JP2003197503A - レジストパターン測定方法、走査電子顕微鏡型測長装置及び半導体装置 - Google Patents

レジストパターン測定方法、走査電子顕微鏡型測長装置及び半導体装置

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JP2003197503A
JP2003197503A JP2001394725A JP2001394725A JP2003197503A JP 2003197503 A JP2003197503 A JP 2003197503A JP 2001394725 A JP2001394725 A JP 2001394725A JP 2001394725 A JP2001394725 A JP 2001394725A JP 2003197503 A JP2003197503 A JP 2003197503A
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JP
Japan
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electron beam
resist pattern
resist
scanning
substrate
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Application number
JP2001394725A
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English (en)
Inventor
Hirokazu Asahara
浩和 浅原
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Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 SEMによる測定中にパターン形状が変化す
ることを抑止する。 【解決手段】 レジストパターン測定方法は、半導体基
板上にレジストを塗布する工程と、レジストを露光する
工程と、レジストを現像して所定形状のレジストパター
ンを形成する工程と、レジストパターンにプラズマ又は
電子線を照射する工程と、測長SEM又は走査電子顕微
鏡型測長装置を用いてレジストパターンを測定する工程
とを備える。プラズマ又は電子線を照射した後にレジス
トパターンを測定するため、測定時の電子線走査によっ
てパターン寸法が変化することを抑止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はレジストパターン
測定方法、走査電子顕微鏡型測長装置及び半導体装置に
関し、特にリソグラフィー工程で形成したレジストパタ
ーンの測定方法、レジストパターンを測定する走査電子
顕微鏡型測長装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の微細パターン製造プロ
セスにおいては、リソグラフィー工程が多用されてい
る。リソグラフィー技術は、光を用いたフォトリソグラ
フィーと、電子線を用いた電子線(EB)リソグラフィ
ーの2通りの方法に大別される。
【0003】リソグラフィー工程では、半導体基板上に
レジストを塗布し、回路パターンを焼き付けた後に現像
を行い、所定形状のレジストパターンを形成する。レジ
ストパターンを形成した後、必要に応じてパターン寸法
などの形状測定が行われる。
【0004】図7は、従来のレジストパターンの測定方
法の手順を示すフローチャートである。図7に示すよう
に、従来の方法では、レジスト塗布(ステップS1
1)、ベーク1(ステップS12)、露光(ステップS
13)、ベーク2(ステップS14)、現像(ステップ
S15)、現像後ベーク(ステップS16)の各工程が
終了した後、すなわち、現像処理工程(現像及び現像後
のベーク)の終了後に、ステップS17でレジストパタ
ーンの寸法をSEM(scanning electron microscope;
走査電子顕微鏡)で測定していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SEM
による測定では、レジストの被測定部位に電子線を走査
して、各走査点から放出される2次電子を検出器に受け
て増幅させてブラウン管上に像を写し出す処理、或い
は、2次電子を検出器に受けて測長に必要な信号を得る
処理が行われる。この際、電子線の照射によってレジス
トが収縮し、レジストパターンの寸法が変化してしまう
という問題が生じていた。
【0006】図8及び図9は、電子線の照射により基板
13上のレジストパターンの寸法が変化した状態を示す
概略断面図である。ここで、図8はレジストパターンが
ラインパターンの場合を、図9はレジストパターンがホ
ールパターンの場合を示している。また、図8及び図9
において、11は電子線走査前のレジストパターン外形
形状を、12は電子線走査後のレジストパターン外形形
状をそれぞれ示している。このように、ラインパターン
の場合、図8に示すようにSEMによる電子線の走査に
よってライン幅が細くなるという問題が生じていた。ま
た、ホールパターンの場合は、図9に示すように電子線
の走査によってホールの孔径が大きくなるという問題が
生じていた。
【0007】レジストパターンの寸法がSEM測定中に
変化してしまうと、測定部位とその他の部位で寸法が異
なることとなり、本来のパターン寸法を正確に測定する
ことができなくなる。このため、測定したデータの精度
が低下し、信頼性が損なわれるという問題が生じてい
た。
【0008】更に、SEMの測定条件、レジストの種類
などに応じて、測定中の電子線の走査による寸法変化量
が異なるという問題が生じていた。このため、測定した
パターン寸法を管理、保証することが困難となってい
た。
【0009】この発明は上述のような問題を解決するた
めになされたものであり、SEMによる測定中にパター
ン形状が変化することを抑止して、パターンの測定を高
精度に行うことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明のレジストパタ
ーン測定方法は、半導体基板上にレジストを塗布する工
程と、前記レジストを露光する工程と、前記レジストを
現像して所定形状のレジストパターンを形成する工程
と、前記レジストパターンにプラズマ又は電子線を照射
する工程と、走査電子顕微鏡型測長装置を用いて前記レ
ジストパターンを測定する工程とを備えたものである。
【0011】また、この発明の走査電子顕微鏡型測長装
置は、基板表面へ電子線を走査する電子線走査手段と、
前記基板表面で発生した2次電子を検出する2次電子検
出手段と、検出した前記2次電子に基づいて前記基板の
像を表示する表示手段と、前記基板表面にプラズマを照
射するプラズマ照射手段とを備えたものである。
【0012】また、この発明の走査電子顕微鏡型測長装
置は、基板表面へ電子線を走査する電子線走査手段と、
前記基板表面で発生した2次電子を検出する2次電子検
出手段と、検出した前記2次電子に基づいて前記基板の
像を表示する表示手段と、前記基板表面に電子線を照射
する電子線照射手段とを備えたものである。
【0013】また、この発明の半導体装置は、上記の走
査電子顕微鏡型測長装置を用いて製造されたものであ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の一実施の形態
にかかるレジストパターン測定方法の手順を示すフロー
チャートである。以下、図1に基づいてこの実施の形態
のレジストパターン測定方法について説明する。
【0015】先ず、ステップS1ではレジストを半導体
基板上に塗布する。次のステップS2では、1回目のベ
ーク1を行う。ベーク1は、主としてレジスト中の溶媒
を取り去り、レジストと下層の膜との密着性を高めるこ
とを目的として行う。
【0016】次のステップS3では露光を行い、次のス
テップS4では2回目のベーク2を行う。次のステップ
S5では現像を行う。レジストがポジ形レジストの場合
は、露光された領域のレジストが現像によって除去され
る。レジストがネガ形レジストの場合は、露光されなか
った領域のレジストが現像によって除去される。次のス
テップS6では現像後のベークを行う。この現像後のベ
ークによって焼しめが行われる。これにより、所定形状
のレジストパターンが形成される。
【0017】次のステップS7では、形成したレジスト
パターンに対してプラズマの照射を行う。次のステップ
S8では、SEMを使用してレジストパターンの寸法測
定を行う。
【0018】このように、SEMによる寸法測定を行う
前に、レジストパターンに対してプラズマ又は電子線を
照射することにより、SEMによる測定時の電子線走査
によってレジストパターンの寸法が変化してしまうこと
を抑止できる。これにより、SEMによる測定部位と、
その他の領域との間でパターン寸法に相違が生じること
を抑止できる。従って、パターンの測定を高い精度で行
うことが可能となる。
【0019】図2は、ステップS8でのSEMによる測
定中に、レジストパターンのラインパターンの線幅が変
化する様子を示す特性図である。ラインパターンの寸法
はSEMによる電子線の照射時間に依存して変化する
が、この実施の形態ではステップS7で先にレジストパ
ターンにプラズマを照射しているため、図2に示すよう
にSEMによる測定中の線幅の減少量は微小値となる。
【0020】図3は、図2の比較例としてステップS7
のプラズマ照射を行わなかった場合のラインパターンの
線幅変化を示す特性図である。このように、ステップS
7のプラズマ照射を行わない場合は、測定時間の経過に
伴ってラインパターンの線幅が大幅に減少してしまう。
従って、ステップS7のプラズマ照射を行うことによ
り、SEM測定中におけるラインパターンの線幅の減少
を最小限に抑えることができる。
【0021】ArFリソグラフィー用のアクリル系レジ
ストとしては、PMMA(ポリメチル・メタアクリレー
ト)、アクリレート、又はこれに類似する樹脂が使用さ
れる。図4は、プラズマ又は電子線の照射によるPMM
Aの反応を示す模式図である。同様に、図5はプラズマ
又は電子線の照射によるアクリレートの反応を示す模式
図である。これらの反応によりPMMA又はアクリレー
トからなるレジストパターンの寸法が変化する。
【0022】この実施の形態では、ステップS7でプラ
ズマを照射して図4、図5の反応を行うため、ステップ
S8のSEMによる測定の際に更なる反応が生じること
を抑止できる。
【0023】また、プラズマ照射の代わりに電子線を照
射しても図4、図5に示す反応を行うことができる。従
って、ステップS7では、プラズマを照射する代わりに
半導体基板の全面に電子線を照射するようにしてもよ
い。
【0024】次に、この実施の形態にかかる走査電子顕
微鏡型測長装置(SEM)について説明する。図6はこ
の実施の形態にかかる走査電子顕微鏡型測長装置の構成
を示す模式図である。この走査電子顕微鏡型測長装置
は、上述のステップS7のプラズマ照射を行うためのプ
ラズマ照射手段1を備えている。プラズマ照射手段1に
は、基板5が入れられるチャンバ、反応ガス出入口、高
周波印加電極などプラズマ照射のための構成が含まれ
る。
【0025】走査電子顕微鏡型測長装置は、プラズマ照
射手段1の他に電子線走査手段2、2次電子検出手段
3、表示手段4を備えている。電子線走査手段2は被測
定対象である半導体基板などの基板5上に電子線を走査
し、2次電子検出手段3は、電子線走査手段2による電
子線の走査によって、基板5の表面に生じる2次電子を
検出する。そして、表示手段4は検出した2次電子に基
づいて基板表面の状態を表示するものである。なお、基
板5として半導体基板を例示するが、ガラス基板など他
の基板を用いてもよい。
【0026】このように、走査電子顕微鏡型測長装置自
体にプラズマ照射手段1を設けることにより、形状測定
前にプラズマを基板5に照射することが可能となる。従
って、プラズマを照射するために基板5を専用装置に運
ぶ工程が不要となり、工程数を削減するとともに高精度
な測定を行うことが可能となる。
【0027】また、プラズマ照射手段1の代わりに電子
線照射手段を設けてもよい。この場合は、基板5上の一
部の領域のみでレジストパターン寸法に変化が生じるこ
とを抑えるため、電子線照射手段によって基板5の全面
に電子線を照射する。電子線照射手段の一例として基板
5全面に電子線を照射する電子銃が挙げられる。
【0028】以上説明したようにこの実施の形態によれ
ば、SEMによる形状測定前に、レジストパターンにプ
ラズマ又は電子線を照射するようにしたため、SEMを
使った寸法測定で電子線の走査によって生じるレジスト
パターンの寸法変化を最小限に抑えることが可能とな
る。これにより、パターン寸法の正確な測定、管理が可
能となり、半導体装置の信頼性を向上させることができ
る。
【0029】なお、この実施の形態はArFリソグラフ
ィー、EBリソグラフィー以外にも、Fリソグラフィ
ー、EUVリソグラフィー、X線リソグラフィーなど各
種のリソグラフィーに適用することができる。
【0030】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。
【0031】この発明のレジストパターン測定方法によ
れば、レジストパターンにプラズマ又は電子線を照射し
た後に走査電子顕微鏡型測長装置を用いてレジストパタ
ーンの形状を測定するようにしたため、測定時の電子線
走査によってレジストパターンの寸法が変化してしまう
ことを抑止できる。これにより、パターンの測定を高い
精度で行うことが可能となる。
【0032】この発明の走査電子顕微鏡型測長装置によ
れば、プラズマ照射手段又は電子線照射手段を備えてい
るため、形状測定前にプラズマ又は電子線を基板上のレ
ジストパターンに照射することが可能となる。これによ
り、測定前にレジストパターンにプラズマ照射又は電子
線照射を行うことが可能となり、測定時の電子線走査に
よってレジストパターンの寸法が変化してしまうことを
抑止できる。また、プラズマ又は電子線を照射するため
に基板を専用装置に運ぶ工程が不要となり、工程数を削
減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態にかかるレジストパタ
ーン測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図2】 この発明の実施の形態にかかる、プラズマ照
射後の測長SEMの電子線照射時間に依存したラインパ
ターンの線幅変化を示す特性図である。
【図3】 比較例にかかる測長SEMの電子線照射時間
に依存したラインパターンの線幅変化を示す特性図であ
る。
【図4】 プラズマ、電子線の照射によるPMMAの反
応を示す模式図である。
【図5】 プラズマ、電子線の照射によるアクリレート
の反応を示す模式図である。
【図6】 この発明の実施の形態にかかる走査電子顕微
鏡型測長装置の構成を示す模式図である。
【図7】 従来のレジストパターンの測定方法の手順を
示すフローチャートである。
【図8】 測定時の電子線の走査によりレジストのライ
ンパターンの寸法が変化した状態を示す概略断面図であ
る。
【図9】 測定時の電子線の走査によりレジストのホー
ルパターンの寸法が変化した状態を示す概略断面図であ
る。
【符号の説明】
1 プラズマ照射手段、 2 電子線走査手段、 3
2次電子検出手段、4 表示手段、 5 基板。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/30 570 Fターム(参考) 2F067 AA13 AA26 AA54 CC00 CC15 HH06 JJ05 KK04 TT06 2H096 AA25 HA05 LA30 5C001 AA01 BB07 CC04 5C033 UU04 UU08 5F046 LA18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にレジストを塗布する工程
    と、 前記レジストを露光する工程と、 前記レジストを現像して所定形状のレジストパターンを
    形成する工程と、 前記レジストパターンにプラズマ又は電子線を照射する
    工程と、 走査電子顕微鏡型測長装置を用いて前記レジストパター
    ンを測定する工程とを備えたことを特徴とするレジスト
    パターン測定方法。
  2. 【請求項2】 基板表面へ電子線を走査する電子線走査
    手段と、 前記基板表面で発生した2次電子を検出する2次電子検
    出手段と、 検出した前記2次電子に基づいて前記基板の像を表示す
    る表示手段と、 前記基板表面にプラズマを照射するプラズマ照射手段と
    を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡型測長装置。
  3. 【請求項3】 基板表面へ電子線を走査する電子線走査
    手段と、 前記基板表面で発生した2次電子を検出する2次電子検
    出手段と、 検出した前記2次電子に基づいて前記基板の像を表示す
    る表示手段と、 前記基板表面に電子線を照射する電子線照射手段とを備
    えたことを特徴とする走査電子顕微鏡型測長装置。
  4. 【請求項4】 請求項2又は3記載の走査電子顕微鏡型
    測長装置を用いて製造されたことを特徴とする半導体装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7420190B2 (en) 2005-03-09 2008-09-02 Nec Electronics Corporation Length measurement pattern, semiconductor device, and method of manufacturing a semiconductor device
WO2013051456A1 (ja) * 2011-10-06 2013-04-11 株式会社日立ハイテクノロジーズ 計測方法、データ処理装置及びそれを用いた電子顕微鏡

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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