JP3734450B2 - Edge roughness analysis reticle and edge roughness analysis method using the same - Google Patents

Edge roughness analysis reticle and edge roughness analysis method using the same Download PDF

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    • G03F7/70433—Layout for increasing efficiency or for compensating imaging errors, e.g. layout of exposure fields for reducing focus errors; Use of mask features for increasing efficiency or for compensating imaging errors

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、フォトリソグラフィ技術に係り、特にレジストパターンのエッジ粗さの解析に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体装置の微細化に伴い、製造技術も複雑化し、リソグラフィ技術に対する要求も厳しくなっている。
露光波長が１９３ｎｍであるＡｒＦリソグラフィでは、近年の最小ターゲート寸法は約１００ｎｍであり、デバイス特性上そのターゲット寸法の±５％以内という厳しい寸法制御性が求められている。
【０００３】
図５は、一般的なレチクル上に形成されたパターンを説明するための概念図である。詳細には、図５（ａ）は縦軸パターンを示し、図５（ｂ）は横軸パターンを示している。
図５に示すように、レチクルに形成されたパターンのエッジ部分にはある程度のラフネス（粗さ、がたつき）が存在する。ここで、図５は、レチクル作成に用いられる電子線描画装置の照射向きが縦軸の場合において、レチクルパターンのラフネスを示している。この場合、図５（ａ）に示すように縦軸パターンには短い周期でラフネス（ＰＥＲ：Pattern Edge Roughness）が現れ、図５（ｂ）に示すように横軸パターンには長い周期でラフネス（ＰＥＲ）が現れるのが一般的である。
【０００４】
一方、レチクルを用いてウェハに転写されたレジストパターンにもラフネス（以下、「ＬＥＲ：Line Edge Roughness」という。）が現れる。近年、ウェハ上に形成されたレジストパターンの良否を、ＬＥＲの優劣によって判断している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ウェハ上に転写されたレジストパターンのＬＥＲが悪い場合には、その要因として、次のようなものが挙げられる。
先ず、第１の要因として、レジスト材料が挙げられる。
図６は、ＬＥＲのレジスト材料への依存性を説明するための図である。
図６（ａ）に示すレチクルを用いてパターン露光すると、あるレジスト材料を用いた場合には図６（ｂ）に示すようなＬＥＲが現れ、それとは別のレジスト材料を用いた場合には図６（ｃ）に示すようなＬＥＲが現れる。ここで、図６（ｃ）に示すＬＥＲは、図６（ｂ）に示すＬＥＲよりもラフネス（がたつき）が大きく、ＬＥＲがレジスト材料に依存することが分かる。なお、図６（ｂ），（ｃ）中の点線は、理想的なレジストパターンを示している。
【０００６】
また、第２の要因として、レチクルのＰＥＲが悪い場合が挙げられる。上述したように、ＰＥＲが悪いレチクルを用いてパターン露光を行うと、ウェハ上に形成されたレジストパターンのＬＥＲが悪くなってしまう。
【０００７】
また、第３の要因として、露光装置の照明条件が挙げられる。露光装置において、照明光学系として変形照明を用いた場合にも、通常の照明とは異なったＬＥＲとなり、レジストパターンのＬＥＲが悪くなってしまう場合がある。
【０００８】
しかしながら、従来、レジストパターンのＬＥＲが悪い場合、その要因の切り分け（解析）をすることができないという問題があった。すなわち、レジスト材料にどの程度要因があるのか、レチクルのＰＥＲにどの程度要因があるのか等を判断できないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、レジストパターンのエッジの粗さを解析可能なレチクルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
請求項１の発明に係るエッジ粗さ解析用レチクルは、基板上に形成するレジストパターンのエッジの粗さを解析する解析パターンを有するレチクルであって、
該解析パターンは、
ラインパターンと、
前記ラインパターンのエッジ部分に接するように設けられた複数の補助パターンと、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明に係るエッジ粗さ解析用レチクルは、請求項１に記載のレチクルにおいて、
前記複数の補助パターンは、それぞれ大きさが異なる複数の四角形状のパターンであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明に係るエッジ粗さ解析用レチクルは、請求項２に記載のレチクルにおいて、
前記補助パターンの一辺の長さが、２０ｎｍ〜１２０ｎｍであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の発明に係るエッジ粗さ解析用レチクルは、請求項１から３の何れかに記載のレチクルにおいて、
前記補助パターンの間隔がそれぞれ異なることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の発明に係るエッジ粗さ解析用レチクルは、請求項４に記載のレチクルにおいて、
前記補助パターンの間隔が、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の発明に係るエッジ粗さ解析用レチクルは、請求項１から５の何れかに記載のレチクルにおいて、
前記ラインパターンが湾曲することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の発明に係るエッジ粗さ解析方法は、請求項１から６の何れかに記載のレチクルを用いて、基板上にレジストパターンを転写する工程と、
転写された前記レジストパターンのエッジ粗さを解析する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１８】
実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１において、レチクル上に形成された解析パターンを説明するための図である。本実施の形態１によるレチクルは、当該レチクルを用いて基板上に形成するレジストパターンのエッジの粗さ（以下、「ＬＥＲ：Line Edge Roughness」という。）を解析するためのプログラムマスクである。
図１〜図３において、１は所定の線幅を有するラインパターン、２は補助パターンとしてのＬＥＲ計測パターンを示している。
【００１９】
図１に示すように、ラインパターン１のエッジ部分に、レジストパターンにラフネスを引き起こすようなＬＥＲ計測パターン２が異なる間隔（後述）で複数設けられている。
また、図２に示すように、途中で湾曲したラインパターン１が形成されている。これは、露光ショットのつなぎ目で、レチクル合わせがずれた場合を想定して形成されたものである。
また、図３に示すように、ラインパターン１が途中で湾曲し、かつその湾曲したラインパターン１のエッジ部分にラフネスを引き起こすようなＬＥＲ計測パターン２が複数設けられている。これは、図１に示す解析パターンと、図２に示す解析パターンとを組み合わせたものである。
なお、図１から図３に示す解析パターン、並びに後述する解析パターンは、１つのレチクル上に形成される。
【００２０】
ここで、ラインパターン１の線幅は、レジストパターンのターゲット寸法に対応している。
また、図１および図３に示すように、ＬＥＲ計測パターン２として、同じ大きさの四角形状のパターンが、異なる間隔で配置されている。ここで、図４に示すように、ＬＥＲ計測パターン２の配置間隔は、例えば１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で１００ｎｍずつ変化させる。これにより、ＬＥＲ計測パターン２の配置間隔が、転写されるレジストパターンにどの程度反映するかを解析することができる。
【００２１】
図示しないが、ＬＥＲ計測パターン２として、それぞれ大きさが異なる複数の四角形状のパターンを等間隔で配置する。ここで、図４に示すように、一辺の長さＡ及び他辺の長さＣを、例えば２０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲で５ｎｍずつ変化させて、ＬＥＲ計測パターン２を形成する。この場合、ＬＥＲ計測パターン２の大きさが、転写されるレジストパターンにどの程度反映するかを解析することができる。
【００２２】
また、図示しないが、一辺の長さＡを固定し、他辺の長さＣだけを上記範囲内で変化させて、ＬＥＲ計測パターン２を形成する。更に、一辺の長さＡだけを上記範囲内で変化させ、他辺の長さＣを固定して、ＬＥＲ計測パターン２を形成する。これらの場合も、ＬＥＲ計測パターン２の大きさが、転写されるレジストパターンにどの程度反映するかを解析することができる。
【００２３】
次に、上記レチクルを用いたＬＥＲ解析方法について説明する。
ウェハ上に転写されたレジストパターンのＬＥＲが悪い場合、以下の方法により、ＬＥＲの要因を解析する。
先ず、上記ＬＥＲ計測パターン２が設けられたレチクルを用いて、ウェハにパターンを転写する。
【００２４】
次に、ウェハ上に転写されたレジストパターンに、ＬＥＲ計測パターン２がどの程度反映されているかを計測する。すなわち、レジストパターンに反映されたＬＥＲ計測パターン２のサイズ、配置間隔を計測する。
そして、この計測結果から、レチクル精度に対する要求が分かる。
具体的には、長さＡ，Ｃがそれぞれ４０ｎｍ以下であるＬＥＲ計測パターン２がレジストパターンに反映されず、長さＡ，Ｃがそれぞれ４５ｎｍ以上であるＬＥＲ計測パターン２がレジストパターンに反映された場合には、レチクル精度に対する要求は４０ｎｍ以下となる。また、同様にして、ＬＥＲ計測パターン２の配置間隔からも、レチクル精度に対する要求が決定できる。
【００２５】
また、同じレチクルを用いて、異なるレジスト材料からなるレジスト膜がそれぞれ形成されたウェハに対してパターン転写を行い、それぞれのレジストパターンにＬＥＲ計測パターン２がどの程度反映されているかを計測する。この計測結果から、レジスト材料への依存性が分かる。よって、レジスト材料の選定の際に、有効な判断材料を得ることができる。
【００２６】
また、同じレチクルを用いて、露光条件を変えて、複数のウェハに対してパターン転写を行い、それぞれのレジストパターンにＬＥＲ計測パターン２がどの程度反映されているかを計測する。この計測結果から、露光プロセスへの依存性が分かる。
【００２７】
以上説明したように、本実施の形態１では、レジストパターンのエッジの粗さを解析する解析パターンを有するエッジ粗さ解析用レチクルを形成した。解析パターンは、ラインパターン１と、このラインパターン１のエッジ部分に接するように設けられた複数のＬＥＲ計測パターン２とによって構成した。
そして、エッジ粗さ解析用レチクルを用いて露光を行い、転写されたレジストパターンにＬＥＲ計測パターン２がどの程度反映されているかを計測した。これにより、レジストパターンのエッジの粗さを解析することができる。すなわち、ＬＥＲに影響を及ぼすレチクル精度や、レジスト材料への依存性や、露光プロセスへの依存性を解析することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、レジストパターンのエッジの粗さを解析可能なレチクルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１において、レチクル上に形成された解析パターンを説明するための図である。
【図２】 本発明の実施の形態１において、レチクル上に形成された解析パターンを説明するための図である。
【図３】 本発明の実施の形態１において、レチクル上に形成された解析パターンを説明するための図である。
【図４】 本発明の実施の形態１において、補助パターンの大きさ及び間隔を説明するための図である。
【図５】 一般的なレチクル上に形成されたパターンを説明するための概念図である。
【図６】 ＬＥＲのレジスト材料への依存性を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ラインパターン
２ 補助パターン（ＬＥＲ計測パターン）
Ａ 一辺の長さ
Ｂ 間隔
Ｃ 他辺の長さ[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a photolithography technique, and more particularly to analysis of edge roughness of a resist pattern.
[0002]
[Prior art]
With the recent miniaturization of semiconductor devices, the manufacturing technology has become complicated, and the demand for lithography technology has become strict.
In ArF lithography with an exposure wavelength of 193 nm, the recent minimum gate dimension is about 100 nm, and strict dimensional control within ± 5% of the target dimension is required for device characteristics.
[0003]
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a pattern formed on a general reticle. Specifically, FIG. 5A shows a vertical axis pattern, and FIG. 5B shows a horizontal axis pattern.
As shown in FIG. 5, there is a certain degree of roughness (roughness, shakiness) at the edge of the pattern formed on the reticle. Here, FIG. 5 shows the roughness of the reticle pattern when the irradiation direction of the electron beam lithography apparatus used for reticle creation is the vertical axis. In this case, as shown in FIG. 5A, roughness (PER: Pattern Edge Roughness) appears in the vertical axis pattern with a short period, and as shown in FIG. PER) generally appears.
[0004]
On the other hand, roughness (hereinafter referred to as “LER: Line Edge Roughness”) also appears in the resist pattern transferred to the wafer using the reticle. In recent years, whether a resist pattern formed on a wafer is good or bad is determined by LER.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When the LER of the resist pattern transferred onto the wafer is poor, the following can be cited as the cause.
First, as a first factor, there is a resist material.
FIG. 6 is a diagram for explaining the dependency of LER on the resist material.
When pattern exposure is performed using the reticle shown in FIG. 6A, LER as shown in FIG. 6B appears when a certain resist material is used, and when a resist material different from that is used, the LER shown in FIG. LER appears as shown in 6 (c). Here, the LER shown in FIG. 6C has a larger roughness than the LER shown in FIG. 6B, and it can be seen that the LER depends on the resist material. Note that dotted lines in FIGS. 6B and 6C indicate an ideal resist pattern.
[0006]
As a second factor, there is a case where the PER of the reticle is bad. As described above, when pattern exposure is performed using a reticle having a poor PER, the LER of the resist pattern formed on the wafer is deteriorated.
[0007]
A third factor is the illumination conditions of the exposure apparatus. In the exposure apparatus, when modified illumination is used as the illumination optical system, the LER becomes different from that of normal illumination, and the LER of the resist pattern may be deteriorated.
[0008]
However, conventionally, when the LER of the resist pattern is poor, there is a problem that the cause cannot be separated (analyzed). That is, there is a problem that it is impossible to determine how much the resist material has a factor and how much the reticle PER has.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a reticle capable of analyzing the roughness of the edge of a resist pattern.
[0010]
[Means for solving the problems]
The reticle for edge roughness analysis according to the invention of claim 1 is a reticle having an analysis pattern for analyzing the roughness of the edge of a resist pattern formed on a substrate,
The analysis pattern is
With line patterns,
A plurality of auxiliary patterns provided in contact with the edge portions of the line pattern;
It is characterized by comprising.
[0011]
The reticle for edge roughness analysis according to the invention of claim 2 is the reticle according to claim 1,
The plurality of auxiliary patterns are a plurality of square patterns having different sizes.
[0012]
The reticle for edge roughness analysis according to the invention of claim 3 is the reticle according to claim 2,
A length of one side of the auxiliary pattern is 20 nm to 120 nm.
[0013]
The reticle for edge roughness analysis according to the invention of claim 4 is the reticle according to any one of claims 1 to 3,
The auxiliary patterns have different intervals.
[0014]
The reticle for edge roughness analysis according to the invention of claim 5 is the reticle according to claim 4,
The interval between the auxiliary patterns is 100 nm to 1000 nm.
[0015]
The reticle for edge roughness analysis according to the invention of claim 6 is the reticle according to any one of claims 1 to 5,
The line pattern is curved.
[0016]
An edge roughness analysis method according to a seventh aspect of the invention includes a step of transferring a resist pattern onto a substrate using the reticle according to any one of the first to sixth aspects,
Analyzing the edge roughness of the transferred resist pattern;
It is characterized by including.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be simplified or omitted.
[0018]
Embodiment 1 FIG.
1 to 3 are diagrams for explaining an analysis pattern formed on a reticle in the first embodiment of the present invention. The reticle according to the first embodiment is a program mask for analyzing the roughness of the edge of a resist pattern formed on the substrate using the reticle (hereinafter referred to as “LER: Line Edge Roughness”).
1 to 3, reference numeral 1 denotes a line pattern having a predetermined line width, and 2 denotes a LER measurement pattern as an auxiliary pattern.
[0019]
As shown in FIG. 1, a plurality of LER measurement patterns 2 that cause roughness in the resist pattern are provided at different intervals (described later) at the edge portion of the line pattern 1.
Further, as shown in FIG. 2, a line pattern 1 curved in the middle is formed. This is formed assuming that the reticle alignment is shifted at the joint of exposure shots.
Also, as shown in FIG. 3, a plurality of LER measurement patterns 2 are provided such that the line pattern 1 is curved in the middle and the roughness is caused at the edge portion of the curved line pattern 1. This is a combination of the analysis pattern shown in FIG. 1 and the analysis pattern shown in FIG.
Note that the analysis patterns shown in FIGS. 1 to 3 and an analysis pattern described later are formed on one reticle.
[0020]
Here, the line width of the line pattern 1 corresponds to the target dimension of the resist pattern.
As shown in FIGS. 1 and 3, as the LER measurement pattern 2, square patterns having the same size are arranged at different intervals. Here, as shown in FIG. 4, the arrangement interval of the LER measurement pattern 2 is changed by 100 nm in a range of, for example, 100 nm to 1000 nm. Thus, it is possible to analyze how much the arrangement interval of the LER measurement pattern 2 is reflected in the transferred resist pattern.
[0021]
Although not shown, as the LER measurement pattern 2, a plurality of square patterns having different sizes are arranged at equal intervals. Here, as shown in FIG. 4, the LER measurement pattern 2 is formed by changing the length A of one side and the length C of the other side by 5 nm, for example, in the range of 20 nm to 120 nm. In this case, it is possible to analyze how much the size of the LER measurement pattern 2 is reflected in the transferred resist pattern.
[0022]
Although not shown, the LER measurement pattern 2 is formed by fixing the length A of one side and changing only the length C of the other side within the above range. Further, only the length A of one side is changed within the above range, and the length C of the other side is fixed to form the LER measurement pattern 2. Also in these cases, it is possible to analyze how much the size of the LER measurement pattern 2 is reflected in the transferred resist pattern.
[0023]
Next, a LER analysis method using the reticle will be described.
When the LER of the resist pattern transferred onto the wafer is poor, the cause of LER is analyzed by the following method.
First, a pattern is transferred to a wafer using a reticle provided with the LER measurement pattern 2.
[0024]
Next, how much the LER measurement pattern 2 is reflected in the resist pattern transferred onto the wafer is measured. That is, the size and arrangement interval of the LER measurement pattern 2 reflected in the resist pattern are measured.
From this measurement result, the requirement for reticle accuracy can be understood.
Specifically, the LER measurement pattern 2 whose lengths A and C are each 40 nm or less is not reflected in the resist pattern, and the LER measurement pattern 2 whose lengths A and C are 45 nm or more is reflected in the resist pattern. In some cases, the requirement for reticle accuracy is 40 nm or less. Similarly, the requirement for reticle accuracy can be determined from the arrangement interval of the LER measurement pattern 2.
[0025]
Further, using the same reticle, pattern transfer is performed on wafers each formed with a resist film made of a different resist material, and the degree to which the LER measurement pattern 2 is reflected in each resist pattern is measured. From this measurement result, the dependence on the resist material can be understood. Therefore, an effective judgment material can be obtained when selecting the resist material.
[0026]
Further, using the same reticle, pattern transfer is performed on a plurality of wafers under different exposure conditions, and the extent to which the LER measurement pattern 2 is reflected in each resist pattern is measured. From this measurement result, the dependence on the exposure process can be seen.
[0027]
As described above, in the first embodiment, the edge roughness analysis reticle having the analysis pattern for analyzing the roughness of the edge of the resist pattern is formed. The analysis pattern is composed of the line pattern 1 and a plurality of LER measurement patterns 2 provided so as to be in contact with the edge portion of the line pattern 1.
Then, exposure was performed using an edge roughness analysis reticle, and the extent to which the LER measurement pattern 2 was reflected in the transferred resist pattern was measured. Thereby, the roughness of the edge of the resist pattern can be analyzed. That is, it is possible to analyze reticle accuracy affecting LER, dependency on resist material, and dependency on exposure process.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, a reticle capable of analyzing the roughness of the edge of a resist pattern can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an analysis pattern formed on a reticle in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an analysis pattern formed on a reticle in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an analysis pattern formed on a reticle in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the size and interval of auxiliary patterns in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a pattern formed on a general reticle.
FIG. 6 is a diagram for explaining the dependency of LER on a resist material.
[Explanation of symbols]
1 Line pattern 2 Auxiliary pattern (LER measurement pattern)
A Side length B Spacing C Length of other side

Claims (7)

基板上に形成するレジストパターンのエッジの粗さを解析する解析パターンを有するレチクルであって、
該解析パターンは、
ラインパターンと、
前記ラインパターンのエッジ部分に接するように設けられた複数の補助パターンと、
を備えたことを特徴とするエッジ粗さ解析用レチクル。A reticle having an analysis pattern for analyzing the roughness of an edge of a resist pattern formed on a substrate,
The analysis pattern is
With line patterns,
A plurality of auxiliary patterns provided in contact with the edge portions of the line pattern;
A reticle for edge roughness analysis, comprising: 請求項１に記載のレチクルにおいて、
前記複数の補助パターンは、それぞれ大きさが異なる複数の四角形状のパターンであることを特徴とするエッジ粗さ解析用レチクル。The reticle according to claim 1,
The reticle for edge roughness analysis, wherein the plurality of auxiliary patterns are a plurality of rectangular patterns having different sizes. 請求項２に記載のレチクルにおいて、
前記補助パターンの一辺の長さが、２０ｎｍ〜１２０ｎｍであることを特徴とするエッジ粗さ解析用レチクル。The reticle according to claim 2, wherein
A reticle for edge roughness analysis, wherein a length of one side of the auxiliary pattern is 20 nm to 120 nm. 請求項１から３の何れかに記載のレチクルにおいて、
前記補助パターンの間隔がそれぞれ異なることを特徴とするエッジ粗さ解析用レチクル。The reticle according to any one of claims 1 to 3,
An edge roughness analysis reticle, wherein the auxiliary patterns have different intervals. 請求項４に記載のレチクルにおいて、
前記補助パターンの間隔が、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とするエッジ粗さ解析用レチクル。Reticle according to claim 4,
A reticle for edge roughness analysis, wherein an interval between the auxiliary patterns is 100 nm to 1000 nm. 請求項１から５の何れかに記載のレチクルにおいて、
前記ラインパターンが湾曲することを特徴とするエッジ粗さ解析用レチクル。The reticle according to any one of claims 1 to 5,
A reticle for edge roughness analysis, wherein the line pattern is curved. 請求項１から６の何れかに記載のレチクルを用いて、基板上にレジストパターンを転写する工程と、
転写された前記レジストパターンのエッジ粗さを解析する工程と、
を含むことを特徴とするエッジ粗さ解析方法。Using the reticle according to claim 1 to transfer a resist pattern onto a substrate;
Analyzing the edge roughness of the transferred resist pattern;
An edge roughness analysis method characterized by comprising:
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