、装置状態を反映されることにより、請求項2以上の正確なパターン寸法の計測が可能になる。
【0048】
請求項4記載のSEMシュリンク量測定方法によれば、請求項1と同様な効果がある。
【0049】
請求項5記載の測長SEM装置によれば、請求項1と同様な効果がある。
【0050】
請求項6記載の測長SEM装置によれば、請求項3と同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるフロー図である。
【図2】(a)本発明の第1の実施の形態において使用される測長パターン、(b)観察倍率での観察倍率測長パターンを示す図である。
【図3】SEMシュリンク測長パターン図である。
【図4】パターンピッチの時間依存性の関係を示す図である。
【図5】倍率変動の時間依存性の関係を示す図である。
【図6】実測値と倍率補正を行なったラインパターン寸法を示す図である。
【図7】実測値から計算したSEMシュリンク量と補正値から計算したSEMシュリンク量を表す図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態のフロー図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態での観測倍率でのパターン図である。
【符号の説明】
1 レジストパターン
2 反射防止膜等の下地膜
3 観察倍率でのビーム照射エリア
4 測長ポイントを表すマーク
11〜14 過程
16〜20 ステップ
Claims (6)
- 測長SEM装置を用い、レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定する方法であって、特定のピッチを有するレジストパターンピッチの計測を行なう過程と、前記レジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する過程と、レジストパターン寸法の計測を行う過程と、前記測長倍率変動量から前記レジストパターン寸法の測長結果を補正する過程を含むSEMシュリンク量測定方法。
- レジストパターン寸法とレジストパターンピッチの計測が同一の繰り返しパターンを用いて行われる請求項1記載のSEMシュリンク量測定方法。
- レジストパターン寸法とレジストパターンピッチの計測が同時に行われる請求項2記載のSEMシュリンク量測定方法。
- レジストパターンは反射防止膜上に形成されている請求項1記載のSEMシュリンク量測定方法。
- レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定する測長SEM装置であって、複数回のレジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する手段と、前記測長倍率変動量から、パターン寸法の測長結果を補正する手段とを備えた測長SEM装置。
- レジストパターン寸法を電子ビームを照射しながら複数回計測してSEMシュリンク量を測定する測長SEM装置であって、レジストパターン寸法の計測とレジストパターンピッチの計測を同時に行う手段と、前記レジストパターンピッチの計測結果から、電子ビーム照射時間に依存する測長倍率変動量を計算する手段と、前記測長倍率変動量から前記レジストパターン寸法の測長結果を補正する手段とを備えた測長SEM装置。
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