JP2008182114A - 露光余裕度の算出方法、露光評価装置及び露光評価用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】様々な形状、寸法の任意の露光パターンの露光余裕度を算出することが可能な露光余裕度の算出方法、露光評価装置、露光評価プログラムを提供する。
【解決手段】露光工程を経て半導体ウェーハＷ等の露光対象物上に形成された露光パターンの画像を、異なる露光量Ｄ毎に複数枚取得する。この露光パターンの画像を画像処理して、露光量Ｄ毎に露光パターンの外周長Ｌを算出する。この外周長Ｌと、設計パターンの外周長Ｌ０とを比較して両者の差である外周長差ｄＬを露光量毎に算出し、更に露光余裕度Ａｎを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子線露光装置、光露光装置により形成された任意のパターンの露光余裕度を算出する方法、露光評価装置及び露光評価用プログラムに関するものである。

半導体デバイスや液晶デバイスの製造工程では、フォトマスクやＣＡＤデータとして形成された回路パターンを、縮小投影露光法又は電子線露光法等により、半導体ウェーハ、フォトマスク、液晶用ガラス基板等の上に塗布されたレジストにできるだけ忠実に転写する必要がある。

しかし、露光条件、光近接効果（Optical Proximity Effect）、ベーク・現像の条件、或いはレジスト材料のバラツキ等により、設計パターンと、実際に転写された露光パターンとの間には、多少の寸法及び形状の差が生じることは免れない。従って、生じ得る寸法等の変動量がどの程度であるのかを定量的に把握することが、半導体デバイスの歩留まりを低下させる上で、極めて重要となる。

従来、生じ得る寸法等の変動量を定量的に表す指標として、「露光余裕度」という数値が用いられている。露光余裕度Ａは、露光量の変化に対するパターンの線幅の変化量を示す指標であり、一例として、露光量（ドーズ量）Ｄ、ラインアンドスペースパターンの線幅Ｗ、定数Ｂとの関係で、Ｗ＝Ａ・Ｌｎ（Ｄ）＋Ｂと定義することができる。

この定義に従えば、露光余裕度Ａが大きい場合、僅かな露光量Ｄの変動に対し、線幅Ｗが大きく変動する。この露光余裕度Ａを把握しておくことにより、線幅Ｗを正確に管理することができる。露光余裕度の定義はメーカー毎に異なっており、上記以外の定義も存在するが（例えば、特許文献１参照）、基本的な意味合いは類似している。

しかし、露光余裕度Ａは、ラインアンドスペースパターン、正方形および円状のホールパターン等の単純な露光パターンに対しては既存の手法で寸法測定が可能なので有効だが、実際に半導体ウェーハ、フォトマスク、及び液晶用のガラス基板等の露光対象物上に転写される様々な形状、寸法を有する任意の露光パターンの露光余裕度を既存の方法で求めることはできなかった。その理由は、実際に露光されるデバイスパターンに於いては形状が複雑であるため、露光余裕度を決定すべき寸法が一義的に決められない。そのため、従来のCDSEMによる寸法測定から、露光余裕度を求めることは出来なかった。つまり、実際のパターンの正確な露光余裕度の代わりに、単純で規則的なラインアンドスペースパターンで露光余裕度を見積もるしか方法がなかった。露光余裕度は、露光または描画面積率、パターン形状、寸法によって、その値は大きく変化するため、実際の露光パターンの露光余裕度を正確に見積もることが困難であった。
特開２００４−７９９１１号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、様々な形状、寸法の任意のパターンでも露光余裕度を算出することが可能な露光余裕度の算出方法、露光評価装置、露光評価プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る露光余裕度の算出方法は、露光工程を経て露光対象物上に形成された露光パターンの画像を、前記露光工程における異なる露光量毎に複数枚取得するステップと、前記露光パターンの画像を画像処理して、前記露光量毎に前記露光パターンの外周長を算出するステップと、前記外周長と、前記露光パターンの形成に用いた設計パターンの外周長とを比較して両者の差である外周長差を前記露光量毎に算出するステップと、前記露光量の変化に対する前記外周長差の変化に基づいて、露光余裕度を算出するステップとを備えたことを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係る露光評価装置は、露光工程における露光量を異ならせて露光対象物上に形成された複数通りの露光パターンの画像を取得して、その露光パターンの外周長を算出する外周長算出部と、前記外周長算出部で得られた外周長と、前記露光パターンの形成に用いた設計パターンの外周長とを比較して両者の差である外周長差を前記露光量毎に算出する外周長差算出部と、前記露光量の変化に対する前記外周長差の変化に基づいて露光余裕度を算出する露光余裕度算出部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の更に別の一態様に係る露光評価プログラムは、露光工程を経て露光対象物上に形成された露光パターンの画像を、前記露光工程における異なる露光量毎に複数枚取得するステップと、前記露光パターンの画像を画像処理して、前記露光量毎に前記露光パターンの外周長を算出するステップと、前記外周長と、前記露光パターンの形成に用いた設計パターンの外周長とを比較して両者の差である外周長差を前記露光量毎に算出するステップと、前記露光量の変化に対する前記外周長差の変化に基づいて、露光余裕度を算出するステップとをコンピュータに実行させることが可能に構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、様々な形状、寸法を有する任意の露光パターンの露光余裕度を管理することが可能な露光余裕度の算出方法、露光評価装置、露光評価プログラムを提供することが可能になる。

次に、本発明の実施の形態に係る露光余裕度の算出方法、露光評価装置及びプログラムを、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る露光評価装置としてのコンピュータ１０の構成を示すブロック図である。このコンピュータ１０は、一般的なパーソナルコンピュータに、画像処理ソフトウエア５０を格納して構成され得る。すなわち、この実施の形態のコンピュータ１０は、ＣＰＵ１１、画像メモリ１２、ＲＡＭ１３、ＲＯＭ１４、ハードディスクドライブ１５、インターフェース１６、１７、１８、及び露光量制御部１９を備えて構成される。露光量制御部１９は、露光パターンの露光を行うための装置の一例としての電子ビーム描画装置４０における露光量Ｄ（電子ビーム強度）を制御するためのものである。なお、露光量Ｄの制御は、電子ビーム描画装置４０側の制御部（図示せず）で行わせるようにし、露光制御部１９を省略することも可能である。ハードディスクドライブ１５には、上述の画像処理ソフトウエア５０が格納されている。

また、インターフェース１６〜１８は、それぞれ、出力部２０、ＣＤＳＥＭ（Critical Dimension Scanning Electron Microscope）６０、及びＣＡＤデータ格納部７０との間でデータを送受信するためのものである。

出力部２０は、画像処理ソフトウエア５０により算出されたデータを外部に出力するもので、一般的なディスプレイ、プリンタ、プロッタなどである。

また、ＣＤＳＥＭ６０は、電子ビーム描画装置４０により露光対象物としての半導体ウェーハＷ上に形成された露光パターンのＳＥＭ画像を撮影するためのものである。なお、露光対象物は半導体ウェーハに限らず、例えばフォトマスク、液晶用のガラス基板等も含む。

ＣＡＤデータ格納部７０は、露光すべき各種設計パターンのデータ（座標、輪郭の外周長等を含む）を格納したものである。

上述の画像処理ソフトウエア５０は、図１に示すように、画像取込部５１、外周長算出部５２、外周長差算出部５３、及び露光余裕度算出部５４等の機能をコンピュータ１０において実行させるように構成されている。

画像取込部５１は、ＣＤＳＥＭ６０で撮影されたＳＥＭ画像を取り込んで、画像メモリ１２に格納させる機能を有する。画像メモリ１２に格納させる際、そのＳＥＭ画像に含まれる露光パターンを露光したときの露光量Ｄのデータも、この画像データと関連付けて画像メモリ１２又はこれに連携されたメモリ（図示せず）に格納される。露光量Ｄのデータは、例えばＳＥＭ画像のファイル名に含めるようにしてもよいし、或いはＳＥＭ画像の画像データとは別のテキストデータとして、何らかの方法により関連付けられて格納することができる。

外周長算出部５２は、画像メモリ１２に格納されたＳＥＭ画像の画像データに含まれる露光パターンの外周長Ｌを、エッジ検出アルゴリズム、直線近似アルゴリズム等を含む画像処理機能に基づいて算出する機能を有する。

一例として、図２（ａ）に示すような逆Ｌ字状の露光パターン（実線）の外周長Ｌを算出する場合を考える。図２（ａ）において、点線は露光パターン（実線）の転写に用いた逆Ｌ字状の設計パターン（外周長Ｌ０）の外周を示している。設計パターンの寸法は、縦辺の横幅がＷ０、高さがＨ０、横辺の横幅がＷ１＋Ｗ０、高さがＨ０であるとする。設計パターンと露光パターンとの間のズレは、全方向について均一に現れる。このずれ量をΔｄとする。

このとき、露光パターンの外周長Ｌは、
［数１］
Ｌ＝（Ｗ０＋２Δｄ）＋（Ｈ１＋２Δｄ）＋（Ｗ０＋Ｗ１＋２Δｄ）＋（Ｈ０＋２Δｄ）＋Ｗ１＋Ｈ１−Ｈ０
となり、この値が、外周長算出部５２において、上記のような画像処理アルゴリズムを用いて算出される。

外周長差算出部５３は、外周長算出部５２で得られた外周長Ｌと、この露光パターンに対応する設計データの外周長Ｌ０との差である外周長差ｄＬ（＝Ｌ−Ｌ０）を算出する機能を有する。なお、外周長Ｌ０のデータは、ＣＡＤデータ格納部７０に格納されている。なお、ＣＡＤデータ格納部７０を備える代わりに、設計データの外周長Ｌ０のデータを図示しない入力部より入力することとしてもよい。

外周長差ｄＬは、［数１］から明らかなように、ｄＬ＝Ｌ−Ｌ０＝８ΔＬとなる。これは、露光パターンの形状、寸法等に関係なく同様である。

露光余裕度算出部５４は、外周長差算出部５３で得られた外周長差ｄＬと、露光量Ｄとの関係を分析し、露光量Ｄの変化に対する外周長差ｄＬの変化量に基づき、露光余裕度Ａｎを算出する。即ち、この露光余裕度算出部５４で算出される露光余裕度Ａｎは、露光パターンの外周長差ｄＬに基づいて算出されるものである。

外周長差ｄＬは、露光パターンの形状、寸法に影響されないので、露光余裕度Ａｎは、露光パターンの形状、寸法に関係なく、換言すれば様々な形状、寸法の露光パターンの評価に用いることができる。

従来の露光余裕度Ａｃは、図２（ｂ）に示すように、ラインアンドスペースパターン等のＣＤＳＥＭで測長可能な単純なパターンを用い、露光量Ｄの変化に応じた線幅Ｗ０の変化２Δｄ（Δｄは線幅Ｗ０の片側の誤差）を、次のように表現したものであった。

［数２］
Ｗ０＋２Δｄ＝Ａ・Ｌｎ（Ｄ）＋Ｂ
しかし、この従来の露光余裕度Ａｃは、ラインアンドスペースパターンのような極単純なパターンに基づいて算出されるものであり、実際に半導体ウェーハ、フォトマスク、及び液晶用ガラス基板等の露光対象物に転写される様々な形状のパターンに対し普遍的に適用できるものではなかった。

これに対し、本実施の形態により算出される露光余裕度Ａｎは、露光パターンの外周長に基づいて算出されるので、さまざまな形状、寸法を有する任意のパターンに適用可能である。

次に、本発明の実施の形態に係るコンピュータ１０による露光余裕度の算出の実行手順を、図３のフローチャートを参照して説明する。

まず、露光制御部１９から出力される制御信号に従い、電子ビーム描画装置４０の露光量Ｄを複数段階に変化させ（Ｄ＝Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・・Ｄｎ）、それぞれの露光量Ｄｉにつき同一の設計パターンの露光を行い、複数の露光パターンを半導体ウェーハＷ上に形成する（Ｓ１１）。

次に、その半導体ウェーハＷをＣＤＳＥＭ６０に移動させ、露光量Ｄを異ならせて形成した複数の露光パターンのＳＥＭ画像を撮像する（Ｓ１２）。

続いて、この複数の露光パターンのＳＥＭ画像の画像データＰ１、Ｐ２、・・・Ｐｎが画像取込部５１により画像メモリ１２に取り込まれ、この複数の露光パターンの外周長Ｌが、外周長算出部５２により算出される（Ｓ１３）。取り込まれたＳＥＭ画像の画像データＰｉは、その画像に対応する露光パターンを露光したときの露光量Ｄｉのデータと関連付けられて格納される。

続いて、露光量Ｄ毎の外周長Ｌと、設計データの外周長Ｌ０との差である外周長差ΔＬが、外周長差算出部５３で算出される（Ｓ１４）。更に、露光量Ｄの変化に対するこの外周長差ΔＬの変化を、外周長差ｄＬのデータ、及び画像データＰｉと対応付けられて格納されていた露光量Ｄｉのデータに基づいて計算し、これに基づいて露光余裕度Ａｎを算出する（Ｓ１５）。すなわち、図４に示すように露光量ＤがＤ１，Ｄ２、・・・Ｄｎと複数段階に変化する場合において、外周長差ｄＬが、ｄＬ１、ｄＬ２、・・・ｄＬｎと変化する場合、これをグラフにプロットして得られるグラフの傾きが、露光余裕度Ａｎとして算出され、出力部２０から出力される。 上記で得られた露光余裕度を用いれば、露光機の露光量のバラツキ量から実際に発生する線幅変動量を正確に推定することが可能である。その変動量が仕様値に比べ大きいと判明した場合は、露光余裕度を広くするように、レジストプロセス、エッチングプロセス、それらに使われる種々の材料を再検討し、プロセスを見直す必要が生じる。

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、置換、追加等が可能である。例えば、上記の実施の形態では、露光装置の一例として電子ビーム描画装置を例示したが、本発明は光露光装置にも適用することができる。すなわち、光露光装置における露光ビームの露光量を変えて複数の露光パターンを得て、それぞれの露光パターンの外周長を測定して露光余裕度を計算するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係るコンピュータ１０の構成を示すブロック図である。 露光パターンの外周長Ｌの算出について説明する概念図である。 本実施の形態のコンピュータ１０による露光評価の手順を説明するフローチャートである。 露光余裕度Ａｎの計算手法を説明する概念図である。

符号の説明

１０・・・コンピュータ、 １１・・・ＣＰＵ、 １２・・・画像メモリ、 １３・・・ＲＡＭ、 １４・・・ＲＯＭ、 １５・・・ハードディスクドライブ、 １６、１７、１８・・・インターフェース、 １９・・・露光量制御部、 ２０・・・出力部、 ４０・・・電子ビーム描画装置、 ５０・・・画像処理ソフトウエア、 ６０・・・ＣＤＳＥＭ、 ７０・・・ＣＡＤデータ格納部。

Claims (4)

1. 露光工程を経て露光対象物上に形成された露光パターンの画像を、前記露光工程における異なる露光量毎に複数枚取得するステップと、
   前記露光パターンの画像を画像処理して、前記露光量毎に前記露光パターンの外周長を算出するステップと、
   前記外周長と、前記露光パターンの形成に用いた設計パターンの外周長とを比較して両者の差である外周長差を前記露光量毎に算出するステップと、
   前記露光量の変化に対する前記外周長差の変化に基づいて、露光余裕度を算出するステップと
   を備えたことを特徴とする露光余裕度の算出方法。
2. 露光工程における露光量を異ならせて露光対象物上に形成された複数通りの露光パターンの画像を取得して、その露光パターンの外周長を算出する外周長算出部と、
   前記外周長算出部で得られた外周長と、前記露光パターンの形成に用いた設計パターンの外周長とを比較して両者の差である外周長差を前記露光量毎に算出する外周長差算出部と、
   前記露光量の変化に対する前記外周長差の変化に基づいて露光余裕度を算出する露光余裕度算出部と
   を備えたことを特徴とする露光評価装置。
3. 前記複数通りの露光パターンの画像データを格納する画像メモリを備え、
   前記画像メモリは、前記露光量のデータを、前記画像データと関連付けて格納することを特徴とする請求項２記載の露光評価装置。
4. 露光工程を経て露光対象物上に形成された露光パターンの画像を、前記露光工程における異なる露光量毎に複数枚取得するステップと、
   前記露光パターンの画像を画像処理して、前記露光量毎に前記露光パターンの外周長を算出するステップと、
   前記外周長と、前記露光パターンの形成に用いた設計パターンの外周長とを比較して両者の差である外周長差を前記露光量毎に算出するステップと、
   前記露光量の変化に対する前記外周長差の変化に基づいて、露光余裕度を算出するステップと
   をコンピュータに実行させることが可能に構成されたことを特徴とする露光評価プログラム。

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