JP2010087246A - Pattern inspecting method, ion implantation control method, and ion implantation system - Google Patents
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本発明は、パターン検査方法、イオン注入制御方法及びイオン注入システムに関する。 The present invention relates to a pattern inspection method, an ion implantation control method, and an ion implantation system.
半導体デバイスの製造では、p型不純物或いはn型不純物のイオン注入工程が広く行われている。イオン注入は通常、フォトリソグラフィ技術によって形成されたフォトレジストパターンやシリコン酸化膜パターンをマスクとして用いて行われる。しかしながら、このようなフォトリソグラフィ技術を用いた方法では、多くの時間や手間が必要であり、製造コストの増大につながる。 In the manufacture of semiconductor devices, ion implantation processes of p-type impurities or n-type impurities are widely performed. Ion implantation is usually performed using a photoresist pattern or silicon oxide film pattern formed by photolithography as a mask. However, such a method using a photolithography technique requires a lot of time and labor, leading to an increase in manufacturing cost.
上述した問題に対し、開口パターンを有するステンシルマスクを用いてイオン注入を行う方法が提案されている。ステンシルマスクでは通常、支持体上に設けられたメンブレンに開口パターンが形成されている。ステンシルマスクを用いたイオン注入方法では、半導体基板表面の所望の位置に正確にイオンを注入するために、イオンビームの偏向状態やイオンの注入位置を正確に把握する必要がある。 In order to solve the above-described problem, a method of performing ion implantation using a stencil mask having an opening pattern has been proposed. In a stencil mask, an opening pattern is usually formed in a membrane provided on a support. In the ion implantation method using a stencil mask, it is necessary to accurately grasp the deflection state of the ion beam and the ion implantation position in order to accurately implant ions into a desired position on the surface of the semiconductor substrate.
基板上のイオン注入パターンの測定については、イオン注入領域の電気抵抗を測定する方法が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、この方法は、イオン注入領域の寸法を測定するものであり、イオン注入パターンの位置を測定することはできない。 Regarding the measurement of the ion implantation pattern on the substrate, a method of measuring the electrical resistance of the ion implantation region has been proposed (see Patent Document 1). However, this method measures the dimensions of the ion implantation region and cannot measure the position of the ion implantation pattern.
また、基板に形成されたイオン注入パターンの位置を測定する代わりに、ステンシルマスクに形成された開口パターンの位置を測定する方法も提案されている(特許文献2参照)。しかしながら、この方法でも、イオン注入パターンの位置を正確に測定することはできない。すなわち、ステンシルマスクに高エネルギーのイオンビームを照射すると、ステンシルマスクのメンブレンの温度が高温になり、メンブレンが歪む。その結果、メンブレンに形成された開口パターンの位置が変動してしまい、正確な位置測定ができなくなってしまう。
このように、ステンシルマスクを用いたイオン注入では、イオンビームの偏向状態やイオンの注入位置等を正確に把握する必要がある。しかしながら、従来は、イオン注入パターンを的確に検査することができないため、イオンビームの偏向状態やイオンの注入位置等を的確に把握することができなかった。 As described above, in the ion implantation using the stencil mask, it is necessary to accurately grasp the deflection state of the ion beam, the ion implantation position, and the like. However, conventionally, since the ion implantation pattern cannot be accurately inspected, it has been impossible to accurately grasp the deflection state of the ion beam, the ion implantation position, and the like.
本発明は、イオン注入パターンを的確に検査することが可能な検査方法等を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an inspection method or the like that can accurately inspect an ion implantation pattern.
本発明の第1の視点に係るパターン検査方法は、基板上に膜を形成する膜形成工程と、ステンシルマスクに形成された開口パターンを通じて前記膜にイオン注入パターンを形成するイオン注入パターン形成工程と、前記イオン注入パターンを前記開口パターンに基づいて光学的に検査する光学的検査工程と、を備えたことを特徴とする。 A pattern inspection method according to a first aspect of the present invention includes a film forming step of forming a film on a substrate, and an ion implantation pattern forming step of forming an ion implantation pattern in the film through an opening pattern formed in a stencil mask. And an optical inspection step of optically inspecting the ion implantation pattern based on the opening pattern.
前記パターン検査方法において、前記膜がレジストから構成されることが好ましい。 In the pattern inspection method, it is preferable that the film is made of a resist.
前記パターン検査方法において、前記光学的検査工程が前記開口パターンの寸法と前記イオン注入パターンの寸法とからイオン注入パターンの歪み量を算出する算出工程を含むことが好ましい。 In the pattern inspection method, it is preferable that the optical inspection step includes a calculation step of calculating a distortion amount of the ion implantation pattern from the dimension of the opening pattern and the dimension of the ion implantation pattern.
前記パターン検査方法において、前記膜形成工程の前に基板上に位置基準パターンを形成する位置基準パターン形成工程を含み、前記膜は透光性を有することが好ましい。 Preferably, the pattern inspection method includes a position reference pattern forming step of forming a position reference pattern on the substrate before the film forming step, and the film has translucency.
前記パターン検査方法において、前記光学的検査工程が、前記開口パターンを基板上に投影した際の設計位置と、前記位置基準パターンと前記イオン注入パターンとの位置関係とからイオン注入パターンの位置ずれ量を算出する算出工程とを含むことが好ましい。 In the pattern inspection method, the optical inspection step includes a design position when the opening pattern is projected onto a substrate and a positional deviation amount of the ion implantation pattern from a positional relationship between the position reference pattern and the ion implantation pattern. It is preferable to include a calculation step of calculating.
本発明の第2の視点に係るイオン注入制御方法は、前記パターン検査方法を用いて、前記歪み量に基づいてビーム偏向器或いはステンシルマスクの温度調整機構を制御することを特徴とする。 An ion implantation control method according to a second aspect of the present invention is characterized in that a temperature adjustment mechanism of a beam deflector or a stencil mask is controlled based on the amount of distortion using the pattern inspection method.
本発明の第3の視点に係るイオン注入制御方法は、前記パターン検査方法を用いて、前記位置ずれ量に基づいてビーム偏向器或いはステンシルマスクの温度調整機構を制御することを特徴とする。 An ion implantation control method according to a third aspect of the present invention is characterized in that a temperature adjustment mechanism of a beam deflector or a stencil mask is controlled based on the positional deviation amount using the pattern inspection method.
本発明の第4の視点に係るイオン注入システムは、ステンシルマスクに形成された開口パターンを通じて基板上に形成された膜にイオン注入パターンを形成するイオンビーム生成部と、前記イオン注入パターンを前記開口パターンに基づいて光学的に検査するパターン検査部と、を備えたことを特徴とする。 An ion implantation system according to a fourth aspect of the present invention includes an ion beam generating unit that forms an ion implantation pattern in a film formed on a substrate through an opening pattern formed in a stencil mask, and the ion implantation pattern is formed in the opening. And a pattern inspection unit that optically inspects based on the pattern.
前記イオン注入システムにおいて、前記パターン検査部での検査結果である位置ずれ量或いは歪み量に基づいて前記ステンシルマスクの温度調整機構或いは前記イオンビーム生成部のビーム偏向器を制御する調整部を有することが好ましい。 The ion implantation system includes an adjustment unit that controls a temperature adjustment mechanism of the stencil mask or a beam deflector of the ion beam generation unit based on a positional deviation amount or a distortion amount that is an inspection result in the pattern inspection unit. Is preferred.
本発明によれば、イオン注入パターンを光学的手法によって容易に観察することができるため、イオン注入パターンを的確に検査することが可能となる。 According to the present invention, since the ion implantation pattern can be easily observed by an optical method, the ion implantation pattern can be accurately inspected.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るイオン注入システムの概略構成を模式的に示した図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an ion implantation system according to an embodiment of the present invention.
本システムは、大きく分けて、イオン注入装置10及びパターン検査部20によって構成されている。
This system is roughly composed of an
イオン注入装置10は、イオンビーム生成部11、調整部12、処理対象基板30を保持する保持部(図示せず)及びステンシルマスク40を保持する保持部(図示せず)を備えている。
The
イオンビーム生成部11は、イオン注入用のイオンビームを生成するものであり、イオン源部、加速管、質量選別器、ビーム収束レンズ、ビーム走査器及びビーム偏向器等によって構成されている。調整部12は、イオン注入装置10の各種要素(例えば、ビーム偏向器の偏向状態)を調整するためのコントローラとしての機能を有している。
The ion
処理対象基板30は、半導体基板31及び半導体基板31上に形成されたレジスト膜32で構成されている。レジスト膜32には、ステンシルマスク40に形成された開口パターンを通してイオン注入が行われ、イオン注入パターンが形成されるようになっている。
The
図2は、ステンシルマスク40の構成を模式的に示した図である。ステンシルマスク40は、シリコンで形成された支持体41上にシリコン酸化膜42を介してメンブレン43を設けた構造を有している。メンブレン43には開口パターン44が設けられており、開口パターン44を通して処理対象基板30にイオンが注入されるようになっている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the
次に、本実施形態に係るイオン注入パターンの検査方法について、図3に示したフローチャートを参照して説明する。 Next, an ion implantation pattern inspection method according to this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
(第1の検査方法)
第1の検査方法について説明する。第1の検査方法では、ビーム偏向検査用のパターンを用いてイオン注入装置のビーム偏向状態を検査する。以下、図3を参照して、第1の検査方法を説明する。
(First inspection method)
The first inspection method will be described. In the first inspection method, the beam deflection state of the ion implantation apparatus is inspected using a beam deflection inspection pattern. Hereinafter, the first inspection method will be described with reference to FIG.
まず、処理対象基板30及びステンシルマスク40を用意する(S11)。以下、本工程について詳述する。
First, the
処理対象基板30については、まず、半導体基板(シリコン基板等)31の表面にアライメントマーク(図示せず)を、リソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって形成する。アライメントマークは、ステンシルマスクを介してイオン注入を行う際のアライメントに用いられる。続いて、アライメントマークを有する半導体基板31上に、レジスト膜32を形成する。レジスト膜32を用いることにより、イオンが注入された領域が変質し、該領域を光学的に容易に認識することができる。レジスト膜32の厚さは、例えば250nm程度以下とする。レジスト膜32には、フォトレジスト或いは電子ビーム(EB)用レジスト等を用いることができる。レジスト膜32は、化学増幅型レジストでもよいし、非化学増幅型レジストでもよい。また、レジスト膜32は、ポジ型レジストでもよいし、ネガ型レジストでもよい。さらに、イオン注入領域を光学的に容易に観察できれば(識別できれば)、レジスト膜以外の膜を用いてもよい。
As for the
ステンシルマスク40には、図4に示すように、ビーム偏向検査用のパターンとして正方形状の開口パターン71が形成されている。開口パターン71の1辺の長さは例えば2μm程度である。ステンシルマスク40は、検査専用のものでもよいし、実際の半導体デバイスを形成するためのデバイスパターン(イオン注入用のデバイスパターン)が形成されたものでもよい。ステンシルマスク40にデバイスパターンが形成されている場合には、デバイスパターン形成領域以外の適当な領域に開口パターン71を配置する。
In the
次に、上述した処理対象基板30及びステンシルマスク40をイオン注入装置内にセットし、イオン注入を行う(S12)。これにより、図1に示すように、イオンビーム生成部11から出射したイオンが、ステンシルマスク40に形成された開口パターン71を通してレジスト膜32に注入される。その結果、レジスト膜32には、ステンシルマスク40に形成された開口パターンに対応したイオン注入パターンが形成される。すでに述べたように、このイオン注入パターンは光学的に観察可能である。
Next, the
なお、注入イオンには、n型又はp型の不純物元素を用いる。具体的には、リン(P)、ヒ素(As)、ボロン(B)、アンチモン(Sb)等を用いることができる。また、注入加速電圧は60keV程度、注入ドーズ量は1×1013〜3×1015ions/cm2程度とする。このようなイオン注入条件とすることで、走査型電子顕微鏡によって容易にイオン注入パターンを観察することが可能である。また、走査型電子顕微鏡で観察を行う場合、観察加速電圧を800eV以下とすることが好ましい。観察加速電圧を800eVより高くすると、レジスト膜が電子線と反応して測定が困難となるおそれがある。 Note that an n-type or p-type impurity element is used for the implanted ions. Specifically, phosphorus (P), arsenic (As), boron (B), antimony (Sb), or the like can be used. The implantation acceleration voltage is about 60 keV, and the implantation dose is about 1 × 10 13 to 3 × 10 15 ions / cm 2 . By using such ion implantation conditions, it is possible to easily observe the ion implantation pattern with a scanning electron microscope. Moreover, when observing with a scanning electron microscope, it is preferable that an observation acceleration voltage is 800 eV or less. If the observation acceleration voltage is higher than 800 eV, the resist film may react with the electron beam and measurement may be difficult.
次に、上記のようにしてレジスト膜に形成されたイオン注入パターンを、図1のパターン検査部20によって検査する(S13)。具体的には、走査型電子顕微鏡によってイオン注入パターンの画像を取得し、開口パターンの寸法とイオン注入パターンの寸法とからイオン注入パターンの歪み量を算出する。開口パターンの寸法情報は、予めパターン検査部20に記憶されている。
Next, the ion implantation pattern formed in the resist film as described above is inspected by the
図4に示した正方形状の開口パターン71を通してレジスト膜にイオンを注入した場合、イオンビームの偏向状態に依存してイオン注入パターンが歪む。すなわち、イオンビームのX方向及びY方向の偏向度に応じて、イオン注入パターンのX方向及びY方向の寸法が変化する。したがって、走査型電子顕微鏡によって得られたイオン注入パターンの画像から、イオン注入パターンのX方向及びY方向の寸法を算出し、パターン検査部20に記憶されている開口パターンのX方向及びY方向の寸法と比較することで、イオン注入パターンの歪み量を検査することができ、イオンビームの偏向状態を評価することができる。例えば、イオン注入パターンのX方向寸法とY方向寸法の寸法比と、開口パターンのX方向寸法とY方向寸法の寸法比とを比較することで、イオンビームの偏向状態を評価することができる。
When ions are implanted into the resist film through the
次に、S13のステップで得られたイオン注入パターンの検査結果、すなわちイオン注入パターンの歪み量に基づいて、図1の調整部12によりイオン注入装置の所定要素を調整する(S14)。本例では、イオン注入装置のビーム偏向器の偏向状態(X方向及びY方向の偏向度)が適正になるように、ビーム偏向器のビーム偏向状態を調整する。これにより、実際の半導体デバイスを作製するためのイオン注入工程において、適正なビーム偏向状態でステンシルマスクを用いたイオン注入を行うことが可能となる。
Next, predetermined elements of the ion implantation apparatus are adjusted by the
以上のように、本実施形態によれば、検査用の開口パターンを有するステンシルマスクを介してレジスト膜にイオンを注入し、レジスト膜にイオン注入パターンを形成する。このように、レジスト膜にイオン注入パターンを形成することで、イオン注入パターンを光学的手法によって容易に観察することができる。その結果、イオン注入パターンの歪み量を的確に検査することができ、イオンビームの偏向状態を的確に把握することができる。したがって、検査結果を実際のデバイス作製時のイオン注入工程に反映させることで、高精度のデバイスパターンを形成することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, ions are implanted into the resist film via the stencil mask having the inspection opening pattern, and the ion implantation pattern is formed in the resist film. Thus, by forming the ion implantation pattern in the resist film, the ion implantation pattern can be easily observed by an optical method. As a result, it is possible to accurately inspect the amount of distortion of the ion implantation pattern, and to accurately grasp the deflection state of the ion beam. Therefore, it is possible to form a highly accurate device pattern by reflecting the inspection result in the ion implantation process at the time of actual device fabrication.
(第2の検査方法)
次に、本実施形態に係るイオン注入パターンの第2の検査方法について説明する。第2の検査方法では、位置ずれ検査用のパターンを用いてイオン注入パターンの位置ずれを検査する。なお、基本的な方法は第1の検査方法と同様であるため、第1の検査方法で述べた事項については説明を省略する。以下、図3を参照して、第2の検査方法を説明する。
(Second inspection method)
Next, a second inspection method for the ion implantation pattern according to this embodiment will be described. In the second inspection method, the positional deviation of the ion implantation pattern is inspected using a pattern for positional deviation inspection. Since the basic method is the same as the first inspection method, the description of the matters described in the first inspection method is omitted. Hereinafter, the second inspection method will be described with reference to FIG.
まず、処理対象基板30及びステンシルマスク40を用意する(S11)。以下、本工程について詳述する。
First, the
図5は、本方法に用いる処理対象基板30の構成を模式的に示した断面図である。この処理対象基板30は、以下のようにして形成される。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
まず、半導体基板(シリコン基板等)31の表面に、アライメントマーク(図示せず)及び位置基準パターン61をリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって形成する。位置基準パターン61は、イオン注入パターンの位置を測定する際の位置基準となるものである。図6に示すように、位置基準パターン61は正方形状パターンであり、1辺の長さは例えば5μm程度である。また、位置基準パターン61の深さは1μm程度である。
First, an alignment mark (not shown) and a
続いて、アライメントマーク及び位置基準パターン61を有する半導体基板31上に、レジスト膜32を形成する。レジスト膜32を用いることにより、イオンが注入された領域が変質し、該領域を光学的に容易に観察することができる。また、レジスト膜32を通して位置基準パターン61が光学的に観察できるようにするため、レジスト膜32は透光性を有している。本例では、レジスト膜32の厚さを250nm程度以下に設定することで、位置基準パターン61を光学的に観察できるようにしている。レジスト膜の種類については、第1の検査方法で示したものと同様である。また、イオン注入領域を光学的に容易に観察でき(識別でき)、且つ位置基準パターン61を光学的に容易に観察できる(識別できる)ように透光性を有していれば、レジスト膜以外の膜を用いてもよい。
Subsequently, a resist
ステンシルマスク40には、図7に示すように、位置ずれ検査用のパターンとして正方形状の開口パターン72が複数形成されている。各開口パターン72の1辺の長さは例えば5μm程度である。開口パターン72は、ステンシルマスク40の全領域にわたってメッシュ状に形成されている。
In the
次に、上述した処理対象基板30及びステンシルマスク40をイオン注入装置内にセットし、第1の検査方法と同様にイオン注入を行う(S12)。これにより、図1に示すように、イオンビーム生成部11から出射したイオンが、ステンシルマスク40に形成された開口パターン72を通してレジスト膜32に注入される。その結果、レジスト膜32には、ステンシルマスク40に形成された開口パターン72に対応したイオン注入パターンが形成される。すでに述べたように、このイオン注入パターンは光学的に観察可能である。
Next, the
次に、上記のようにしてレジスト膜に形成されたイオン注入パターンを、図1のパターン検査部20によって検査する(S13)。具体的には、光学的な位置座標測定機を用いてイオン注入パターンの位置を求め、後述するようにしてイオン注入パターンの位置ずれ量を算出する。位置座標測定機では、レーザ変位計を搭載したウェハステージが顕微鏡下でウェハ表面のマークやパターンを認識しながら移動するため、高精度で距離を測定することが可能である。以下、イオン注入パターンの位置ずれ量の検査について具体的に説明する。
Next, the ion implantation pattern formed in the resist film as described above is inspected by the
まず、位置座標測定機を用いて半導体基板31に形成された位置基準パターン61を測定する。この位置基準パターン61の位置が基準座標(基準位置)となる。続いて、ステンシルマスクの開口パターン72に対応してレジスト膜32に形成されたイオン注入パターンを測定し、位置基準パターン61の座標(基準座標)に対するイオン注入パターンの座標を求める。
First, the
図8は、上述したイオン注入パターンの検査結果を模式的に示した図である。図8において、81は測定座標であり、測定座標81の各交差点にイオン注入パターンが位置している。82は設計座標であり、イオン注入パターンが理想的に形成された場合には、設計座標82の各交差点にイオン注入パターンが位置することになる。すなわち、ステンシルマスクの開口パターン72を基板上に投影した際の理想的な位置(設計位置)が、設計座標82の交差点の位置に対応する。位置基準パターン61の位置と上記設計位置との関係、すなわち位置基準パターン61に対する上記設計位置の座標は、予め図1のパターン検査部20に記憶されている。したがって、位置基準パターン61に対するイオン注入パターンの座標を求めることで、上記設計位置に対するイオン注入パターンの位置ずれ量を算出することができる。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the inspection result of the ion implantation pattern described above. In FIG. 8,
図8に示すように、測定座標81が歪んでいるのは、イオン注入の際にステンシルマスクに歪みが生じるためである。すなわち、ステンシルマスクに高エネルギーのイオンビームを照射すると、ステンシルマスクのメンブレンの温度が高温になり、メンブレンが歪む。その結果、メンブレンに形成された開口パターン72の位置が変化し、レジスト膜に形成されるイオン注入パターンの位置が理想的な位置からずれてしまう。すなわち、レジスト膜に形成されるイオン注入パターンの位置は、イオン注入の際のステンシルマスクの歪みに依存する。したがって、イオン注入パターンの位置ずれ量を評価することで、イオン注入の際のステンシルマスクの歪みを評価することが可能である。
As shown in FIG. 8, the measurement coordinates 81 are distorted because the stencil mask is distorted during ion implantation. That is, when a high energy ion beam is irradiated to the stencil mask, the temperature of the membrane of the stencil mask becomes high and the membrane is distorted. As a result, the position of the
次に、S13のステップで得られたイオン注入パターンの検査結果に基づいて、すなわちイオン注入パターンの位置ずれ量に基づいて、図1の調整部12によりイオン注入装置の所定要素を調整する(S14)。本例では、イオン注入装置内にセットされたステンシルマスクの温度が所望の温度になるように、ステンシルマスクに対する温度調整機構の設定温度を調整する。イオン注入の際にステンシルマスクの温度が的確に設定されれば、ステンシルマスクの歪みを的確に制御することが可能である。したがって、実際の半導体デバイスを作製するためのイオン注入工程において、ステンシルマスクを用いたイオン注入を適正な位置に行うことが可能となる。なお、S13のステップで得られた検査結果をステンシルマスクの作製工程にフィードバックし、イオン注入時のステンシルマスクの歪みを考慮したデバイスパターン(開口パターン)を有するステンシルマスクを作製するようにしてもよい。
Next, based on the inspection result of the ion implantation pattern obtained in step S13, that is, based on the positional deviation amount of the ion implantation pattern, the
以上のように、本検査方法においても第1の検査方法と同様、検査用の開口パターンを有するステンシルマスクを介してレジスト膜にイオンを注入し、レジスト膜にイオン注入パターンを形成する。このように、レジスト膜にイオン注入パターンを形成することで、イオン注入パターンを光学的手法によって容易に観察することができる。その結果、イオン注入パターンを的確に検査することができ、イオン注入パターンの位置ずれ量を的確に把握することができる。したがって、検査結果を実際のデバイス作製時のイオン注入工程に反映させることで、高精度のデバイスパターンを形成することが可能となる。 As described above, also in the present inspection method, as in the first inspection method, ions are implanted into the resist film through the stencil mask having the opening pattern for inspection, and an ion implantation pattern is formed in the resist film. Thus, by forming the ion implantation pattern in the resist film, the ion implantation pattern can be easily observed by an optical method. As a result, the ion implantation pattern can be accurately inspected, and the positional deviation amount of the ion implantation pattern can be accurately grasped. Therefore, it is possible to form a highly accurate device pattern by reflecting the inspection result in the ion implantation process at the time of actual device fabrication.
(第3の検査方法)
次に、本実施形態に係るイオン注入パターンの第3の検査方法について説明する。第3の検査方法では、位置ずれ検査用のパターンを用いてイオン注入パターンの位置ずれを検査する。なお、基本的な方法は第1の検査方法と同様であるため、第1の検査方法で述べた事項については説明を省略する。以下、図3を参照して、第3の検査方法を説明する。
(Third inspection method)
Next, a third inspection method for the ion implantation pattern according to this embodiment will be described. In the third inspection method, the positional deviation of the ion implantation pattern is inspected using a pattern for positional deviation inspection. Since the basic method is the same as the first inspection method, the description of the matters described in the first inspection method is omitted. Hereinafter, the third inspection method will be described with reference to FIG.
まず、処理対象基板30及びステンシルマスク40を用意する(S11)。以下、本工程について詳述する。
First, the
図9は、本方法に用いる処理対象基板30の構成を模式的に示した断面図である。この処理対象基板30は、以下のようにして形成される。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
まず、半導体基板31の表面にアライメントマーク(図示せず)及び位置基準パターン91を、リソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって形成する。位置基準パターン91は、図10に示すように、同一形状の4つの線状パターンで形成されており、その寸法は図10に示した通りである。また、位置基準パターン91の深さは1μm程度である。
First, an alignment mark (not shown) and a
続いて、アライメントマーク及び位置基準パターン91を有する半導体基板31上に、レジスト膜32を形成する。レジスト膜32を用いることにより、イオンが注入された領域が変質し、該領域を光学的に容易に観察することができる。また、レジスト膜32を通して位置基準パターン91が光学的に観察できるようにするため、レジスト膜32は透光性を有している。本例では、レジスト膜32の厚さを250nm程度以下に設定することで、位置基準パターン91を光学的に観察できるようにしている。レジスト膜の種類については、第1の検査方法で示したものと同様である。また、イオン注入領域を光学的に容易に観察でき(識別でき)、且つ位置基準パターン91を光学的に容易に観察できる(識別できる)ように透光性を有していれば、レジスト膜以外の膜を用いてもよい。
Subsequently, a resist
ステンシルマスク40には、図11に示すように、位置ずれ検査用の開口パターン92が形成されている。開口パターン92は、半導体基板31に形成された位置基準パターン91(図10参照)を一回り大きくしたようなパターンであり、その寸法は図11に示した通りである。
In the
次に、上述した処理対象基板30及びステンシルマスク40をイオン注入装置内にセットし、第1の検査方法と同様にイオン注入を行う(S12)。これにより、図1に示すように、イオンビーム生成部11から出射したイオンが、ステンシルマスク40に形成された開口パターン92を通してレジスト膜32に注入される。その結果、レジスト膜32には、ステンシルマスク40に形成された開口パターンに対応したイオン注入パターンが形成される。すでに述べたように、このイオン注入パターンは光学的に観察可能である。
Next, the
次に、上記のようにしてレジスト膜に形成されたイオン注入パターンを、図1のパターン検査部20によって検査する(S13)。具体的には、走査型電子顕微鏡によって処理対象基板30の表面領域の画像を取得し、取得した画像に基づいてイオン注入パターンの位置ずれ量の検査を行う。以下、具体的に説明する。
Next, the ion implantation pattern formed in the resist film as described above is inspected by the
図12は、処理対象基板30の表面領域の画像を示した図である。図12に示すように、処理対象基板30の表面領域には、位置基準パターン91及びイオン注入パターン92aが形成されている。位置基準パターン91は、すでに述べたように、半導体基板31の表面に予め形成されたものである。イオン注入パターン92aは、ステンシルマスク40に形成された開口パターン92に対応してレジスト膜32に形成されたパターンである。位置基準パターン91及びイオン注入パターン92aのペアは全領域にわたってメッシュ状に形成されている。
FIG. 12 is a diagram showing an image of the surface area of the
イオン注入パターン92aが理想的に形成された場合には、イオン注入パターン92aの中心94は位置基準パターン91の中心93に一致する。すなわち、ステンシルマスクの開口パターン92を基板上に投影したときの理想的な位置に、イオン注入パターン92aが形成される。また、位置基準パターン91の位置の座標は、予め図1のパターン検査部20に記憶されている。したがって、位置基準パターン91の中心93からのイオン注入パターン92aの中心94のずれ量を求めることで、イオン注入パターン92aの理想的な位置からの位置ずれ量を算出することができる。
When the
すでに述べたように、イオン注入の際にステンシルマスクに歪みが生じると、レジスト膜に形成されたイオン注入パターン92aの位置が理想的な位置からずれてしまう。したがって、イオン注入パターン92aの位置ずれ量を全領域にわたって求めることで、イオン注入の際のステンシルマスクの歪みを評価することが可能である。
As already described, when the stencil mask is distorted during ion implantation, the position of the
次に、S13のステップで得られたイオン注入パターンの検査結果に基づいて、すなわちイオン注入パターンの位置ずれ量に基づいて、図1の調整部12によりイオン注入装置の所定要素を調整する(S14)。本例では、イオン注入装置内にセットされたステンシルマスクの温度が所望の温度になるように、ステンシルマスクに対する温度制御機構の設定温度を調整する。イオン注入の際にステンシルマスクの温度が的確に設定されれば、ステンシルマスクの歪みを的確に制御することが可能である。したがって、実際の半導体デバイスを作製するためのイオン注入工程において、ステンシルマスクを用いたイオン注入を適正な位置に行うことが可能となる。なお、S13のステップで得られた検査結果をステンシルマスクの作製工程にフィードバックし、イオン注入時のステンシルマスクの歪みを考慮したデバイスパターン(開口パターン)を有するステンシルマスクを作製するようにしてもよい。
Next, based on the inspection result of the ion implantation pattern obtained in step S13, that is, based on the positional deviation amount of the ion implantation pattern, the
以上のように、本検査方法においても第1の検査方法と同様、検査用の開口パターンを有するステンシルマスクを介してレジスト膜にイオンを注入し、レジスト膜にイオン注入パターンを形成する。このように、レジスト膜にイオン注入パターンを形成することで、イオン注入パターンを光学的手法によって容易に観察することができる。その結果、イオン注入パターンを的確に検査することができ、イオン注入パターンの位置ずれ量を的確に把握することができる。したがって、検査結果を実際のデバイス作製時のイオン注入工程に反映させることで、高精度のデバイスパターンを形成することが可能となる。 As described above, also in the present inspection method, as in the first inspection method, ions are implanted into the resist film through the stencil mask having the opening pattern for inspection, and an ion implantation pattern is formed in the resist film. Thus, by forming the ion implantation pattern in the resist film, the ion implantation pattern can be easily observed by an optical method. As a result, the ion implantation pattern can be accurately inspected, and the positional deviation amount of the ion implantation pattern can be accurately grasped. Therefore, it is possible to form a highly accurate device pattern by reflecting the inspection result in the ion implantation process at the time of actual device fabrication.
なお、上述した第1、第2及び第3の検査方法は適宜組み合わせることが可能である。例えば、第1の検査方法で示したビーム偏向状態の検査用のプロセスと、第2或いは第3の検査方法で示したイオン注入パターン位置の検査用のプロセスとを、共通化するようにしてもよい。 Note that the first, second, and third inspection methods described above can be combined as appropriate. For example, the beam deflection state inspection process shown in the first inspection method and the ion implantation pattern position inspection process shown in the second or third inspection method may be made common. Good.
(具体例)
以下、本発明の実施形態の具体例について説明する。
(Concrete example)
Hereinafter, specific examples of embodiments of the present invention will be described.
半導体基板31としてシリコンウェハを用い、リソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、シリコンウェハの表面にアライメントマーク、位置基準パターン61(図6参照)及び位置基準パターン91(図10参照)を形成した。位置基準パターン61及び位置基準パターン91の深さは1μmとした。続いて、位置基準パターン61及び位置基準パターン91が形成された半導体基板31の表面に、厚さ250nmの非化学増幅型ポジレジストを塗布した。
A silicon wafer was used as the
イオン注入用のステンシルマスクとしては、開口パターン71(図4参照)、開口パターン72(図7参照)及び開口パターン92(図11参照)が形成されたものを用いた。 As the stencil mask for ion implantation, a mask on which an opening pattern 71 (see FIG. 4), an opening pattern 72 (see FIG. 7) and an opening pattern 92 (see FIG. 11) are formed is used.
ステンシルマスクを用いたレジスト膜へのイオン注入の条件は、加速電圧を60keVとし、注入ドーズ量は1×1013〜3×1015ions/cm2の範囲に設定した。注入イオンにはボロンイオンを用いた。 The conditions for ion implantation into the resist film using a stencil mask were an acceleration voltage of 60 keV and an implantation dose of 1 × 10 13 to 3 × 10 15 ions / cm 2 . Boron ions were used as implanted ions.
上記のようにして得られたイオン注入パターンの検査を行った。検査には、光学的な位置座標測定機及び走査型電子顕微鏡を用いた。位置座標測定機を用いることで、自動測定を短時間で行うことができ、測定再現性が数十nm程度の高精度の測定を行うことができた。また、走査型電子顕微鏡を用いた測定では、専用パターンの画像を処理することで自動測定を行うことができ、測定再現性が数nm程度の非常に高精度の測定を行うことが可能であった。 The ion implantation pattern obtained as described above was inspected. For the inspection, an optical position coordinate measuring machine and a scanning electron microscope were used. By using a position coordinate measuring machine, automatic measurement could be performed in a short time, and measurement with high reproducibility of about several tens of nm could be performed. Moreover, in measurement using a scanning electron microscope, automatic measurement can be performed by processing an image of a dedicated pattern, and it is possible to perform very high-precision measurement with a measurement reproducibility of about several nanometers. It was.
位置座標測定機を用いて9チップに関する測定を行い、イオン注入パターンの座標ずれ量を解析した。並進方向のずれ量を算出した値を平均化したところ、X方向の値が0.23μm、Y方向の値が0.21μmであった。これらの検査結果をイオン注入装置にフィードバックすることで、ステンシルマスクを用いた高精度のイオン注入が可能となった。 Measurement on 9 chips was performed using a position coordinate measuring machine, and the amount of coordinate deviation of the ion implantation pattern was analyzed. When the values obtained by calculating the translation amount in the translation direction were averaged, the value in the X direction was 0.23 μm and the value in the Y direction was 0.21 μm. By feeding back these inspection results to the ion implanter, highly accurate ion implantation using a stencil mask has become possible.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining the disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from the disclosed constituent requirements, the invention can be extracted as an invention as long as a predetermined effect can be obtained.
10…イオン注入装置 11…イオンビーム生成部 12…調整部
20…パターン検査部
30…処理対象基板 31…半導体基板 32…レジスト膜
40…ステンシルマスク 41…支持体 42…シリコン酸化膜
43…メンブレン 44…開口パターン
61…位置基準パターン
71…開口パターン 72…開口パターン
81…測定座標 82…設計座標
91…位置基準パターン 92…開口パターン 92a…イオン注入パターン
DESCRIPTION OF
Claims (9)
ステンシルマスクに形成された開口パターンを通じて前記膜にイオン注入パターンを形成するイオン注入パターン形成工程と、
前記イオン注入パターンを前記開口パターンに基づいて光学的に検査する光学的検査工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。 A film forming step of forming a film on the substrate;
An ion implantation pattern forming step of forming an ion implantation pattern in the film through an opening pattern formed in a stencil mask;
An optical inspection step of optically inspecting the ion implantation pattern based on the opening pattern;
A pattern inspection method comprising:
前記イオン注入パターンを前記開口パターンに基づいて光学的に検査するパターン検査部と、
を備えたことを特徴とするイオン注入システム。 An ion beam generating unit that forms an ion implantation pattern in a film formed on the substrate through an opening pattern formed in the stencil mask;
A pattern inspection unit for optically inspecting the ion implantation pattern based on the opening pattern;
An ion implantation system comprising:
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