JP2007250810A - 荷電粒子ビーム露光データの補正工程を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム露光データの補正工程を有する半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】エッチングプロセスによるパターン変動を有効に補正することができる荷電粒子ビーム露光データの補正工程を有する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】露光パターンデータと露光量データとを有する露光データにしたがってレジスト膜を露光する荷電粒子ビーム露光工程と,その工程で露光され現像されたレジストパターンをマスクにして被エッチング膜をエッチングするエッチング工程と,被エッチング膜のパターン寸法を測定して,製造ロット毎,エッチング装置毎,パターン密度毎,被エッチング膜の下の段差の上下毎,パターン毎のいずれか一つまたは複数に対応した測定パターン寸法データを有するパターン寸法データベースを構築する工程およびパターン寸法データベースに基づいて,露光データの露光パターンデータまたは露光量データをエッチング工程によるパターン変動を吸収するように補正する露光データのエッチング補正工程を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は,荷電粒子ビーム露光データの補正工程を有する半導体装置の製造方法に関し,特に,エッチング工程でのパターン幅変動を補正するための荷電粒子ビームの露光データの補正工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
近年における半導体装置の微細化に対応して,微細パターンを形成するリソグラフィ工程は,光を利用したリソグラフィからX線や荷電粒子ビーム(例えば電子ビーム)を用いるリソグラフィに移行している。荷電粒子ビームによるリソグラフィでは,自動レイアウトツールにより自動生成されたパターンの設計データが,ビーム照射毎の露光パターンデータと露光量データとを少なくとも有する露光データに変換され,その変換された露光データにしたがってウエハ上のフォトレジストにビーム照射が行われる。
そして,荷電粒子ビームを照射した時の電子の散乱による近接効果に基づく現像パターンの変動を吸収するために,露光データに対して近接効果補正が行われる。たとえば,パターン密度が疎な領域に存在する細い線について露光量を増加したり,パターン密度が密な領域に存在する線について露光量を減少させたり,矩形パターンの角が丸くなるのを防止するために補助パターンを追加させたり,といった補正である。
さらに,露光データにより生成されたフォトレジストの現像パターンは,フォトレジスト膜の下の被エッチング膜のエッチング工程でレジスト膜として利用される。このエッチング工程では,パターン密度に応じてパターン幅(パターン寸法)が変動することが知られている。そこで,このエッチング工程でのパターン寸法の変動を吸収するために,露光パターンを補正することが提案されている。たとえば,特許文献1に示されるとおりである。
この特許文献1によれば,エッチング後のパターン寸法が露光パターン寸法と異なってしまうので,そのパターン変動をあらかじめ実験やシミュレーションで求めておき,それに基づいて露光データのパターンを補正することで,エッチング後のパターン寸法が露光パターン寸法と同じになるようにする。
さらに,特許文献2によれば,アライナを利用した光による露光工程での露光条件を決定する際に,過去に処理された露光工程後のエッチング工程での測定データをフィードバックして使用する。
特開平11−154635号公報 特開平11−260683号公報
しかしながら,特許文献1の方法では,エッチングによるパターン変動をあらかじめ行う実験やシミュレーションで求めておき,それに基づいて露光データのパターン補正を行っている。したがって,エッチング装置の固体特性差に依存するパターン変動を補正することができず,また,エッチング装置の経年変化に依存するパターン変動を補正することもできない。
さらに,特許文献2の方法では,直前の測定データを基にして露光条件を決定しているが,この露光工程は,アライナを利用する光による露光工程の条件であり,荷電粒子ビーム露光工程における露光条件の補正ではない。
そこで,本発明の目的は,エッチングプロセスによるパターン変動を有効に補正することができる荷電粒子ビーム露光データの補正工程を有する半導体装置に製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために,本発明の第1の側面によれば,荷電粒子ビーム露光工程と当該露光工程により生成されたレジストパターンを利用したエッチング工程とを有する半導体装置の製造方法において,
パターンデータを有する設計データから変換され,露光パターンデータと露光量データとを有する露光データにしたがって,レジスト膜を露光する前記荷電粒子ビーム露光工程と,
前記荷電粒子ビーム露光工程で露光され現像された前記レジストパターンをマスクにして被エッチング膜をエッチングするエッチング工程と,
前記エッチング工程で形成された被エッチング膜のパターン寸法を測定して,製造ロット毎,エッチング装置毎,パターン密度毎,被エッチング膜の下の段差の上下毎,パターン毎のいずれか一つまたは複数に対応した測定パターン寸法データを有するパターン寸法データベースを構築する工程と,
前記パターン寸法データベースに基づいて,前記露光データの露光パターンデータまたは露光量データを前記エッチング工程によるパターン変動を吸収するように補正する露光データのエッチング補正工程とを有することを特徴とする。
上記の第1の側面において,好ましい態様によれば,前記露光データのエッチング補正工程では,前記エッチング工程によるパターン変動で測定パターンが太くなる場合は,前記露光データの露光パターンを細くまたは露光量を減少するように前記補正を行い,前記エッチング工程によるパターン変動で測定パターンが細くなる場合は,前記露光データの露光パターンを太くまたは露光量を増加するように前記補正を行うことを特徴とする。
上記の本発明の第1の側面によれば,荷電粒子ビーム露光の露光データが,実際のエッチング工程によるパターン変動を蓄積したパターン寸法データベースに基づいて,当該パターン変動が吸収されるように露光データの露光パターンデータまたは露光量データが補正される。よって,エッチング装置に依存したパターン変動を抑制することができ,パターンの種々の属性(製品ID,層番号,パターングループ,パターンなど)に依存したパターン変動も抑制することができる。
以下,図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し,本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず,特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
図1は,本実施の形態における半導体装置の製造方法の工程フローチャート図である。自動レイアウトツールにより生成された設計データDDが,露光データに変換される(S10)。設計データDDは種々のデータフォーマットに応じて生成されているが,露光データも露光装置に対応して種々のデータフォーマットに応じ低生成される。したがって,両者のデータフォーマットの違いに対応してデータ変化が必要になる。
荷電粒子ビーム用の露光データは,少なくともビーム照射毎の照射位置(X,Y座標),ビームパターン(幅W,高さH),露光量Eを有する。変換処理では,例えば,設計データDDに含まれる全てのパターンデータをOR処理することで露光すべきパターンデータが生成され,その露光パターンデータをビーム照射パターンに細分化し,それぞれに露光量を与えて,露光データが生成される。
次に,変換された露光データに対して近接効果補正処理が行われる(S12)。近接効果は,荷電粒子ビームをレジスト膜に照射した時の荷電粒子の散乱によるパターン変動である。一般に,パターン密度が高いパターンでは,近接するパターンに照射された荷電粒子の散乱の影響を受けてより多くの露光エネルギーを与えられるので,現像後のパターン幅が太くなる傾向になる。逆に,パターン密度が低いパターンでは,近接するパターンからの影響が少なく露光エネルギーが不足して現像後のパターン幅が細くなる傾向になる。また,矩形パターンの角部では丸くなる傾向にある。そこで,近接効果補正処理では,パターン密度などに基づいて露光データの露光量を補正したり,補助露光を追加したり,補正パターンを追加したりする処理が行われる。
さらに,本実施の形態では,現像後のレジストのパターン幅に対して,エッチング工程によるパターン幅(パターン寸法)の変動を補正するためのエッチング補正処理が行われる(S14)。このエッチング補正処理については後で詳述する。
2つの補正処理を経て形成された露光データEDは,前述したとおり,少なくとも,ビーム照射位置(X,Y座標)と,ビームパターン(幅W,高さH)と,露光量Eを有する。この露光データEDにしたがって,荷電粒子ビーム露光がレジスト膜に行われ,現像処理が行われる(S16)。そして,現像されたレジストパターンを有するウエハがエッチング装置に搬入され,エッチング処理が行われる(S18A,S18B)。通常の製造ラインでは,複数のエッチング装置A,B,例えばプラズマエッチング装置,が設けられ,製造ロットに応じて最適のエッチング装置で必要なエッチング処理が行われる。したがって,同じ製品の同じパターンでも,エッチング装置の違いによって生成されるエッチングパターンの寸法が異なる場合がある。
本実施の形態では,各エッチング処理後にパターン幅(パターン寸法)を測定し,測定結果をパターン寸法データベースDBa,DBbに蓄積する(S20A,S20B)。そして,多くの測定結果が蓄積されたパターン寸法データベースDBa,DBbに基づいて,エッチング補正処理工程で,露光データの露光パターンデータまたは露光量データが補正される(S14)。
図2は,エッチングによるパターン幅変動例を示す図である。図2には,荷電粒子ビーム露光され,現像された後のフォトレジストパターン例を左側に,そのフォトレジストパターンをマスクにしてエッチングされたエッチング後パターンを右側に示している。本明細書では,荷電粒子ビームが照射された領域がフォトレジストパターンとなり,そのフォトレジストパターンをマスクにしてエッチングすることで,ビーム照射領域が最終的なエッチング後のパターンとなる場合を前提にして,フォトレジストパターン,エッチング後パターンを説明する。したがって,パターン寸法の変動についても,上記の前提に立って説明する。
図2の例(A)では,パターン密度が疎な領域における現像後のフォトレジストパターンP10に対応して,エッチング後のパターンP12が示されている。パターン密度が疎な場合,プラズマエッチング工程でエッチングされる被エッチング材料の量が多くなり,エッチングにより発生した所定の物質がエッチングパターンの側壁に付着し,横方向のエッチングを抑制するというマイクロローディング効果により,パターンP12のように破線のフォトレジストパターンよりもパターン幅が太くなる傾向がある。
逆に,図2の例(B)では,パターン密度が密な領域における現像後のフォトレジストパターンP20に対応して,エッチング後のパターンP22が示されている。パターン密度が密な場合,エッチングされる被エッチング材料の量が少なくなり,マイクロローディング効果は生じず,エッチング後のパターンP22は,破線のフォトレジストパターンと同等またはパターン幅が減少する傾向にある。
上記のパターン幅変動は,パターン密度に依存する以外に,どのエッチング装置を使用するかにも依存し,エッチング装置の経年変化への依存性もみられる。そこで,本実施の形態では,図2に示すようなパターン幅変動の実データをパターン寸法データベースに蓄積しておき,エッチング補正処理工程S14で,そのパターン寸法データベースに基づいて最適な補正処理を行う。図2の例(A)では,露光データの露光パターンを細くまたは露光量を少なくするように補正し,図2の例(B)では,露光データの露光パターンを太く(または変更無し)または露光量を多く(または変更無し)するように補正する(または補正しない)。
図3は,本実施の形態におけるパターン寸法データベースの例を示す図である。図3には,エッチング工程後のパターン寸法測定結果が蓄積されたデータベースDBと,各パターンに対する補正後の露光データEDとが示される。データベースDBは,製造ロット番号(LOT No.),製品ID,エッチング装置ID,目標パターン幅に対応して,エッチング後パターン寸法をパターン密度が疎な場合と密な場合とに区分して蓄積している。ロット番号001では,製品番号001,エッチング装置A,目標パターン幅0.5μmに対して,エッチング後パターン寸法として,疎パターンの幅0.6μm,密パターンの幅0.5μmが記録されている。同様に,ロット番号002,103,104,203,204,303,304が記録されている。ここでは,ロット番号の順にデータが蓄積されるものとする。
このようなパターン寸法のデータベースに基づき,ロット番号が100番未満では,エッチング装置Aの場合は,補正後の露光データのパターン寸法が,疎パターンでは0.4μmに,密パターンでは0.5μmになるよう補正される。具体的には,疎パターンで露光パターンを細くするか露光量を減らすかの補正が行われる。また,エッチング装置Bの場合は,補正後の露光データのパターン寸法が,疎パターンでは0.3μmに,密パターンでは0.5μmになるよう補正される。
同様に,時間経過後のロット番号が100〜199番では,エッチング装置Aの場合は,補正後の露光データのパターン寸法が,疎パターンでは0.3μmに,密パターンでは0.5μmになるよう補正される。また,エッチング装置Bの場合は,補正後の露光データのパターン寸法が,疎パターンでは0.3μmに,密パターンでは0.5μmになるよう補正される。ロット番号100〜199では,エッチング装置Aの経年変化によりエッチング特性が変化して,エッチング補正量が変更されている。経年変化の一例としては,エッチングにより発生した物質が装置内壁に付着して加熱能力が減少する場合が考えられる。加熱能力が弱くなることでプラズマエッチング工程でのエッチング能力が変化することが考えられる。
そして,更に時間経過後のロット番号が200〜299番では,エッチング装置Aの場合は,補正後の露光データのパターン寸法が,疎パターンでは0.3μmに,密パターンでは0.5μmになるよう補正される。また,エッチング装置Bの場合は,補正後の露光データのパターン寸法が,疎パターンでは0.2μmに,密パターンでは0.5μmになるよう補正される。ロット番号200〜299でも,エッチング装置Aの経年変化によりエッチング特性が変化して,エッチング補正量が変更されている。ロット番号300〜399番でも同様である。
以上のように,パターン寸法データベースは,複数のロット番号についてエッチング装置別に,及びパターン密度別にエッチング後のパターン寸法のデータを累積している。そして,それらのデータに基づいて,エッチングによるパターン寸法の変動が抑制されるように,露光データが補正される。したがって,実際のエッチング工程によるパターン寸法の変動に基づいて露光データが補正されるので,パターン寸法の変動を適切に抑制することができる。
さらに,エッチング装置の経年変化も考慮して,フィードバックすべきパターン寸法データベースの範囲を選択する。それによれば,直前の一定期間のデータをフィードバックすることができ,パターン寸法の変更抑制には効果的である。
図4は,エッチングによるパターン幅変動例を示す図である。図4でも,荷電粒子ビーム露光され,現像された後のフォトレジストパターン例を左側に,そのフォトレジストパターンをマスクにしてエッチングされたエッチング後パターンを右側に示している。図4の例(A)では,右端の断面図に示したとおり,被エッチング膜10が段差を有し,その段差をまたいでフォトレジストパターンP30が形成されている。このように段差の上下にフォトレジストパターンP30が形成される場合,露光工程でのフォーカス位置が段差の上に合わせられると段差の下の現像パターン寸法が破線の目標パターンよりも太くなる場合がある。その場合は,エッチング後のパターンP32の寸法も,段差の下の部分で太くなる。
一方,図4の例(B)でも,右端の断面図に示したとおり,被エッチング膜10が段差を有し,その段差をまたいでフォトレジストパターンP32が形成されている。そして,この場合は,露光工程でのフォーカス位置が段差の下に合わせられると段差の上の現像パターン寸法が破線の目標パターンよりも太くなる場合がある。その場合は,エッチング後のパターンP34の寸法も,段差の上の部分で太くなる。
上記のように,被エッチング膜の段差部分では,目標とするパターン寸法に対して,段差の上または下で現像パターン寸法が変動し,それに応じてエッチング後のパターン寸法も変動する。そこで,本実施の形態では,この段差に依存して発生するパターン寸法の変化を吸収するためにも,エッチング補正処理S14にて露光データの補正を行う。すなわち,図4の例(A)では,段差下のパターン寸法を細くするように露光データの露光パターンまたは露光量を補正する。また,図4の例(B)では,段差上のパターン寸法を細くするように露光データの露光パターンまたは露光量を補正する。
図5は,本実施の形態における別のパターン寸法のデータベースの例を示す図である。図5にも,エッチング工程後のパターン寸法測定結果が蓄積されたデータベースDBと,各パターンに対する補正後の露光データEDとが示される。データベースDBは,製造ロット番号(LOT No.),製品ID,エッチング装置ID,目標パターン幅に対応して,エッチング後パターン寸法がフォトレジストの下地の段差の上と下に区分して記録されている。ロット番号001では,製品番号001,エッチング装置A,目標パターン幅0.5μmに対して,エッチング後パターン寸法として,段差の上パターンの幅0.6μm,段差の下パターンの幅0.5μmが記録されている。同様に,ロット番号002,103,104,203,204,303,304についてもデータが記録されている。
そこで,エッチング補正処理では,ロット番号100番未満では,製品IDが001,エッチング装置A,目標パターン幅0.5μmに対しては,段差の上ではパターン幅を0.4μmに補正し,段差の下では補正しない。また,製品IDが002,エッチング装置B,目標パターン幅0.5μmに対しては,段差の下ではパターン幅を0.3μmに縮小するよう補正し,段差の下では補正しない。ロット番号100〜199では,図示されるとおり段差の上パターンに対して細くするよう補正を行う。具体的には,露光データの露光パターンまたは露光量が補正される。
また,製品IDが002の場合は,ロット番号200〜299では,段差の下のパターンで細くする補正を行い,段差の上のパターンでは補正を行わない。同様に,ロット番号300〜399でも,製品IDが002に対しては,段差の下のパターンで細くする補正を行い,段差の上のパターンでは補正を行わない。
このように,製品IDに依存して,段差の上か下かのパターンに依存して,エッチング後のパターン寸法に変動が異なるので,それを抑制するように,露光データの露光パターンデータまたは露光量データが補正される。つまり,この補正は,段差の上か下かに依存して補正される。
図6は,本実施の形態における更に別のパターン寸法のデータベースの例を示す図である。図6にも,エッチング工程後のパターン寸法測定結果が蓄積されたデータベースDBと,各パターンに対する補正後の露光データEDとが示される。このデータベースDBでは,製品ID,被エッチング膜の層番号,パターングループ番号,パターン番号,それぞれに対応して,目標パターン幅0.5μmに対するエッチング後のパターン寸法データを有する。そして,それぞれのデータ要素に対応して補正後の露光データのパターン寸法が決定される。
そして,本実施の形態では,エッチング補正処理S14で,データベースDBを参照して,例えば,製品毎に露光データを補正する,被エッチング膜の層番号毎に露光データを補正する,パターングループ毎に露光データを補正する,露光パターン毎に露光データを補正する,のいずれかの補正が行われる。つまり,データベースにエッチング後パターン寸法データを蓄積することで,いずれかの属性毎に適切な補正量を求め,その補正量にしたがって,露光データの補正を行う。
さらに,特定のパターンについてのみエッチング工程でのパターン寸法の変化に対する露光データの補正を行うようにしても良い。
以上説明したとおり,本実施の形態では,フォトレジストパターンを利用したエッチング工程によるパターン寸法の変化を,種々の属性(製品ID,装置ID,パターン番号など)に対応して測定したエッチング後パターン寸法をデータベースとして蓄積し,そのデータベースに基づいて,露光データを補正する。よって,属性毎に最適な補正を行うことができ,エッチング工程によるパターン寸法の変動を最適に吸収することができる。
以上の実施の形態をまとめると,次の付記のとおりである。
(付記1)荷電粒子ビーム露光工程と当該露光工程により生成されたレジストパターンを利用したエッチング工程とを有する半導体装置の製造方法において,
パターンデータを有する設計データから変換され,露光パターンデータと露光量データとを有する露光データにしたがって,レジスト膜を露光する前記荷電粒子ビーム露光工程と,
前記荷電粒子ビーム露光工程で露光され現像された前記レジストパターンをマスクにして被エッチング膜をエッチングするエッチング工程と,
前記エッチング工程で形成された被エッチング膜のパターン寸法を測定して,製造ロット毎,エッチング装置毎,パターン密度毎,被エッチング膜の下の段差の上下毎,パターン毎のいずれか一つまたは複数に対応した測定パターン寸法データを有するパターン寸法データベースを構築する工程と,
前記パターン寸法データベースに基づいて,前記露光データの露光パターンデータまたは露光量データを前記エッチング工程によるパターン変動を吸収するように補正する露光データのエッチング補正工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)付記1において,
前記線幅データベースは,第1のパターン密度のパターンと,前記第1のパターン密度より疎な第2のパターン密度のパターンとに対応して前記測定パターン寸法データを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記3)付記1において,
前記線幅データベースは,複数のエッチング装置に対応して前記測定パターン寸法データを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記4)付記1において,
前記線幅データベースは,被エッチング膜の下の段差の上下に対応して前記測定パターン寸法データを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記5)付記1において,
前記線幅データベースは,複数の露光パターンをそれぞれ有するパターングループまたは個別の露光パターンに対応して前記測定パターン寸法データを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記6)付記1において,
前記露光データ補正工程に加えて,さらに,前記露光データの露光パターンデータまたは露光量データを,露光,現像工程での近接効果に基づくパターン変動を吸収するように補正する露光データの近接効果補正工程とを有する特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記7)付記1において,
前記露光データのエッチング補正工程では,
前記エッチング工程によるパターン変動で測定パターンが太くなる場合は,前記露光データの露光パターンを細くまたは露光量を減少するように前記補正を行い,
前記エッチング工程によるパターン変動で測定パターンが細くなる場合は,前記露光データの露光パターンを太くまたは露光量を増加するように前記補正を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
本実施の形態における半導体装置の製造方法の工程フローチャート図である。 エッチングによるパターン幅変動例を示す図である。 本実施の形態におけるパターン寸法データベースの例を示す図である。 エッチングによるパターン幅変動例を示す図である。 本実施の形態における別のパターン寸法のデータベースの例を示す図である。 本実施の形態における更に別のパターン寸法のデータベースの例を示す図である。
符号の説明
DD:設計データ S10:露光データへの変換処理
S12:近接効果補正処理 S14:エッチング補正処理
ED:露光データ S16:荷電粒子ビーム露光・現像処理
DBa,DBb:パターン寸法データベース

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビーム露光工程と当該露光工程により生成されたレジストパターンを利用したエッチング工程とを有する半導体装置の製造方法において,
    パターンデータを有する設計データから変換され,露光パターンデータと露光量データとを有する露光データにしたがって,レジスト膜を露光する前記荷電粒子ビーム露光工程と,
    前記荷電粒子ビーム露光工程で露光され現像された前記レジストパターンをマスクにして被エッチング膜をエッチングするエッチング工程と,
    前記エッチング工程で形成された被エッチング膜のパターン寸法を測定して,製造ロット毎,エッチング装置毎,パターン密度毎,被エッチング膜の下の段差の上下毎,パターン毎のいずれか一つまたは複数に対応した測定パターン寸法データを有するパターン寸法データベースを構築する工程と,
    前記パターン寸法データベースに基づいて,前記露光データの露光パターンデータまたは露光量データを前記エッチング工程によるパターン変動を吸収するように補正する露光データのエッチング補正工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1において,
    前記線幅データベースは,第1のパターン密度のパターンと,前記第1のパターン密度より疎な第2のパターン密度のパターンとに対応して前記測定パターン寸法データを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1において,
    前記線幅データベースは,複数のエッチング装置に対応して前記測定パターン寸法データを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1において,
    前記線幅データベースは,被エッチング膜の下の段差の上下に対応して前記測定パターン寸法データを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1において,
    前記露光データのエッチング補正工程では,
    前記エッチング工程によるパターン変動で測定パターンが太くなる場合は,前記露光データの露光パターンを細くまたは露光量を減少するように前記補正を行い,
    前記エッチング工程によるパターン変動で測定パターンが細くなる場合は,前記露光データの露光パターンを太くまたは露光量を増加するように前記補正を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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