JP2004264102A

JP2004264102A - Ｓｅｍシュリンク量測定方法および測長ｓｅｍ装置

Info

Publication number: JP2004264102A
Application number: JP2003053236A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsuoka; 晃次松岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】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。
【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

【０００１】
【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

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。