JP4834706B2 - Structural inspection method - Google Patents

Structural inspection method Download PDF

Info

Publication number
JP4834706B2
JP4834706B2 JP2008242680A JP2008242680A JP4834706B2 JP 4834706 B2 JP4834706 B2 JP 4834706B2 JP 2008242680 A JP2008242680 A JP 2008242680A JP 2008242680 A JP2008242680 A JP 2008242680A JP 4834706 B2 JP4834706 B2 JP 4834706B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
light intensity
layer
library
creating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008242680A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009058516A (en
Inventor
圭 早崎
信一 伊藤
徹 三上
裕一郎 山崎
敏也 小谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2008242680A priority Critical patent/JP4834706B2/en
Publication of JP2009058516A publication Critical patent/JP2009058516A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4834706B2 publication Critical patent/JP4834706B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、被評価物の反射光強度から被評価物の構造を求める構造検査方法に関する。   The present invention relates to a structure inspection method for obtaining a structure of an object to be evaluated from reflected light intensity of the object to be evaluated.

被処理基板上の規則的な構造を有するパターンに光を入射し、回折して得られる回折光の測定結果から寸法や形状を評価する方法は数多く報告されている。例えば、特許文献1では、エリプソメーターを用いて、規則的な構造を有するパターンのcosΔ、tanψを計測し、理論的な電磁波計算から得られるcosΔ、tanψと比較して、寸法を定めている。この手法は、被処理基板を構成する膜の構造と光学定数を用いて理論計算を行っているため、現像後のレジストパターンやエッチング後のパターンの評価には用いることができたが、現像液膜が被処理基板上に形成されたレジストパターンの寸法評価に適用しようとした場合には、レジストパターン近傍にレジストの反応生成物と現像液の混合相が存在するため、正確にパターンの評価を行うことができなかった。また、特許文献2においても、特許文献1と同様に、レジストパターン近傍のレジストと現像液の混合相を仮定していないため、正確にパターンの評価を行うことが困難であった。   Many methods have been reported for evaluating the size and shape from the measurement results of diffracted light obtained by making light incident on a pattern having a regular structure on the substrate to be processed and diffracting it. For example, in Patent Document 1, an ellipsometer is used to measure cos Δ and tan ψ of a pattern having a regular structure, and the dimensions are determined by comparison with cos Δ and tan ψ obtained from theoretical electromagnetic wave calculation. This method was used for the evaluation of the resist pattern after development and the pattern after etching because theoretical calculation was performed using the structure and optical constants of the film constituting the substrate to be processed. If the film is to be applied to the dimension evaluation of a resist pattern formed on a substrate to be processed, a mixed phase of a resist reaction product and a developer exists in the vicinity of the resist pattern. Could not do. Also, in Patent Document 2, as in Patent Document 1, since a mixed phase of a resist and a developer near the resist pattern is not assumed, it is difficult to accurately evaluate the pattern.

また、特許文献1では、被処理基板を構成する膜の構造と光学定数を用いて、電磁波計算により回折光強度の理論的な波長分散を求めておいて、実際の基板での回折光の波長分散の測定結果と理論的な波長分散を比較することで寸法や形状を算出している。この特許においては、ドーピングによる膜の深さ方向の組成分布を考慮することは記載されているが、その分布の特徴については記載がない。
米国特許第5963329号明細書 特願2000−200121号公報
In Patent Document 1, the theoretical wavelength dispersion of the diffracted light intensity is obtained by electromagnetic wave calculation using the structure and optical constant of the film constituting the substrate to be processed, and the wavelength of the diffracted light on the actual substrate is calculated. The size and shape are calculated by comparing the measurement result of dispersion with theoretical wavelength dispersion. In this patent, it is described that the composition distribution in the depth direction of the film due to doping is taken into account, but the characteristics of the distribution are not described.
US Pat. No. 5,963,329 Japanese Patent Application No. 2000-200121

従来の被処理基板上の規則的な構造を有するパターンに光を入射し、回折して得られる回折光の測定結果から寸法や形状を評価する方法では、正確にパターンの評価を行うことができなかった。   The conventional method of evaluating the size and shape from the measurement result of the diffracted light obtained by diffracting light incident on a pattern having a regular structure on the substrate to be processed can accurately evaluate the pattern. There wasn't.

本発明の目的は、被処理基板上の規則的な構造を有するパターンに光を入射し、回折して得られる回折光の測定結果から、より正確にパターンの寸法や形状の評価を行うことができる、構造検査方法を提供することにある。   An object of the present invention is to more accurately evaluate the size and shape of a pattern from the measurement result of diffracted light obtained by irradiating light to a pattern having a regular structure on the substrate to be processed and diffracting it. An object of the present invention is to provide a structural inspection method that can be used.

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。   In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.

即ち、本発明の一態様は、所定の光学定数、膜厚、比率、ピッチで特徴付けられる構造を有する層が積層された基板の光学的な検査方法であって、所定の光学定数、膜厚、比率、ピッチで特徴付けられる構造を有する複数の層が積層され、構造が決定された層が1つ以上あり、且つ構造が決定されていない層が1つ以上ある基板を用意する工程と、前記各層について、前記各層の構造のターゲット値を中心値として、前記各層を形成する処理で予想される前記各構造の変動値の2倍の範囲内の構造を作成することにより、予測される複数の構造を含む基板構造を複数作成する工程と、作成されたそれぞれの層の構造を組み合わせた複数の基板構造からなる基板構造ライブラリAを作成する工程と、前記基板構造ライブラリAに含まれる各基板構造に対して、特定の角度で光を入射した場合に、回折もしくは反射して得られる光強度を計算し、前記各基板構造について前記計算された光強度の波長分散が収められた光強度ライブラリBを作成する工程と、構造が決定されている層の構造を含む複数の構造を新たに作成する工程と、前記光強度ライブラリBの基板構造の中から、新たに作成された構造を含む基板構造を抽出し、前記抽出された基板構造と抽出された基板構造に対応する光強度の波長分散が収められた光強度ライブラリCを作成する工程と、前記用意された基板に特定の角度で光を入射し、回折もしくは反射して得られる光強度の波長分散を検出する工程と、前記検出した光強度の波長分散と前記光強度ライブラリCに収められた光強度の波長分散と比較して、前記基板の構造を求める工程と、を含むことを特徴とする。 That is, one embodiment of the present invention is an optical inspection method for a substrate on which a layer having a structure characterized by a predetermined optical constant, film thickness, ratio, and pitch is stacked. A step of preparing a substrate in which a plurality of layers having a structure characterized by a ratio and a pitch are laminated, one or more layers having a determined structure, and one or more layers having a non-determined structure; For each of the layers, a plurality of predicted values can be predicted by creating a structure within a range twice as large as the variation value of each structure expected in the process of forming each layer, with the target value of the structure of each layer as a central value. A plurality of substrate structures including the above structure, a step of creating a substrate structure library A composed of a plurality of substrate structures obtained by combining the structures of the created layers, and each substrate included in the substrate structure library A Against concrete, the case where the light enters at a certain angle, the diffraction or the light intensity obtained by reflection calculated, wherein the calculated light intensity library wavelength dispersion housed in light intensity for each substrate structure A step of creating B, a step of newly creating a plurality of structures including the structure of the layer whose structure is determined, and a substrate including a newly created structure from among the substrate structures of the light intensity library B Extracting a structure , creating a light intensity library C in which the extracted substrate structure and wavelength dispersion of light intensity corresponding to the extracted substrate structure are stored, and light at a specific angle on the prepared substrate the incident, by comparing the step of detecting the chromatic dispersion of the optical intensity obtained by diffraction or reflection wavelength dispersion of the detected light intensity and wavelength dispersion of the light intensity that is contained in the light intensity library C, The substrate Characterized in that it comprises a step of determining the structure.

本発明によれば、処理基板上の規則的な構造を有するパターンに光を入射し、回折して得られる回折光の測定結果から、より正確にパターンの寸法や形状の評価を行うことができる。   According to the present invention, it is possible to more accurately evaluate the size and shape of a pattern from the measurement result of diffracted light obtained by making light incident on a pattern having a regular structure on the processing substrate and diffracting it. .

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。   The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施形態)
本実施形態では、Si基板上に反射防止膜を形成し、更にその上にArF化学増幅型レジストを膜厚300nmで形成し、これをArFステッパーにより下地膜加工用のパターンをレジスト膜に対して露光し、次いで加熱を行ったのち、更に現像を行いピッチ260nmでレジスト残し寸法115nm(ピッチに対するレジストパターンの比率=0.442:現像液比率では0.558)のレジストパターンを形成するプロセスへの適用例を示す。
(First embodiment)
In this embodiment, an antireflection film is formed on a Si substrate, and an ArF chemically amplified resist is formed thereon with a film thickness of 300 nm. An ArF stepper is used to form an underlying film processing pattern on the resist film. After the exposure and then the heating, the development is further performed to form a resist pattern having a resist remaining size of 115 nm at a pitch of 260 nm (ratio of resist pattern to pitch = 0.442: 0.558 in the developer ratio). An application example is shown.

図1は、本発明の第1の実施形態に係わる被評価物の構造決定方法を示すフローチャートである。   FIG. 1 is a flowchart showing a structure determining method for an object to be evaluated according to the first embodiment of the present invention.

現像中のレジスト膜のプロファイルを算出するため、あるモデルを立てる(ステップS101)。現像中のレジストパターンからは、レジストと現像液との反応生成物が発生する。以下、レジストの反応生成物を含んだ現像液を混合相と呼び、混合相中のレジストの割合を混合比と定義する。一般的には、反応生成物の拡散は十分に早くないので、反応生成物の拡散の仕方、すなわち液相における混合比の分布をモデルとして取りこまないと、現像中のパターン評価の精度が悪くなってしまう。そこで、本実施形態では、ライブラリ作成工程で、現像モデルを決める。   In order to calculate the profile of the resist film being developed, a certain model is established (step S101). A reaction product of the resist and the developer is generated from the resist pattern being developed. Hereinafter, the developer containing the reaction product of the resist is referred to as a mixed phase, and the ratio of the resist in the mixed phase is defined as the mixing ratio. In general, the diffusion of the reaction product is not fast enough, and unless the method of diffusion of the reaction product, that is, the distribution of the mixing ratio in the liquid phase is taken as a model, the accuracy of pattern evaluation during development is poor. turn into. Therefore, in this embodiment, the development model is determined in the library creation process.

図2に現像の進み方の模式図を示す。現像初期では、図2に示すように、露光されたレジスト膜103では膜厚方向に現像が進む。その結果、反応生成物は矢印に示す方向に拡散していくので、混合比は膜厚方向の分布となり、基板から離れるに従って比率が低くなる。膜厚方向の現像が終了すると、横方向に現像が進む。そこで、矢印方向に向かって、現像液が空間内を占める割合が大きくなるモデルを仮定する。なお、図2において、101はシリコン基板、符号102は反射防止膜、符号103は露光されていないレジスト膜、符号105は現像液である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing how the development proceeds. At the initial stage of development, as shown in FIG. 2, development proceeds in the film thickness direction in the exposed resist film 103. As a result, since the reaction product diffuses in the direction indicated by the arrow, the mixing ratio becomes a distribution in the film thickness direction, and the ratio decreases as the distance from the substrate increases. When development in the film thickness direction is completed, development proceeds in the horizontal direction. Therefore, a model is assumed in which the proportion of the developer in the space increases in the direction of the arrow. In FIG. 2, reference numeral 101 denotes a silicon substrate, reference numeral 102 denotes an antireflection film, reference numeral 103 denotes an unexposed resist film, and reference numeral 105 denotes a developer.

次に、具体的に基板の構造・光学定数を与えるまでのステップを示す。図3に上述したモデルをもとにして作成した膜厚方向の層構造を示す。レイヤD2〜D1が現像液とレジストの反応生成物の混合相、レイヤR1からレイヤR4が現像液とレジストの反応生成物の混合相とレジストパターンである。レイヤD1とレイヤD2との違いは、反応生成物の混合比の違いである。同様に、レイヤR1,レイヤR2,レイヤR3,レイヤR4の違いは、反応生成物の混合比の違いである。反応生成物は、レジストと現像液の界面で発生し、現像液層に拡散していく。よって、パターンの下部で反応生成物の割合が高くなっている。   Next, specific steps until the structure / optical constant of the substrate are given will be described. FIG. 3 shows a layer structure in the film thickness direction created based on the above-described model. Layers D2 to D1 are a mixed phase of a developer and resist reaction product, and layers R1 to R4 are a mixed phase of a developer and resist reaction product and a resist pattern. The difference between the layer D1 and the layer D2 is a difference in the mixing ratio of the reaction products. Similarly, the difference among layer R1, layer R2, layer R3, and layer R4 is the difference in the mixing ratio of reaction products. The reaction product is generated at the interface between the resist and the developer and diffuses into the developer layer. Therefore, the ratio of the reaction product is high at the bottom of the pattern.

先ず、前記被評価物及び各測定環境を構成する各物質の比率を仮定した複数の仮想構成比率と設定する。空間の中で各物質が占める比率を変化させる。

Figure 0004834706
First, a plurality of virtual component ratios assuming the ratio of each substance constituting the object to be evaluated and each measurement environment are set. Change the proportion of each substance in the space.
Figure 0004834706

次に、(表1)に示された条件に基づいて、反射率波長分散計算値のデータベースを作成する(ステップS102)。データベースは、(表1)に示す条件で空間の中で各物質が占める比率を変化させ、それに応じた平均的な光学定数を決定する。更に、多重干渉計算を行って反射率を求める。反射率の波長分散は300〜800nmの範囲で計算した。ここで、計算の手法としては、Maxwellの方程式を用いて、規則的なパターンからの回折光の電界、磁界、強度を解く、Morham(J.Opt.Soc.Am.,Vol.12, No.5, May 1995 1077-1086)らのRCWA(Rigorous coupled-wave analysis)法などが一般的に用いられる。なお、レジストと現像液が反応して形成される反応生成物の光学定数は、レジストの光学定数と同じとしている。   Next, a database of reflectance chromatic dispersion calculation values is created based on the conditions shown in (Table 1) (step S102). The database changes the ratio of each substance in the space under the conditions shown in (Table 1), and determines an average optical constant corresponding to the ratio. Furthermore, the reflectance is obtained by performing multiple interference calculation. The wavelength dispersion of the reflectance was calculated in the range of 300 to 800 nm. Here, as a calculation method, Morham (J. Opt. Soc. Am., Vol. 12, No. 12) is used to solve the electric field, magnetic field, and intensity of diffracted light from a regular pattern using Maxwell's equations. RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) method of 5, May 1995 1077-1086) is generally used. The optical constant of the reaction product formed by the reaction between the resist and the developer is the same as the optical constant of the resist.

なお、平均的な複素屈折率は、例えば現像液層のレイヤD2において、現像液/空間=0.95である場合に、現像液の複素屈折率(屈折率n,消衰係数k)=(1.33,0)とレジストの複素屈折率(1.67,0.06)を用いて(1)式(2)式のように求めた。

Figure 0004834706
The average complex refractive index is, for example, when the developer / space = 0.95 in the layer D2 of the developer layer, the complex refractive index of the developer (refractive index n, extinction coefficient k) = (1.33, 0) and the complex refractive index of the resist (1.67, 0.06) were obtained as shown in Equation (1) and Equation (2).
Figure 0004834706

レジスト膜へのパターンの露光、及び露光後の加熱(PEB)まで行った基板を冷却した後、基板を現像装置に移動する。基板主面に現像液を供給して現像液膜を形成し、レジスト膜の現像を開始する(ステップS103)。レジスト膜には、デバイスパターンが露光されたデバイスパターン領域とモニタパターンが露光されたモニタパターン領域とを有する。   After the substrate that has been subjected to the pattern exposure to the resist film and the post-exposure heating (PEB) is cooled, the substrate is moved to a developing device. A developer is supplied to the main surface of the substrate to form a developer film, and development of the resist film is started (step S103). The resist film has a device pattern area where the device pattern is exposed and a monitor pattern area where the monitor pattern is exposed.

次いで寸法計測用のパターンが露光された部分の上方に反射率計測手段を配置して現像中のパターンの変化を反射率変化の観察を介して行う(ステップS104)。   Next, reflectance measurement means is disposed above the portion where the pattern for dimension measurement is exposed, and the pattern under development is changed through observation of the reflectance change (step S104).

図4に反射率計測手段の概要を示す。反射率計測手段は、光源211からの光を観察光学系212内部のミラーにより反射させてレジスト膜201のモニタパターン領域203に照射する。モニタパターン領域203で反射し、回折により生じた0次回折光を観察光学系212で集光し、この光を石英製の光ファイバーを介して分光器213に伝送して波長分散を計測する構成になっている。分光器213で検出された波長分散計測値は逐次コンピュータ214に送られる。なお、モニタパターン領域203は、デバイスパターン領域202の外部に形成されている。また、データベース215には、ステップS102で計算された反射率波長分散計算値が格納されている。   FIG. 4 shows an outline of the reflectance measuring means. The reflectance measurement unit reflects light from the light source 211 by a mirror inside the observation optical system 212 and irradiates the monitor pattern region 203 of the resist film 201. The zero-order diffracted light reflected by the monitor pattern region 203 and generated by diffraction is collected by the observation optical system 212, and this light is transmitted to the spectroscope 213 via a quartz optical fiber to measure chromatic dispersion. ing. The chromatic dispersion measurement values detected by the spectroscope 213 are sequentially sent to the computer 214. Note that the monitor pattern region 203 is formed outside the device pattern region 202. The database 215 stores the reflectance chromatic dispersion calculated value calculated in step S102.

コンピュータ214では分光器213から送られた反射率の波長分散測定値とデータベース215に格納された波長分散計算値とを比較し、波長分散測定値とほぼ同じ分散値を有する類似反射率分散計算値を複数抽出する(ステップS105)。ここでの抽出は、先ず、ある波長λでの測定した反射率値rλと波長λでの反射率計算値rλcの二乗和siを算出する。

Figure 0004834706
The computer 214 compares the measured chromatic dispersion value of the reflectance sent from the spectroscope 213 with the calculated chromatic dispersion value stored in the database 215, and calculates a similar reflectance dispersion calculated value having substantially the same dispersion value as the measured chromatic dispersion value. Are extracted (step S105). Wherein the extraction first calculates the square sum si reflectance calculated value r [lambda] c at a certain measured reflectance values at a wavelength lambda r lambda and the wavelength lambda.
Figure 0004834706

そして、この二乗和が最小となる反射率計算値から順に検索する。本実施形態では、二乗和が最小値をとる反射率計算値に対して110%以下の二乗和をとる反射率計算値を検索する。   And it searches sequentially from the reflectance calculation value with which this sum of squares becomes the minimum. In the present embodiment, a reflectance calculated value having a square sum of 110% or less is searched for a reflectance calculated value having a minimum square sum.

これらの反射率計算値の元になっている空間比率に対して二乗和に応じた加重平均を取って空間比率予測値rpiを求める(ステップS106)。空間比率予測値rpiは、反射率計算の元になった空間比率riとその時の二乗和siから、次の(4)式で求められる。   A spatial ratio prediction value rpi is obtained by taking a weighted average corresponding to the sum of squares with respect to the spatial ratio which is the basis of these calculated reflectance values (step S106). The predicted spatial ratio value rpi is obtained by the following equation (4) from the spatial ratio ri from which the reflectance is calculated and the square sum si at that time.

rpi=(Σri/si)/(Σ(1/si)) …(4)
(4)式を用いてレイヤR1からレイヤR4D2までそれぞれ空間比率予測値を求める。この空間空間比率予測値rpiをピッチに占めるパターン寸法比率とみなす。
rpi = (Σri / si) / (Σ (1 / si)) (4)
Using the equation (4), spatial ratio prediction values are obtained from the layer R1 to the layer R4D2, respectively. The spatial space ratio predicted value rpi is regarded as a pattern size ratio in the pitch.

加重平均により求めた空間比率予測値rp4が所定値に等しいか判定する(ステップS107)。本実施形態の場合、所定値とは、56%である。本実施形態では、ピッチ260nmでレジスト残し寸法115nmのレジストパターン(ピッチに対するレジストパターンの比率=0.442:現像液比率では0.558)を形成する。従って、レイヤR4の空間比率予測値rp4が56%に等しいか判定する。 It is determined whether the predicted spatial ratio value rp 4 obtained by the weighted average is equal to a predetermined value (step S107). In the present embodiment, the predetermined value is 56%. In this embodiment, a resist pattern having a resist remaining size of 115 nm with a pitch of 260 nm (ratio of resist pattern to pitch = 0.442: 0.558 in the developer ratio) is formed. Therefore, it is determined whether the spatial ratio predicted value rp4 of the layer R4 is equal to 56%.

空間比率予測値rp4が56%に等しければ、洗浄液を基板表面に供給して現像を停止させる(ステップS108)。 Equal to space ratio predictive value rp 4 56%, to stop the development by supplying a cleaning liquid to the substrate surface (step S108).

空間比率予測値rp4が56%に等しくない場合、引き続き現像を行いステップS103〜S107を繰り返し行う。空間比率予測値rp4が56%に等しい場合、洗浄液を基板表面に供給して現像を停止させる。 If the predicted spatial ratio rp 4 is not equal to 56%, development is continued and steps S103 to S107 are repeated. When the predicted space ratio value rp4 is equal to 56%, the cleaning liquid is supplied to the substrate surface to stop development.

以下に、ステップS103〜S107の処理をより具体的に説明する。   Below, the process of step S103-S107 is demonstrated more concretely.

現像開始後20秒たった時点での反射率測定値に対する二乗和が最小のものから順に求めた空間比率riを(表2)に示す。

Figure 0004834706
Table 2 shows the spatial ratios ri obtained in order from the smallest sum of squares with respect to the measured reflectance at 20 seconds after the start of development.
Figure 0004834706

従来法のようにマッチングが一番良いものを抽出した場合、レイヤR1〜R4の間で現像液の空間比率0.6、レイヤD1,D2での現像液の空間比率が1.00という結果になる。しかし、順位1と順位2の二乗和を見ると、差は僅かに4%である。この差は、比率の振り幅(10%刻み)を考慮すると誤差の範囲にある。従って順位1の2乗和に対して2乗和が+10%までを候補とし、それらの現像液の空間に占める比率から加重平均により空間比率予測値rpiを求める。(表2)では順位1から順位5までが対象になる。 If you extracts the matching as in the conventional method is best, the space ratio 0.6 of the developer between the layers R1 to R4, the space ratio of the developer in the layer D 1, D 2 is that 1.00 Result. However, looking at the sum of squares of rank 1 and rank 2, the difference is only 4%. This difference is in the range of errors when considering the ratio amplitude (in 10% increments). Accordingly, with respect to the square sum of rank 1, the sum of the squares up to + 10% is a candidate, and the space ratio predicted value rpi is obtained by a weighted average from the ratio of the developer to the space. In (Table 2), ranks 1 to 5 are targeted.

結果を(表3)に示す。

Figure 0004834706
The results are shown in (Table 3).
Figure 0004834706

この段階のレジストのボトム寸法は114.4nm(=260×(1-0.56))と決定した。所望のパターン寸法は115nm±8%であったので、この段階で現像を停止し、リンスを行った。確認のため大気中で(表1)とほぼ同様の条件(現像液/空間を大気/空間と置き換え、大気の光学定数でモデリングしたところが異なる)で作成したデータ-ベースの比較ではレジスト残しパターン寸法が114.0nmであるとの結果を得た。更にこのレジストパターンを電子線を用いた測長機で線幅測定を行ったところ114.1nmと、現像中の測定値とほぼ同じ値が得られた。   The bottom dimension of the resist at this stage was determined to be 114.4 nm (= 260 × (1-0.56)). Since the desired pattern size was 115 nm ± 8%, development was stopped at this stage and rinsing was performed. For confirmation, in the comparison of data-based data created under the same conditions as in (Table 1) (development / space is replaced with air / space and modeled with atmospheric optical constants), resist residual pattern dimensions Was 114.0 nm. Furthermore, when the line width of this resist pattern was measured with a length measuring machine using an electron beam, 114.1 nm was obtained, which was almost the same as the value measured during development.

なお、上述の加重平均により算出した空間比率予測値を用いて計算した反射率と計測値との比較を図5に示す。ここでは500nm〜700nmでの比較を示している。ここで、実線は測定値を15次関数でフィッティングした曲線である。(表3)に示した分布から計算された反射率波長分散は、15次関数に非常に良く重なっていることが確認することが出来た。従って、実際の測定値を十分に再現していると言える。   FIG. 5 shows a comparison between the reflectance calculated using the spatial ratio predicted value calculated by the above weighted average and the measured value. Here, a comparison between 500 nm and 700 nm is shown. Here, the solid line is a curve obtained by fitting measured values with a 15th-order function. It was confirmed that the reflectance chromatic dispersion calculated from the distribution shown in (Table 3) overlaps with the 15th order function very well. Therefore, it can be said that the actual measurement values are sufficiently reproduced.

図5には、二乗和が最小のモデルから計算された反射率波長分散を波線で示す。実線で描かれた曲線と波線で描かれた曲線とは、局所的には良く一致している。しかし、図示された波長領域全体で一致しているとは言い難い。また、レジストパターン線幅も104nmと認識しており、実際の値に対して10nmも細く認識していた。この測定値によると加工不良との判断により基板再生することになるが、先の114nmが真値であり、良品と不良品の判断をも誤らせる結果であることは言うまでも無い。   In FIG. 5, the reflectance chromatic dispersion calculated from the model with the smallest sum of squares is indicated by a wavy line. The curve drawn with a solid line and the curve drawn with a wavy line are in good agreement locally. However, it is difficult to say that they coincide in the entire wavelength region shown. Also, the resist pattern line width was recognized as 104 nm, and it was recognized as thin as 10 nm with respect to the actual value. According to this measured value, the substrate is regenerated by determining that the processing is defective. Needless to say, the previous 114 nm is a true value, and the determination of a good product and a defective product is erroneous.

本実施形態によれば、従来法に対して高い精度で寸法を予測できる。また、良品と不良品について適切な判断を可能にするものである。今回の実験と同じ精度の解析を従来の手法を用いて行う場合のモデル条件を(表4に)示す。

Figure 0004834706
According to the present embodiment, the dimensions can be predicted with higher accuracy than the conventional method. In addition, it is possible to make an appropriate determination on a non-defective product and a defective product. Table 4 shows the model conditions when the same accuracy analysis as this experiment is performed using the conventional method.
Figure 0004834706

(表1)で作成された計算値の数は、表4のそれに比べて2.5×105分の1であり、データ数を大幅に削減できている。今回の検出時間は0.2秒であり現像時の計測を容易に行うことができた。従来法では14時間程度かかる。よって、従来法では、現像時の適用は到底困難であり、通常の大気中での評価にたいしても適用が難しかった。このように検索時間を大幅に短縮でき、プロセスの進行過程でのレジストパターン寸法を容易に行うことを可能にした。   The number of calculation values created in (Table 1) is 2.5 × 10 5 compared to that in Table 4, and the number of data can be greatly reduced. The detection time this time was 0.2 seconds, and the measurement during development could be easily performed. The conventional method takes about 14 hours. Therefore, the conventional method is extremely difficult to apply at the time of development, and is difficult to apply even for evaluation in ordinary air. Thus, the search time can be greatly shortened, and the resist pattern dimensions can be easily performed in the course of the process.

本実施形態ではレジストパターン寸法を予測しているが、これに限るものではない。図6は、(表1)のモデルを用いて計算した反射率波長分散計算値のデータベースを用いて、現像中のKrFレジストの寸法変動を断面形状として求めたものである。断面形状は各層毎に空間に対するレジストの比率を求め、それを膜厚方向に線で結んで示している。細かい点線が現像開始4秒後、二点鎖線が現像開始6秒後、一点鎖線が現像開始10秒後、粗い点線が現像開始20秒後、実線が現像開始30秒後の断面形状である。現像開始4秒後ではレジストパターンの裾が大きいことが判る。現像が進むに従い、トップ及びボトム(裾)のレジストパターンは次第に細くなり、また形状も矩形になる。   In this embodiment, the resist pattern dimension is predicted, but the present invention is not limited to this. FIG. 6 shows the cross-sectional shape of the dimensional variation of the KrF resist being developed, using a database of reflectance chromatic dispersion calculated values calculated using the model of (Table 1). The cross-sectional shape is obtained by determining the ratio of the resist to the space for each layer and connecting it with a line in the film thickness direction. A fine dotted line is a cross-sectional shape 4 seconds after the start of development, a two-dot chain line is 6 seconds after the start of development, a dashed-dotted line is 10 seconds after the start of development, a coarse dotted line is 20 seconds after the start of development, and a solid line is a cross-sectional shape 30 seconds after the start of development. It can be seen that the skirt of the resist pattern is large after 4 seconds from the start of development. As the development progresses, the top and bottom (bottom) resist patterns gradually become thinner and the shape becomes rectangular.

図6のレジスト膜のボトム寸法を横軸に現像時間をとって表したのが図7である。レジストパターンがピッチに対して0.44のサイズになる時間を図7から求めると20秒であることが判る(点線は現像を停止させずに寸法比率をもとめたもの)。図7の如く時間に対する寸法を順次求めていき、所望寸法となる現像時間を予測し、停止させることによっても高精度の現像制御が可能である。図6は、複数の反射率波長分散計算値を用いて加重平均により算出したため図7の関係においても高い精度を得ている。   FIG. 7 shows the bottom dimension of the resist film of FIG. 6 with development time taken on the horizontal axis. It can be seen from FIG. 7 that the time required for the resist pattern to have a size of 0.44 with respect to the pitch is 20 seconds (the dotted line indicates the dimensional ratio without stopping development). As shown in FIG. 7, high-precision development control can also be achieved by sequentially obtaining the dimension with respect to time, predicting the development time to be the desired dimension, and stopping it. Since FIG. 6 is calculated by weighted average using a plurality of reflectance chromatic dispersion calculation values, high accuracy is also obtained in the relationship of FIG.

従来法では図8のように現像時間に対する寸法比率の大小関係が逆転している点が見られており、制御を大きく劣化させる。このように本手法を用いることで現像の制御を飛躍的に向上できる(点線は現像を停止させずに寸法比率を求めたもの、現像停止の信頼性が低いことがわかる)。   In the conventional method, as shown in FIG. 8, it can be seen that the relationship of the size ratio with respect to the development time is reversed, and the control is greatly deteriorated. In this way, by using this method, the development control can be dramatically improved (the dotted line indicates the dimensional ratio obtained without stopping the development, which indicates that the reliability of the development stop is low).

本実施形態は現像時の寸法測定及び現像後の寸法測定に関するものであるがこれに限るものではない。単純に寸法を測定する場合には酸化膜のエッチングパターン、配線パターンなどその材料と大気について空間比率を変化させて計算した反射率波長分散計算値からなるデータベースと測定値とをレジストパターン寸法計測と同様の手法で解析することで高い精度でそのパターン寸法やプロファイルを効率よく短時間で求めることが可能である。   This embodiment relates to dimension measurement during development and dimension measurement after development, but is not limited thereto. In the case of simply measuring the dimensions, the resist pattern dimensional measurement is made up of a database of reflectance wavelength dispersion calculation values calculated by changing the spatial ratio of the material and the atmosphere, such as the oxide film etching pattern and wiring pattern, and the measured values. By analyzing with the same method, it is possible to obtain the pattern size and profile efficiently and in a short time with high accuracy.

本実施形態では反射率計算値に対する構造予想であるがこれに限るものではない。空間比率を変化させた膜構造のモデルからRCWA(Rigorous coupled-wave analysis)により算出したcosδ、tanψのデータベースに対して、エリプソメトリの技術で計測したcosδ、tanψの計測値に対しても同様の手法で類似波形を見出し、その元になっている空間比率に対して、誤算が小さいほど重みを大きくする加重平均により空間比率を予測し、測定物質の構造の特定を行うことも可能である。   In this embodiment, the structure is predicted for the reflectance calculation value, but the present invention is not limited to this. The same applies to the measured values of cosδ and tanψ measured by ellipsometry technology against the database of cosδ and tanψ calculated by RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) from the model of the membrane structure with varying spatial ratio It is also possible to find a similar waveform by a technique, predict the spatial ratio by a weighted average that increases the weight as the miscalculation is smaller, and specify the structure of the measurement substance.

空間比率予測値rは本実施形態では(4)式のとおり加重平均を二乗和の逆数を用いて算出したがこれに限るものではない。空間比率予測値rは一般的に測定値との誤差の絶対値Rに対してRが小さいほど空間比率が大きくなるような決め方であれば如何なる関係式を用いても良い。例えば空間比率予想値rが(5)式で表され、Rが取りうる範囲において、Rが大きくなるに従いf(R)が小さくなる関数(例えばRの取りうる範囲内で単調減少関数)であれば良い。   In this embodiment, the spatial ratio predicted value r is calculated by using the inverse of the sum of squares as shown in Equation (4), but the present invention is not limited to this. As the spatial ratio predicted value r, any relational expression may be used as long as the spatial ratio increases as R decreases with respect to the absolute value R of the error from the measured value. For example, the predicted spatial ratio r is expressed by equation (5), and in the range that R can take, f (R) decreases as R increases (for example, a monotonically decreasing function within the range that R can take). It ’s fine.

r=(Σri×f(R))/(Σ(f(R)) (5)
f(R)=1/R、1/Rx:xは正の実数、e-Rなど
(第2の実施形態)
エッチング深さについてもエッチングパターンの材料とエッチング中の雰囲気(供給ガスと反応ガス)の空間的な比率を変化させて反射率波長分散計算値のデータベースを作成し、測定値と比較し、測定値と類似の波長分散計算値を複数抽出し、それらの元になっている空間比率の二乗和に基づく加重平均からエッチング深さを求めることもできる。
r = (Σri × f (R)) / (Σ (f (R)) (5)
f (R) = 1 / R, 1 / Rx: x is a positive real number, eR, etc. (second embodiment)
Regarding the etching depth, a database of reflectance chromatic dispersion calculation values was created by changing the spatial ratio of the etching pattern material and the atmosphere (supply gas and reaction gas) during etching, and compared with the measured values. It is also possible to extract a plurality of calculated chromatic dispersion values similar to the above and obtain the etching depth from the weighted average based on the square sum of the spatial ratios that are the basis of them.

図9は酸化膜のエッチング時間ごとに測定した反射率から求めたエッチング深さを示したものである。従来法で求めた深さ(点線)は時間に対するエッチングレートが変化しているようにギクシャクした結果になっている。一方、本発明により加重平均で求めた結果(実線)では求めたエッチング時間に対するエッチング深さが非常に良好に求められており、20秒後以降のエッチングレートについても略一定の値が得られている(単位エッチング時間に対するエッチング深さ変化量が一定)。この実施形態の場合においても解析誤差の影響が殆ど無い状態でエッチング深さの解析を行うことができる。   FIG. 9 shows the etching depth obtained from the reflectance measured for each etching time of the oxide film. The depth (dotted line) obtained by the conventional method is a result of jerking so that the etching rate with respect to time changes. On the other hand, in the result (solid line) obtained by the weighted average according to the present invention, the etching depth with respect to the obtained etching time is obtained very well, and an approximately constant value is obtained for the etching rate after 20 seconds. (Etching depth change amount per unit etching time is constant). Even in this embodiment, the etching depth can be analyzed with almost no influence of the analysis error.

図9を用いてエッチング停止の制御を行うことも可能である。しかし、従来法では揺らぎが大きくエッチング停止精度が悪く、時として酸化膜下のストッパー膜もエッチングしてしまう問題があった。一方、本発明の手法によれば高い精度でエッチングの停止を行うことができ、酸化膜下のストッパー材に殆どダメージを与えることなく加工することを実現でき、ストッパー膜成膜工程を大幅に削減できる。   It is also possible to control the etching stop using FIG. However, the conventional method has a problem that the fluctuation is large and the etching stop accuracy is poor, and sometimes the stopper film under the oxide film is also etched. On the other hand, according to the method of the present invention, etching can be stopped with high accuracy, processing can be realized with little damage to the stopper material under the oxide film, and the stopper film forming process can be greatly reduced. it can.

(第3の実施形態)
図10は、本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。図11は、本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a flowchart showing manufacturing steps of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

先ず、図11(a)に示すように、未処理のシリコン基板上に膜厚100nmの第1のシリコン酸化膜を形成する(ステップS201)。
次に、第1のシリコン酸化膜のシリコン酸化膜Aの膜厚を計測する(ステップS202)。
First, as shown in FIG. 11A, a first silicon oxide film having a thickness of 100 nm is formed on an unprocessed silicon substrate (step S201).
Next, the film thickness of the silicon oxide film A of the first silicon oxide film is measured (step S202).

次に、図11(b)に示すように、第1のシリコン酸化膜上に膜厚500nmの第2のシリコン酸化膜を形成する(ステップS203)。第1のシリコン酸化膜と第2のシリコン酸化膜とは、光学定数が若干異なる膜である。第2のシリコン酸化膜が形成された状態の基板を基板Aとする。   Next, as shown in FIG. 11B, a second silicon oxide film having a thickness of 500 nm is formed on the first silicon oxide film (step S203). The first silicon oxide film and the second silicon oxide film are films having slightly different optical constants. The substrate on which the second silicon oxide film is formed is referred to as substrate A.

次に、第2のシリコン酸化膜の膜厚を測定するために、基板Aの光強度測定を行う(ステップS204)。図12に光強度測定の光学系の模式図を示す。基板A上に、光を入射させる。基板Aからの反射光を計測し、強度変化(tanψ)、位相変化(cosΔ)の波長分散を測定する。ここで計測する反射光としては、TM偏光、TE偏光、そのほかの偏光などの偏光光、若しくは偏光板を用いないで直接反射光の測定を行ってもよい。入射角も斜め入射でなくても垂直入射でもよい。また、単一の波長で光を入射して、入射角、検出角を変化させて測定してもよい。光を入射して、反射して得られる光を検出する方法であればよい。   Next, in order to measure the film thickness of the second silicon oxide film, the light intensity of the substrate A is measured (step S204). FIG. 12 shows a schematic diagram of an optical system for measuring light intensity. Light is incident on the substrate A. The reflected light from the substrate A is measured, and the chromatic dispersion of the intensity change (tan ψ) and the phase change (cos Δ) is measured. As reflected light to be measured here, polarized light such as TM polarized light, TE polarized light, other polarized light, or direct reflected light may be measured without using a polarizing plate. The incident angle may not be obliquely incident but may be perpendicularly incident. Alternatively, measurement may be performed by entering light at a single wavelength and changing the incident angle and the detection angle. Any method may be used as long as it detects light obtained by entering and reflecting light.

基板Aの光強度測定結果から、第2のシリコン酸化膜の膜厚を求める(ステップS205)。   From the light intensity measurement result of the substrate A, the film thickness of the second silicon oxide film is obtained (step S205).

次に、図11(c)に示すように、第2のシリコン酸化膜上に膜厚50nmの反射防止膜、250nmのレジスト膜を塗布形成する(ステップS206)。レジスト膜にArFエキシマレーザーによりレチクルを介して露光する。ベーク処理、現像処理を行い、100nmライン/スペース(1:1)のレジストパターンを形成する。レジストパターンは、それぞれの幅が100nmのラインパターンとスペースパターンが交互に配列されたパターンである。この状態の基板を基板Bとする。   Next, as shown in FIG. 11C, an antireflection film having a thickness of 50 nm and a resist film having a thickness of 250 nm are applied and formed on the second silicon oxide film (step S206). The resist film is exposed through a reticle with an ArF excimer laser. Bake processing and development processing are performed to form a resist pattern of 100 nm line / space (1: 1). The resist pattern is a pattern in which line patterns and space patterns each having a width of 100 nm are alternately arranged. The substrate in this state is referred to as substrate B.

反射防止膜の膜厚、レジスト膜のパターン寸法、及び膜厚を測定するために、基板Bの光強度測定を行う(ステップS207)。図13に、基板Bの検査工程の光学系の模式図を示す。被処理基板上に、光を入射させる。被処理基板からの回折光のうち0次光を計測し、強度変化(tanψ)、位相変化(cosΔ)の波長分散を測定する。膜厚計測と同様、TM偏光、TE偏光、そのほかの偏光、などの偏光光であってもよいし、偏光板を用いないで測定を行ってもよい。また、0次光ではなく、1次以上の光であってもよい。入射角も垂直入射でなくても斜め入射でもよい。また、単一の波長で光を入射して、入射角、検出角を変化させて測定してもよい。光を入射して、反射もしくは回折して得られる光を検出する方法であればよい。   In order to measure the film thickness of the antireflection film, the pattern dimension of the resist film, and the film thickness, the light intensity of the substrate B is measured (step S207). In FIG. 13, the schematic diagram of the optical system of the test | inspection process of the board | substrate B is shown. Light is incident on the substrate to be processed. Of the diffracted light from the substrate to be processed, zero-order light is measured, and the chromatic dispersion of intensity change (tan ψ) and phase change (cos Δ) is measured. Similar to the film thickness measurement, polarized light such as TM polarized light, TE polarized light, and other polarized light may be used, or measurement may be performed without using a polarizing plate. Further, the first-order or higher light may be used instead of the zero-order light. The incident angle may not be perpendicular incidence but may be oblique incidence. Alternatively, measurement may be performed by entering light at a single wavelength and changing the incident angle and the detection angle. Any method may be used as long as it detects light obtained by entering light and reflecting or diffracting it.

次に、反射防止膜およびレジストパターンの検査として、レジストパターンの寸法(線幅)を計測する(ステップS208)。このように、半導体ウエハの一連の処理においては、処理工程とその処理工程で追加された構造(膜厚、ピッチ、比率、寸法、光学定数)の検査工程が繰り返し行われる。   Next, as the inspection of the antireflection film and the resist pattern, the dimension (line width) of the resist pattern is measured (step S208). As described above, in a series of processing of the semiconductor wafer, the processing step and the inspection step of the structure (film thickness, pitch, ratio, dimension, optical constant) added in the processing step are repeatedly performed.

図14を用いて、検査の具体的な手順を説明する。図14は第3の実施形態に係わる構造検査の手順を示すフローチャート。   A specific procedure of the inspection will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of the structural inspection according to the third embodiment.

検査に先立って、基板構造とそれに対応する光強度が収められた光強度ライブラリを作成する。   Prior to the inspection, a light intensity library containing the substrate structure and the corresponding light intensity is created.

まず、基板の全ての層について、それぞれの層で予想される構造が含まれる構造群を作成する(ステップS301)。層の構造とは、層の光学定数、膜厚、ピッチ、比率、寸法などである。予想される構造とは、処理工程で生じうる構造のばらつきの範囲に含まれる構造である。次に、各層の構造群の組み合わせから基板構造が作成される。   First, for all the layers of the substrate, a structure group including a structure expected in each layer is created (step S301). The layer structure includes the optical constant, film thickness, pitch, ratio, dimensions, and the like of the layer. The expected structure is a structure included in a range of structural variations that can occur in the processing steps. Next, a substrate structure is created from the combination of the structure groups of each layer.

基板構造ライブラリAが、ステップS201で作成された基板構造から作成される(ステップS302)。   A board structure library A is created from the board structure created in step S201 (step S302).

次に、第1の基板構造ライブラリに含まれる各基板構造について、実際の検査と同じ条件で光を入射した場合に反射もしくは回折して得られる光強度計算を行い、光強度の波長分散が算出される(ステップS303)。ここで、計算の手法としては、Maxwellの方程式を用いて、規則的なパターンからの回折光の電界、磁界、強度を解く、Morham(J.Opt.Soc.Am.,Vol.12, No.5, May 1995 1077-1086)らのRCWA(Rigorous coupled-wave analysis)法などが一般的に用いられる。   Next, for each substrate structure included in the first substrate structure library, light intensity calculation obtained by reflection or diffraction when light is incident under the same conditions as in actual inspection is performed, and the wavelength dispersion of the light intensity is calculated. (Step S303). Here, as a calculation method, Morham (J. Opt. Soc. Am., Vol. 12, No. 12) is used to solve the electric field, magnetic field, and intensity of diffracted light from a regular pattern using Maxwell's equations. RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) method of 5, May 1995 1077-1086) is generally used.

基板構造ライブラリAに納められた基板構造とそれに対応する光強度の波長分散が収められた光強度ライブラリBが作成される(ステップS304)。   A light intensity library B containing the substrate structures stored in the substrate structure library A and the corresponding wavelength dispersion of the light intensity is created (step S304).

次いで、層構造が検査によってわかっている層を抽出する(ステップS401)。
次に、抽出された層について、その層の構造の検査結果をもとに、新たな層構造群を作成する(ステップS402)。ここで作る層構造は、検査精度を考慮して作られる。
Next, a layer whose layer structure is known by inspection is extracted (step S401).
Next, a new layer structure group is created for the extracted layer based on the inspection result of the layer structure (step S402). The layer structure made here is made in consideration of inspection accuracy.

次に、抽出された層の構造群とステップS102で作成された基板構造ライブラリAを比較して、第1の基板構造ライブラリから抽出された層の構造群が含まれる基板構造を抽出する(ステップS403)。   Next, the extracted layer structure group is compared with the substrate structure library A created in step S102 to extract the substrate structure including the layer structure group extracted from the first substrate structure library (step S102). S403).

次に、光強度ライブラリBの中から、抽出された基板構造と対応する光強度を選び、光強度ライブラリCを作成する(ステップS404)。   Next, a light intensity corresponding to the extracted substrate structure is selected from the light intensity library B, and a light intensity library C is created (step S404).

図2や図3に示すような光学系を有する検査装置内に実際に複数の層が形成されている基板を搬送し、検査領域の光強度の測定を行い、光強度の波長分散を測定する(ステップS501)。   A substrate on which a plurality of layers are actually formed is transported into an inspection apparatus having an optical system as shown in FIGS. 2 and 3, and the light intensity in the inspection region is measured to measure the wavelength dispersion of the light intensity. (Step S501).

次に、測定された光強度の波長分散と光強度ライブラリCに格納された波長分散とを比較する(ステップS502)。   Next, the chromatic dispersion of the measured light intensity is compared with the chromatic dispersion stored in the light intensity library C (step S502).

そして、光強度ライブラリにある光強度の波長分散と最もよく一致する波長分散を求め、その波長分散に対応する基板構造を決定する(ステップS503)。   Then, the chromatic dispersion that best matches the chromatic dispersion of the light intensity in the light intensity library is obtained, and the substrate structure corresponding to the chromatic dispersion is determined (step S503).

また、本発明の他の実施形態として、図15に示すような手順の形態もありうる。なお、図14で説明したステップと同様なステップには、同じ符号を付してある。図15に示した検査方法の場合、基板構造ライブラリAで光強度の波長分散の計算を行わない。基板構造ライブラリBが作成された後に、光強度の波長分散の計算を行い(ステップS414)、光強度ライブラリCを作成する(ステップS415)。   Further, as another embodiment of the present invention, there may be a procedure as shown in FIG. Steps similar to those described in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals. In the inspection method shown in FIG. 15, the substrate structure library A does not calculate the chromatic dispersion of the light intensity. After the substrate structure library B is created, the chromatic dispersion of the light intensity is calculated (step S414), and the light intensity library C is created (step S415).

また、本発明の他の実施形態として、図16に示すフローチャートで表されるような形態もありうる。なお、図14,図15で説明したステップと同様なステップには、同じ符号を付してある。   Further, as another embodiment of the present invention, there may be a form represented by a flowchart shown in FIG. The same steps as those described in FIGS. 14 and 15 are denoted by the same reference numerals.

図15に示した検査方法の場合、事前に構造が決定されない層を抽出する(ステップS421)。そして、ステップS421で抽出された層の構造群を作成する(ステップS422)。層の構造とは、層の光学定数、膜厚、ピッチ、比率、寸法などである。予想される構造とは、処理工程で生じうる構造のばらつきの範囲に含まれる構造である。構造が決定された層を抽出する(ステップS423)。構造が決定されている層の構造群を作成する(ステップS424)。そして、ステップS422とステップS424で作成された構造群に基づいて基板構造ライブラリBを作成する(ステップS403)。   In the case of the inspection method shown in FIG. 15, a layer whose structure is not determined in advance is extracted (step S421). Then, a structure group of layers extracted in step S421 is created (step S422). The layer structure includes the optical constant, film thickness, pitch, ratio, dimensions, and the like of the layer. The expected structure is a structure included in a range of structural variations that can occur in the processing steps. The layer whose structure is determined is extracted (step S423). A structure group of layers whose structure is determined is created (step S424). Then, the substrate structure library B is created based on the structure group created in step S422 and step S424 (step S403).

次に、上述した検査方法を図10,図11を用いて説明した半導体装置の製造工程に適用した例を説明する。図17は、本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。光強度測定(ステップS204)の時点で、Si基板上にシリコン酸化膜A、シリコン酸化膜Bが形成されている。従って、従来例と同じように、基板構造ライブラリIIAは、Si基板の予想される構造群、シリコン酸化膜Aの予想される構造群、シリコン酸化膜Bの予想される構造群をそれぞれ作成する(ステップS301)。そして、ステップS301aで作成された各構造群を用いて基板構造ライブラリIIAを作成する(ステップS302)。ステップ301aでは、Si基板、シリコン酸化膜A、及びシリコン酸化膜Bの構造群の数がそれぞれ、1、21、101であった。よって、基板構造ライブラリIIAに含まれる基板構造の数は、2121個となった。   Next, an example in which the above-described inspection method is applied to the semiconductor device manufacturing process described with reference to FIGS. 10 and 11 will be described. FIG. 17 is a flowchart showing manufacturing steps of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. At the time of the light intensity measurement (step S204), the silicon oxide film A and the silicon oxide film B are formed on the Si substrate. Therefore, as in the conventional example, the substrate structure library IIA creates an expected structure group of the Si substrate, an expected structure group of the silicon oxide film A, and an expected structure group of the silicon oxide film B ( Step S301). Then, a substrate structure library IIA is created using each structure group created in step S301a (step S302). In step 301a, the numbers of the structure groups of the Si substrate, the silicon oxide film A, and the silicon oxide film B were 1, 21, and 101, respectively. Therefore, the number of substrate structures included in the substrate structure library IIA is 2121.

ステップS203で測定されたシリコン酸化膜Aの膜厚を用いて、シリコン酸化膜Aの構造群を新たに作成する(ステップS402)。シリコン酸化膜Aの膜厚dAが102nmと求められていて、測定精度は±1nmであったので、(表5)に示すようなシリコン酸化膜Aの構造群を作成した。膜厚の刻みは測定の精度を高めるため、1nmとした。

Figure 0004834706
Using the film thickness of the silicon oxide film A measured in step S203, a new structure group of the silicon oxide film A is created (step S402). Since the film thickness dA of the silicon oxide film A is required to be 102 nm and the measurement accuracy is ± 1 nm, a structure group of the silicon oxide film A as shown in Table 5 was created. The thickness increment was set to 1 nm in order to improve measurement accuracy.
Figure 0004834706

従って、基板構造ライブラリIIAのうち必要な基板構造は、(表5)に示す構造群の組み合わせとなる。第2のシリコン酸化膜Bの構造群の数は3つになる。ステップS403で抽出されるSi基板、シリコン酸化膜A、シリコン酸化膜Bの構造の数は、1、3、101である。そして、ステップS404で作成される光構造ライブラリIIBに含まれる光強度の波長分散の数は、303個になる。   Therefore, the necessary substrate structure in the substrate structure library IIA is a combination of the structure groups shown in (Table 5). The number of structure groups of the second silicon oxide film B is three. The number of structures of the Si substrate, the silicon oxide film A, and the silicon oxide film B extracted in step S403 is 1, 3, 101. The number of chromatic dispersions of light intensity included in the optical structure library IIB created in step S404 is 303.

ステップS207の光強度の波長分散測定の時点で、Si基板上にシリコン酸化膜A,シリコン酸化膜B,反射防止膜(ALL),及びレジスト膜が形成されている。シリコン酸化膜A,シリコン酸化膜B,反射防止膜(ALL),及びレジスト膜の予想される構造から、構造群をそれぞれ作成する。ここでは、ステップS202,S205でシリコン酸化膜A及びシリコン酸化膜Bの構造が検出されている。シリコン酸化膜A及びシリコン酸化膜Bの構造群を検出結果に基づいて作成する(ステップS422)。また、構造が検出されていない、Si基板、反射防止膜、及びレジスト膜の構造群をそれぞれの予想される構造から作成する(ステップS424)。   At the time of the wavelength dispersion measurement of the light intensity in step S207, the silicon oxide film A, the silicon oxide film B, the antireflection film (ALL), and the resist film are formed on the Si substrate. Structure groups are respectively created from the expected structures of the silicon oxide film A, the silicon oxide film B, the antireflection film (ALL), and the resist film. Here, the structures of the silicon oxide film A and the silicon oxide film B are detected in steps S202 and S205. A structure group of the silicon oxide film A and the silicon oxide film B is created based on the detection result (step S422). In addition, a structure group of an Si substrate, an antireflection film, and a resist film, whose structure is not detected, is created from each expected structure (step S424).

シリコン酸化膜Aの膜厚が(dA=102nm)、シリコン酸化膜Bの膜厚が(dB=510nm)と求められていて、測定精度は±1nmであったので、(表6)に示すようなシリコン酸化膜AおよびBの構造群を作成した。なお、(表6)には、Si基板、反射防止膜、レジスト膜の構造群を示す。

Figure 0004834706
Since the thickness of the silicon oxide film A is required (dA = 102 nm) and the thickness of the silicon oxide film B is required (dB = 510 nm), and the measurement accuracy is ± 1 nm, as shown in (Table 6). A group of silicon oxide films A and B was prepared. Table 6 shows a group of structures of the Si substrate, the antireflection film, and the resist film.
Figure 0004834706

(表6)に示すように、ステップ基板構造ライブラリIIIBのうち必要な基板構造は、(表6)に示す構造群の組み合わせとなる。Si基板、シリコン酸化膜A、シリコン酸化膜B、反射防止膜、レジスト膜の構造群の数がそれぞれ、1、3、11、3、231となり、基板構造ライブラリIIIBの数は、22869個となる。光強度ライブラリIIICは、この基板構造ライブラリIIIBをもとに作成される。   As shown in (Table 6), the necessary substrate structures in the step substrate structure library IIIB are combinations of the structure groups shown in (Table 6). The number of structure groups of the Si substrate, silicon oxide film A, silicon oxide film B, antireflection film, and resist film is 1, 3, 11, 3, 231 respectively, and the number of substrate structure libraries IIIB is 22,869. . The light intensity library IIIC is created based on the substrate structure library IIIB.

(表6)に示すように、シリコン酸化膜A及びシリコン酸化膜Bの構造群を作成する際、測定精度の範囲(±1%)で構造を定義したが、余裕をみて2倍の範囲(±2%)で構造を作成してもよい。また、反射防止膜,レジスト膜の構造群を作成する際、処理工程における揺らぎも余裕をみて2倍の範囲(±4%)で構造群を作成してもよい。   As shown in (Table 6), when the structure group of the silicon oxide film A and the silicon oxide film B was created, the structure was defined within the measurement accuracy range (± 1%). The structure may be created at ± 2%). Further, when creating the structure group of the antireflection film and the resist film, the structure group may be created in a double range (± 4%) with allowance for fluctuations in the processing steps.

図18を用いて従来法の、具体的な検査の手順を示す。なお、図18では、各ステップは図14と同一符号を付し、詳細な説明を省略する。図18に示すように、従来は、既に得られた層の検査結果に基づいた、光強度ライブラリBを作成していない。光強度ライブラリAと光強度測定との結果とを比較している(ステップS512)。   A specific inspection procedure of the conventional method will be described with reference to FIG. In FIG. 18, each step is denoted by the same reference numeral as in FIG. 14, and detailed description thereof is omitted. As shown in FIG. 18, conventionally, the light intensity library B based on the already obtained layer inspection results has not been created. The light intensity library A is compared with the result of the light intensity measurement (step S512).

次に、図18に示した方法を図10に示すフローに適用した場合を図19を参照して説明する。   Next, the case where the method shown in FIG. 18 is applied to the flow shown in FIG. 10 will be described with reference to FIG.

ステップS204の時点では、Si基板上にシリコン酸化膜A及びシリコン酸化膜Bが形成されている。従って、Si基板の予想される構造群、第1のシリコン酸化膜の予想される構造群、第2のシリコン酸化膜の予想される構造群がそれぞれ作成される(ステップS301a)。

Figure 0004834706
At the time of step S204, the silicon oxide film A and the silicon oxide film B are formed on the Si substrate. Therefore, an expected structure group of the Si substrate, an expected structure group of the first silicon oxide film, and an expected structure group of the second silicon oxide film are respectively created (step S301a).
Figure 0004834706

本実施形態では、シリコン酸化膜A及びシリコン酸化膜Bの処理工程での揺らぎが、屈折率と消衰係数にはなく、膜厚が中心値に対して±10%であったので、(表6)のように構造群を定義した。   In this embodiment, fluctuations in the processing steps of the silicon oxide film A and the silicon oxide film B are not in the refractive index and the extinction coefficient, and the film thickness is ± 10% with respect to the center value. The structural group was defined as in 6).

(表7)に示すように、Si基板、シリコン酸化膜A、及びシリコン酸化膜Bの構造群の数がそれぞれ、1、21、101となり、基板構造ライブラリIIAの数は、2121個となった(ステップS302a)。光強度ライブラリIIAは、基板構造ライブラリIIAをもとに作成した(ステップS303a)。   As shown in Table 7, the number of structure groups of the Si substrate, the silicon oxide film A, and the silicon oxide film B is 1, 21, and 101, respectively, and the number of the substrate structure library IIA is 2121. (Step S302a). The light intensity library IIA was created based on the substrate structure library IIA (step S303a).

ステップS207の時点では、Si基板上にシリコン酸化膜A、シリコン酸化膜B、反射防止膜、レジストが形成されている。従って、Si基板の予想される構造群、シリコン酸化膜Aの予想される構造群、シリコン酸化膜Bの予想される構造群、反射防止膜の予想される構造群、レジストの予想される構造群がそれぞれ作成される(ステップS301b)。それぞれの構造群を(表8)に示す。

Figure 0004834706
At the time of step S207, the silicon oxide film A, the silicon oxide film B, the antireflection film, and the resist are formed on the Si substrate. Therefore, an expected structure group of the Si substrate, an expected structure group of the silicon oxide film A, an expected structure group of the silicon oxide film B, an expected structure group of the antireflection film, and an expected structure group of the resist Are respectively created (step S301b). Each structural group is shown in (Table 8).
Figure 0004834706

本実施形態では、処理工程での揺らぎが、屈折率と消衰係数にはなく、酸化膜の膜厚が中心値に対して±10%、反射防止膜厚が±2%、レジスト膜厚が±2%、レジスト寸法が±10%であったので、(表8)に示すように構造群を生成した。Si基板、シリコン酸化膜A、シリコン酸化膜B、反射防止膜、レジスト膜の構造の数がそれぞれ、1、21、101、3、231となった。その結果、ステップS302bで生成される基板構造ライブラリIIIAに格納された基板構造の数は、453789個となる。光強度ライブラリIIIAはこの基板構造ライブラリIIIAをもとに作成される(ステップS303b)。   In this embodiment, fluctuations in the processing steps are not in the refractive index and extinction coefficient, the oxide film thickness is ± 10% of the center value, the antireflection film thickness is ± 2%, and the resist film thickness is Since the resist size was ± 2% and ± 10%, a structure group was generated as shown in (Table 8). The numbers of the structures of the Si substrate, the silicon oxide film A, the silicon oxide film B, the antireflection film, and the resist film are 1, 21, 101, 3, 231 respectively. As a result, the number of substrate structures stored in the substrate structure library IIIA generated in step S302b is 453789. The light intensity library IIIA is created based on the substrate structure library IIIA (step S303b).

(発明の効果)
(2)測定精度の向上
従来法では、例えば、構造検査工程(ステップS205)でシリコン酸化膜Bの膜厚を求める際に、シリコン酸化膜Aの膜厚がd11nmでシリコン酸化膜Bの膜厚がd21nmの場合と、シリコン酸化膜Aの膜厚がd12nmでシリコン酸化膜Bの膜厚がd22nmの場合で波長分散がほとんど変わらない場合に、本来はシリコン酸化膜Aの膜厚がd11nmでシリコン酸化膜Bの膜厚がd21nmであるにもかかわらず、シリコン酸化膜Aの膜厚がd12nmでシリコン酸化膜Bの膜厚がd22nmと算出してしまう可能性があった。しかし、シリコン酸化膜Aの膜厚d12nmというのが、図9のd1±1%に含まれていなければ、膜厚としてd12という値が算出されることはないので、測定の誤認の可能性が低くなり、測定精度が向上する。
(The invention's effect)
(2) Improvement of measurement accuracy In the conventional method, for example, when the thickness of the silicon oxide film B is obtained in the structural inspection step (step S205), the thickness of the silicon oxide film A is d11 nm and the thickness of the silicon oxide film B is determined. When the thickness of the silicon oxide film A is d11 nm and when the thickness of the silicon oxide film A is d12 nm and the thickness of the silicon oxide film B is d22 nm, the chromatic dispersion hardly changes. Although the thickness of the oxide film B is d21 nm, there is a possibility that the thickness of the silicon oxide film A is calculated as d12 nm and the thickness of the silicon oxide film B is calculated as d22 nm. However, if the film thickness d12 nm of the silicon oxide film A is not included in d1 ± 1% in FIG. 9, the value d12 is not calculated as the film thickness. The measurement accuracy is improved.

(1)ライブラリ数の大幅な減少
従来法ではそれぞれの層で予想される構造の変動をすべてライブラリにしていたため、莫大な数の光強度ライブラリが必要となっていた。本方法では、ある構造検査工程での検査よりも先立って行われている検査の結果を取り込んで光強度ライブラリを作成したため、光強度ライブラリの数が大きく減少する。その結果、光強度の波長分散の測定結果から類似した光強度波長分散を検索する時間が大幅に短くなる。
(1) Significant reduction in the number of libraries Since the conventional method uses all the structural variations expected in each layer as a library, an enormous number of light intensity libraries are required. In this method, since the light intensity library is created by taking in the result of the inspection performed prior to the inspection in a certain structural inspection step, the number of the light intensity libraries is greatly reduced. As a result, the time for searching for similar light intensity chromatic dispersion from the measurement result of chromatic dispersion of light intensity is significantly shortened.

(表9)に光強度ライブラリに含まれる数を示す。

Figure 0004834706
Table 9 shows the numbers included in the light intensity library.
Figure 0004834706

従来方法では、光強度ライブラリIIA,IIIAを用いて基板構造を決定していた。本方法では、光強度ライブラリIIB,IIIBを用いて基板構造を決定している。   In the conventional method, the substrate structure is determined using the light intensity libraries IIA and IIIA. In this method, the substrate structure is determined using the light intensity libraries IIB and IIIB.

また、ライブラリ数が大幅に減少することで、図15,16に示したように予め光強度のライブラリを作らずに、検査工程を行うことが可能になる。例えば構造決定工程(ステップS208)において、従来は検査工程の前に、基板構造ライブラリIIIA、光強度ライブラリIIIAを作成していた。本方法では、光強度ライブラリIIIAを作成せずに、基板構造を決定した(ステップS205)後に、光強度ライブラリIIIBを作成する。光強度ライブラリIIIAを形成しないので、ライブラリの容量を大幅に低減できる。   Further, since the number of libraries is greatly reduced, it becomes possible to perform the inspection process without making a light intensity library in advance as shown in FIGS. For example, in the structure determination process (step S208), the substrate structure library IIIA and the light intensity library IIIA are conventionally created before the inspection process. In this method, the light intensity library IIIB is created after the substrate structure is determined without creating the light intensity library IIIA (step S205). Since the light intensity library IIIA is not formed, the capacity of the library can be greatly reduced.

また、従来のコーター/デベロッパーに構造検査機能がついたような場合には、ロットの一連の処理が終わるまでに、構造検査が終わればよいので、一連の処理が終わるまでに光強度ライブラリIIIBを作成し、測定した光強度を光強度ライブラリIIIBと比較して検査結果を求めればよい。このように、ライブラリの容量を大幅に低減しつつ、精度の高い検査を行うことが可能となる。   In addition, when a conventional coater / developer has a structure inspection function, it is sufficient to complete the structure inspection before the end of the series of lot processing. The inspection result may be obtained by comparing the light intensity created and measured with the light intensity library IIIB. In this way, it is possible to perform a highly accurate test while greatly reducing the capacity of the library.

(第4の実施形態)
本実施形態は、本発明を用いた場合のパターン評価方法の実施形態である。
(Fourth embodiment)
The present embodiment is an embodiment of a pattern evaluation method when the present invention is used.

図20は、現像中のパターン評価を模式的に示した図、図21はパターン評価方法の手順をフローチャートとして示した図である。図20と図21を用いて、本発明の処理の手順を説明する。   FIG. 20 is a diagram schematically showing pattern evaluation during development, and FIG. 21 is a flowchart showing the procedure of the pattern evaluation method. The processing procedure of the present invention will be described with reference to FIGS.

図20に示すように、特定の下地基板(下層からSi301、下層膜302、反射防止膜303)上にレジストを塗布・ベーク、パターン露光、ベークした基板に現像液を供給した状態で、基板上のモニター領域に光を入射し、回折光を検出する。従って、レジストパターン034の上層やパターン間には、現像液305のほかに、レジストの反応生成物と現像液の混合相が存在する。入射光には、複数の波長を有するブロードな光とし(例えばハロゲンランプの光)を用いる。また、検出する回折光強度は400から800nmの波長範囲での0次の回折光のTM偏光を測定する。TM偏光は、0次回折光の光路上に偏光板を挿入して、得ている。ここで検出する回折光の強度の波長分散は、測定領域の構造、光学定数により一意に決まるものである。そこで、本発明では、現像中に、パターンからの回折光を測定し、その結果から寸法を評価する。   As shown in FIG. 20, a resist is applied and baked on a specific base substrate (from the lower layer, Si 301, lower layer film 302, antireflection film 303), pattern exposure, and a developer is supplied to the baked substrate. The light is incident on the monitor area of, and diffracted light is detected. Therefore, in addition to the developer 305, a mixed phase of the resist reaction product and developer exists between the upper layer and the pattern of the resist pattern 034. The incident light is broad light having a plurality of wavelengths (for example, light from a halogen lamp). The intensity of diffracted light to be detected is TM polarization of 0th-order diffracted light in a wavelength range of 400 to 800 nm. TM polarized light is obtained by inserting a polarizing plate on the optical path of 0th-order diffracted light. The chromatic dispersion of the intensity of the diffracted light detected here is uniquely determined by the structure of the measurement region and the optical constant. Therefore, in the present invention, the diffracted light from the pattern is measured during development, and the dimension is evaluated from the result.

図21を用いて、具体的な処理の手順を示す。本実施形態は、回折光強度の予測を現像処理工程の前に予め行い、ライブラリを作成しておく場合である。この場合の評価は、現像処理前に行うライブラリ作成工程と現像処理工程におけるパターン寸法を評価する工程からなる。   A specific processing procedure will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the diffracted light intensity is predicted in advance before the development processing step, and a library is created. Evaluation in this case consists of a library creation step performed before the development processing and a step of evaluating pattern dimensions in the development processing step.

ライブラリ作成工程では、まず、レジストが現像液に溶解するときの現像領域の開口部形状と、レジストの反応生成物と現像液で構成される液相内での反応生成物と現像液の混合比の分布を与え、現像のモデルを決める(ステップS601)。   In the library creation process, first, the shape of the opening of the development area when the resist is dissolved in the developer, and the mixing ratio of the reaction product and developer in the liquid phase composed of the resist reaction product and developer. And a development model is determined (step S601).

次に、液相及び被処理基板からなる基板の構造と、現像液、基板、及び反応生成物の光学定数を与える(ステップS602)。与えられた構造と光学定数をもとに、特定の角度で光を入射した場合の計算を行い、回折光強度の波長分散を算出する(ステップS603)。ここで、計算の手法としては、Maxwellの方程式を用いて、規則的なパターンからの回折光の電界、磁界、強度を解く、Morham(J.Opt.Soc.Am.,Vol.12, No.5, May 1995 1077-1086)らのRCWA(Rigorous coupled-wave analysis)法を用いた。与えられた構造、光学定数の全ての条件について計算を行って、回折光強度の波長分散のライブラリを作成する(S604)。   Next, the structure of the substrate composed of the liquid phase and the substrate to be processed and the optical constants of the developer, the substrate, and the reaction product are given (step S602). Based on the given structure and optical constant, calculation is performed when light is incident at a specific angle, and the chromatic dispersion of the diffracted light intensity is calculated (step S603). Here, as a calculation method, Morham (J. Opt. Soc. Am., Vol. 12, No. 12) is used to solve the electric field, magnetic field, and intensity of diffracted light from a regular pattern using Maxwell's equations. 5, May 1995 1077-1086) and the like. The RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) method was used. Calculation is performed for all conditions of the given structure and optical constant, and a chromatic dispersion library of diffracted light intensity is created (S604).

次に、パターン寸法を評価する工程について説明する。基板が現像ユニットに搬送される(ステップS605)。次に、基板上に現像液が供給され、現像が開始される(ステップS606)。その後、モニター領域の反射光の測定(ステップS607)を行う。ここでは、モニター領域に、光を入射し、回折光を検出器で検出できるように、基板の位置やモニターユニットの位置を調整する必要がある。この調整は、現像液を供給する際に、基板が移動しない場合には供給の前に行っても良いし、そうでない場合には供給の後に行う。次に、測定した回折光強度の波長分散とライブラリの回折光強度の波長分散を比較する(ステップS608)。そして、ライブラリにある回折光強度の波長分散と最もよく一致する波長分散を求め、パターンの寸法を算出する(ステップS609)。   Next, the process of evaluating pattern dimensions will be described. The substrate is transported to the developing unit (step S605). Next, a developing solution is supplied onto the substrate, and development is started (step S606). Thereafter, the reflected light of the monitor area is measured (step S607). Here, it is necessary to adjust the position of the substrate and the position of the monitor unit so that light can enter the monitor region and the diffracted light can be detected by the detector. This adjustment may be performed before the supply if the substrate does not move when supplying the developer, or after the supply otherwise. Next, the measured chromatic dispersion of the diffracted light intensity is compared with the chromatic dispersion of the diffracted light intensity of the library (step S608). Then, the chromatic dispersion that best matches the chromatic dispersion of the diffracted light intensity in the library is obtained, and the pattern dimension is calculated (step S609).

次に、ライブラリ作成工程について詳しく説明する。現像中のレジストパターンからは、図20で説明したように、レジストの反応生成物が発生する。以下、レジストの反応生成物を含んだ現像液を混合相と呼び、混合相中のレジストの割合を混合比と定義する。一般的に、反応生成物の拡散は十分に早くないので、反応生成物の拡散の仕方、すなわち液相における混合比の分布をモデルとして取りこまないと、現像中のパターン評価の精度が悪くなってしまう。そこで、本発明では、ライブラリ作成工程で、現像モデルを決める(ステップS601)。   Next, the library creation process will be described in detail. As described with reference to FIG. 20, a resist reaction product is generated from the resist pattern being developed. Hereinafter, the developer containing the reaction product of the resist is referred to as a mixed phase, and the ratio of the resist in the mixed phase is defined as the mixing ratio. In general, the diffusion of reaction products is not fast enough, so the accuracy of pattern evaluation during development deteriorates unless the reaction product diffusion method, that is, the distribution of the mixing ratio in the liquid phase, is modeled. End up. Therefore, in the present invention, a development model is determined in the library creation process (step S601).

図22(a)に現像初期の現像の進み方の模式図を示す。現像初期では、現像領域では膜厚方向に現像が進む。その結果、反応生成物は矢印に示す方向に拡散していくので、混合比は膜厚方向の分布となり、基板から離れるに従って比率が低くなる。膜厚方向の現像が終了すると、図22(b)に示すように、横方向に現像が進む。従って、反応生成物は図23の矢印で示すような方向にも拡散するので、横方向で、パターン側壁から離れるに従って混合比が低くなる。実際には、これらの混合比変化の重ね合わせが混合比の分布となるので、図23の矢印方向に向かって混合比が減少する分布を仮定した。   FIG. 22A shows a schematic diagram of how development proceeds in the initial stage of development. In the initial development stage, development proceeds in the film thickness direction in the development area. As a result, since the reaction product diffuses in the direction indicated by the arrow, the mixing ratio becomes a distribution in the film thickness direction, and the ratio decreases as the distance from the substrate increases. When the development in the film thickness direction is completed, the development proceeds in the horizontal direction as shown in FIG. Therefore, the reaction product diffuses in the direction as indicated by the arrow in FIG. 23, so that the mixing ratio decreases in the lateral direction as the distance from the pattern side wall increases. Actually, since the superposition of these changes in the mixing ratio becomes the distribution of the mixing ratio, a distribution in which the mixing ratio decreases in the direction of the arrow in FIG. 23 is assumed.

次に、具体的に基板の構造・光学定数を与えるまでのステップを示す。図24に図23のモデルをもとにして作成した膜厚方向の層構造を示す。図24において、pはパターンピッチ、w1はレジストパターン寸法である。層L0が現像液、層L01が現像液とレジストの反応生成物の混合相、層L11から層L13が現像液とレジストの反応生成物の混合相とレジストパターン、層L2が反射防止膜、層L3が下層膜、層L4がSiである。層L11、層L12、層L13の違いは、反応生成物の混合比の違いである。反応生成物は、レジストと現像液の界面で発生し、現像液層に拡散していくためパターンの下部(L13)で割合が高くなっている。 Next, specific steps until the structure / optical constant of the substrate are given will be described. FIG. 24 shows a layer structure in the film thickness direction created based on the model of FIG. In FIG. 24, p is a pattern pitch, and w 1 is a resist pattern dimension. Layer L 0 is the developer, layer L 01 is the mixed phase of the developer and resist reaction product, layers L 11 to L 13 are the mixed phase of the developer and resist reaction product and the resist pattern, and layer L 2 is The antireflection film, the layer L 3 is a lower layer film, and the layer L 4 is Si. The difference between the layer L 11 , the layer L 12 , and the layer L 13 is the difference in the mixing ratio of the reaction products. The reaction product is generated at the interface between the resist and the developer and diffuses into the developer layer, so that the ratio is high in the lower part (L13) of the pattern.

層L0〜L13の混合比の分布を図25に示す。層L0は全て現像液であるため、混合比は0である。層L01は現像液と反応生成物の混合相であり、混合比は一定値r01をとる。層L11から層L13は、現像液とレジストの反応生成物の混合相とレジストパターンが混在するので、混合比rは位置の関数となり、それぞれ図25に示すようになる。レジストパターン領域(0<x<w1/2、p−w1/2<x<p)で、混合比は1をとる。現像液とレジストの反応生成物の混合相領域(w1/2<x<p−w1/2)で、混合比は0と1の間の値をとる。層L11ではr11(x)、層L12ではr12(x)、層L13ではr13(x)と、位置に応じた関数の形をとる。それぞれの関数r11(x)〜r13(x)は、液相と基板の界面から離れるに従って、混合比が小さくなるような関係になる。 The distribution of the mixing ratio of the layers L 0 to L 1 3 is shown in FIG. Since all of the layers L0 are developers, the mixing ratio is zero. The layer L 01 is a mixed phase of the developer and the reaction product, and the mixing ratio takes a constant value r 01 . Since the mixed phase of the developer and the reaction product of the resist and the resist pattern are mixed in the layers L 11 to L 13 , the mixing ratio r becomes a function of the position, and is as shown in FIG. The mixture ratio is 1 in the resist pattern region (0 <x <w1 / 2, p-w1 / 2/2 <x <p). The mixing ratio takes a value between 0 and 1 in the mixed phase region (w1 / 2 <x <p−w1 / 2) of the developer and the reaction product of the resist. The layer L 11 takes r 11 (x), the layer L 12 r 12 (x), the layer L 13 r 13 (x), and takes the form of a function depending on the position. Each of the functions r 11 (x) to r 13 (x) has a relationship such that the mixing ratio decreases as the distance from the interface between the liquid phase and the substrate increases.

次に、図25の混合比をもとに、構造・光学定数を与えるのに必要なパラメータである層L0からL4の屈折率、消衰係数、膜厚、寸法を与える。(表10)に与えられた層L0からL4の屈折率、消衰係数、膜厚、寸法を示す。また、図26に各層の屈折率を示す。又、図27に各層の消衰係数を示す。層L01,L11〜L13の屈折率及び消衰係数は、共に位置xの関数となる。

Figure 0004834706
Next, based on the mixing ratio of FIG. 25, the refractive index, extinction coefficient, film thickness, and dimensions of the layers L0 to L4, which are parameters necessary for giving the structure and optical constants, are given. Table 10 shows the refractive index, extinction coefficient, film thickness, and dimensions of the layers L0 to L4 given. FIG. 26 shows the refractive index of each layer. FIG. 27 shows the extinction coefficient of each layer. The refractive index and extinction coefficient of the layers L 01 and L 11 to L 13 are both functions of the position x.
Figure 0004834706

層L0は現像液の層であり、屈折率n0、消衰係数k0とも現像液の値をとる。層L01は現像液と反応生成物の混合相であり、屈折率n01、消衰係数k01は、ともに現像液(n0、k0)とレジスト(n1、k1)の間の値をとる。膜厚はd01である。 The layer L 0 is a developer layer, and both the refractive index n 0 and the extinction coefficient k 0 take the values of the developer. The layer L 01 is a mixed phase of the developer and the reaction product, and the refractive index n 01 and the extinction coefficient k 01 are both between the developer (n 0 , k 0 ) and the resist (n 1 , k 1 ). Takes a value. The film thickness is d01.

層L11から層L13は、現像液とレジストの反応生成物の混合相とレジストパターンが混在するので、屈折率および消衰係数は位置の関数となり、それぞれ図26,図27に示すようになる。レジストパターン領域(0<x<w1/2、p−w1/2<x<p)では、屈折率、消衰係数ともにレジストの値(n1、k1)をとる。現像液とレジストの反応生成物の混合相領域(w1/2<x<p−w1/2)で、屈折率及び消衰係数は、ともに現像液と反応生成物の中間の値をとる。膜厚はそれぞれd11、d12、d13である。 Since the mixed phase of the developer and the reaction product of the resist and the resist pattern are mixed in the layers L 11 to L 13 , the refractive index and the extinction coefficient are functions of the position, as shown in FIGS. 26 and 27, respectively. Become. In the resist pattern region (0 <x <w 1/ 2, p-w 1/2 <x <p), the refractive index, taking the resist values both extinction coefficient (n 1, k 1). In mixed phase regions of the reaction product of a developing solution and the resist (w 1/2 <x < p-w 1/2), the refractive index and extinction coefficient are both take an intermediate value of the reaction product with a developer . The film thicknesses are d 11 , d 12 , and d 13 , respectively.

層L2は、反射防止膜であり、屈折率n2、消衰係数k2は、反射防止膜の値をとる。膜厚は、d2である。層L3は下層膜であり、屈折率n3、消衰係数k3は、下層膜の値をとる。膜厚はd3である。層L4はSi膜の層であり、屈折率n4、消衰係数k4は、Siの値をとる。 The layer L 2 is an antireflection film, and the refractive index n 2 and the extinction coefficient k 2 take the values of the antireflection film. The film thickness is d 2. The layer L 3 is a lower layer film, and the refractive index n 3 and the extinction coefficient k 3 take the values of the lower layer film. The film thickness is d 3. The layer L4 is a Si film layer, and the refractive index n 4 and the extinction coefficient k 4 take the value of Si.

プロセスで変動しうるパラメータが、層L01の膜厚d1,屈折率n01,消衰係数k01、層L11の膜厚d11,屈折率n11(x),消衰係数k11(x)、層L12の膜厚d12,屈折率n12(x),消衰係数k12(x)、層L13の膜厚d13,屈折率n13(x),消衰係数k13(x)、層L1の寸法w1,層L2の膜厚d2、層L3の膜厚d3であるとする。それぞれのパラメータが5水準とるとすると、構造・光学定数の組み合わせが59で1953125個与えられる(ステップS601,S602)。なお、パラメータの内、屈折率及び消衰係数は、反応生成物の拡散の仕方で変化する。それぞれの構造・光学定数について計算を行い(ステップS603)、1953125個の回折光強度の波長分散が作成される(ステップS604)。 Parameters may vary process, the film thickness d 1 of the layer L 01, refractive index n 01, the extinction coefficient k 01, the thickness d 11 of layer L 11, refractive index n 11 (x), the extinction coefficient k11 ( x), the thickness of the layer L12 d12, the refractive index n 12 (x), the extinction coefficient k 12 (x), the thickness d 13 of layer L 13, refractive index n 13 (x), the extinction coefficient k 13 ( x), the dimension w 1 of layer L 1, the thickness d 2 of the layer L 2, and a thickness d 3 of layer L 3. As each parameter is to take five levels, the combination of the structural and optical constants given 1,953,125 pieces 5 9 (step S601, S602). Of the parameters, the refractive index and the extinction coefficient vary depending on the diffusion method of the reaction product. Calculation is performed for each structure and optical constant (step S603), and chromatic dispersion of 1953125 diffracted light intensities is created (step S604).

パターン評価時の測定波形の比較において(ステップS608)、測定した反射光強度の波長分散とライブラリの反射光強度の波長分散と比較して寸法を算出した。   In the comparison of the measured waveforms at the time of pattern evaluation (step S608), the dimensions were calculated by comparing the measured wavelength dispersion of the reflected light intensity with the wavelength dispersion of the reflected light intensity of the library.

従来の現像のモデルを図28に示す。図28において、図28に示すように、膜厚方向における、現像液と反応生成物との混合比の分布を考慮していない。また、レジスト間における現像液と反応生成物との混合比の分布を考慮していなかった。屈折率、消衰係数、膜厚、寸法の値を(表11)に示す。また、従来のモデルの屈折率及び消衰係数を図29,図30に示す。

Figure 0004834706
A conventional development model is shown in FIG. In FIG. 28, as shown in FIG. 28, the distribution of the mixing ratio between the developer and the reaction product in the film thickness direction is not taken into consideration. Further, the distribution of the mixing ratio between the developer and the reaction product between the resists is not taken into consideration. The values of refractive index, extinction coefficient, film thickness, and dimensions are shown in (Table 11). The refractive index and extinction coefficient of the conventional model are shown in FIGS.
Figure 0004834706

プロセスで変動しうるパラメータを層L1の膜厚d1、寸法w1、層L2の膜厚d2、層L3の膜厚であるとする。それぞれのパラメータが、5水準とるとする。すると、構造・光学定数が、54で625個の構造・光学定数が与えられる。それぞれの構造・光学定数について計算を行い、625個の回折光強度の波長分散が作成される。そして、測定された反射光強度の波長分散と、計算された626個の波長分散とを比較して寸法を算出する。 Thickness d 1 of the layer L 1 the parameters may vary with process, dimensions w 1, the thickness d 2 of the layer L 2, and a thickness of the layer L 3. Assume that each parameter takes 5 levels. Then, the structure and optical constants are given 5 4 625 structure and optical constants. Calculation is performed for each structure and optical constant, and wavelength dispersion of 625 diffracted light intensities is created. Then, the measured chromatic dispersion of the reflected light intensity is compared with the calculated 626 chromatic dispersions to calculate the dimensions.

本方法と従来法とを比べた場合、レジストの反応生成物と現像液の混合相を仮定する本方法の方が高い精度が得られた。   When this method was compared with the conventional method, higher accuracy was obtained with this method assuming a mixed phase of the resist reaction product and the developer.

なお、本実施形態では、波長分散を測定したが、単一の波長で十分精度が得られる場合は単一の波長での測定を行っても良い。また、本実施形態では、現像工程の前にライブラリを作成したが、現像工程中に作成しても良い。また、本実施形態ではパターン寸法を評価したが、パターン形状、現像液と反応生成物の混合比を評価することも可能である。   In this embodiment, the chromatic dispersion is measured. However, when sufficient accuracy is obtained with a single wavelength, the measurement with a single wavelength may be performed. In this embodiment, the library is created before the development process, but may be created during the development process. Moreover, although the pattern dimension was evaluated in this embodiment, it is also possible to evaluate the pattern shape and the mixing ratio of the developer and the reaction product.

本実施形態は偏光板を用いてTM偏光を評価したが、十分に精度が得られれば、偏光板を入れずに検出してもよい。また、TE偏光、そのほかの偏光、強度変化(tanψ)、位相変化(cosΔ)を評価してもよい。また、1次以上の回折光を検出してもよい。また、入射する光の角度も垂直入射である必要はない。   In this embodiment, TM polarization was evaluated using a polarizing plate. However, if sufficient accuracy is obtained, detection may be performed without inserting a polarizing plate. Further, TE polarized light, other polarized light, intensity change (tan ψ), and phase change (cos Δ) may be evaluated. Further, first-order or higher-order diffracted light may be detected. Also, the angle of the incident light need not be perpendicular incidence.

また、本実施形態では、混合相のモデルを複雑に入れたため、1953125個という多くの波長分散のライブラリと比較したが、評価を行う時間帯が例えば、現像後半だけであるとすると、反応生成物の拡散がかなり進んでいるので、進んでいないモデルを含むライブラリとの比較を行わなければ処理の時間を短くすることができる。従って、時間帯によって比較するデータを決めておくのも有効である。   In the present embodiment, since the mixed phase model is complicated, it is compared with a library of many chromatic dispersions of 1953125. However, if the evaluation time zone is only the latter half of the development, for example, the reaction product Is considerably advanced, the processing time can be shortened unless a comparison is made with a library containing models that have not progressed. Therefore, it is also effective to determine the data to be compared according to the time zone.

(第4の実施形態)
本実施形態は、本発明を用いた場合のパターン形成方法の実施形態である。
(Fourth embodiment)
The present embodiment is an embodiment of a pattern forming method when the present invention is used.

現像中のパターン評価を模式的に示した図は第3の実施形態と同様に図11であり、処理の手順をフローチャートとして示した図は図31である。図1と図31を用いて、本発明の処理の手順を説明する。   A diagram schematically showing pattern evaluation during development is FIG. 11 as in the third embodiment, and FIG. 31 is a flowchart showing a processing procedure. The processing procedure of the present invention will be described with reference to FIGS.

図11に示すように、特定の下地基板(下層からSi、下層膜、反射防止膜)上にレジストを塗布・ベーク、パターン露光、ベークした基板に現像液を供給した状態で、基板上のモニター領域に光を入射し、回折光を検出する。入射する光は、複数の波長を有するブロードな光とし(例えばハロゲンランプの光)、検出する回折光強度は400から800nmの波長範囲で0次の光を、偏光板を入れずに測定する。ここで検出する回折光の強度の波長分散は、測定領域の構造、光学定数により一意に決まるものである。そこで、本発明では、現像中に、パターンからの回折光を測定し、その結果から寸法を算出し、現像を終了させる。   As shown in FIG. 11, a resist is applied to a specific base substrate (from the lower layer to Si, the lower layer film, and the antireflection film), baked, pattern exposed, and a developer is supplied to the baked substrate. Light is incident on the region and diffracted light is detected. Incident light is broad light having a plurality of wavelengths (for example, light from a halogen lamp), and the detected diffracted light intensity is measured in the wavelength range of 400 to 800 nm without using a polarizing plate. The chromatic dispersion of the intensity of the diffracted light detected here is uniquely determined by the structure of the measurement region and the optical constant. Therefore, in the present invention, the diffracted light from the pattern is measured during development, the dimension is calculated from the result, and the development is terminated.

図31を用いて、具体的な処理の手順を説明する。本実施形態は、回折光強度の予測を現像処理工程の前に予め行い、ライブラリを作成しておく場合である。この場合の評価は、現像処理前に行うライブラリ作成工程と現像処理工程からなる。ライブラリ作成工程では、まず、レジストが現像液に溶解するときの現像領域の開口部形状と、レジストの反応生成物と現像液で構成される液相内での反応生成物と現像液の混合比の分布を与え、現像のモデルを決める(ステップS701)。   A specific processing procedure will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the diffracted light intensity is predicted in advance before the development processing step, and a library is created. Evaluation in this case consists of a library creation step and a development processing step performed before the development processing. In the library creation process, first, the shape of the opening of the development area when the resist is dissolved in the developer, and the mixing ratio of the reaction product and developer in the liquid phase composed of the resist reaction product and developer. And a development model is determined (step S701).

次に、液相及び被処理基板からなる基板の構造と光学定数を与える(ステップS702)。   Next, the structure and optical constant of the substrate composed of the liquid phase and the substrate to be processed are given (step S702).

与えられた構造と光学定数をもとに、特定の角度で光を入射した場合の計算を行い、回折光強度の波長分散を算出する(ステップS703)。   Based on the given structure and optical constant, calculation is performed when light is incident at a specific angle, and the chromatic dispersion of the diffracted light intensity is calculated (step S703).

与えられた構造、光学定数の全ての条件について計算を行って、回折光強度の波長分散のライブラリを作成する(ステップS704)。ここで、計算の手法としては、Maxwellの方程式を用いて、規則的なパターンからの回折光の電界、磁界、強度を解く、Morham(J.Opt.Soc.Am.,Vol.12, No.5, May 1995 1077-1086)らのRCWA(Rigorous coupled-wave analysis)法を用いた。   Calculation is performed for all conditions of the given structure and optical constant, and a chromatic dispersion library of diffracted light intensity is created (step S704). Here, as a calculation method, Morham (J. Opt. Soc. Am., Vol. 12, No. 12) is used to solve the electric field, magnetic field, and intensity of diffracted light from a regular pattern using Maxwell's equations. 5, May 1995 1077-1086), etc., using the RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) method.

次に現像処理工程について説明する。基板が現像ユニットに搬送される(ステップS711)。次に、基板上に現像液が供給され、現像が開始される(ステップS712)。その後、モニター領域の反射光の測定(ステップS713)を行うが、そのためにはモニター領域に、光を入射し、回折光を検出器で検出できるように、基板の位置やモニターユニットの位置を調整する必要がある。この調整は、現像液を供給する際に、基板が移動しない場合には供給の前に行っても良いし、そうでない場合には供給の後に行う。次に、測定した回折光強度の波長分散とライブラリの回折光強度の波長分散を比較する。そして、ライブラリにある回折光強度の波長分散と最もよく一致する波長分散を求め(S714)、パターンの寸法を算出する(ステップS715)。計算された寸法と所望の寸法とを比較し、現像終了判定を行う。計算された寸法が所望の値である場合、現像を終了する(ステップS717)。計算された寸法が所望の値でない場合、再度反射光の測定(ステップS713)を行い、ライブラリとの波形を比較する(ステップS714)。この処理を算出したパターン寸法が所望値となるまで続ける。   Next, the development processing step will be described. The substrate is conveyed to the developing unit (step S711). Next, a developing solution is supplied onto the substrate and development is started (step S712). Thereafter, the reflected light of the monitor area is measured (step S713). For that purpose, the position of the substrate and the position of the monitor unit are adjusted so that the light enters the monitor area and the diffracted light can be detected by the detector. There is a need to. This adjustment may be performed before the supply if the substrate does not move when supplying the developer, or after the supply otherwise. Next, the measured wavelength dispersion of the diffracted light intensity is compared with the wavelength dispersion of the diffracted light intensity of the library. Then, the chromatic dispersion that best matches the chromatic dispersion of the diffracted light intensity in the library is obtained (S714), and the dimension of the pattern is calculated (step S715). The calculated dimension is compared with a desired dimension, and development completion determination is performed. If the calculated dimension is a desired value, the development is terminated (step S717). When the calculated dimension is not a desired value, the reflected light is measured again (step S713), and the waveform with the library is compared (step S714). This process is continued until the calculated pattern dimension reaches a desired value.

本実施形態の構造・光学定数の与え方(ステップS702)が、第3の実施形態と異なるので、違いを説明する。現像のモデルを取りこんだ図、膜構造の模式図は第3の実施形態と同じくそれぞれ、図23、図24である。また、層1の光学定数の分布も実施形態1と同じく、図26,図27である。本実施形態では、構造・光学定数を与えて(ここまでは第3の実施形態と同じ)、その後に、各層の中で光学定数の平均化を行い、各層での光学定数を一定の値として扱う。従って、
層L1iの屈折率n1i

Figure 0004834706
Since the method of giving the structure and optical constants of this embodiment (step S702) is different from that of the third embodiment, the difference will be described. A drawing incorporating a development model and a schematic diagram of a film structure are FIGS. 23 and 24, respectively, as in the third embodiment. The distribution of the optical constant of the layer 1 is also shown in FIGS. 26 and 27 as in the first embodiment. In this embodiment, the structure and optical constants are given (the same as the third embodiment so far), and then the optical constants are averaged in each layer, and the optical constants in each layer are set to constant values. deal with. Therefore,
The refractive index n 1i of the layer L 1i is
Figure 0004834706

層L1iの消衰係数k1iは、

Figure 0004834706
The extinction coefficient k 1i of the layer L 1i is
Figure 0004834706

となる。従って、最終的に得られる構造・光学定数は(表12)のようになる。

Figure 0004834706
It becomes. Therefore, the finally obtained structure and optical constants are as shown in (Table 12).
Figure 0004834706

プロセスで変動しうるパラメータを層L01の膜厚(d01)、反応生成物の拡散の仕方(n01、k01)、層L11の膜厚(d11)、反応生成物の拡散の仕方(n11、k11)、層L12の膜厚(d12)、反応生成物の拡散の仕方(n12、k12)、層L13の膜厚(d13)、反応生成物の拡散の仕方(n13、k13)、層1の寸法(w1)、層2の膜厚(d2)、層3の膜厚(d3)であるとして、それぞれが5水準とるとして構造・光学定数は5×5×5×5×5×5×5×5×5で1953125個与えられ(ステップS701,702)、それぞれについて計算を行い(ステップS703)、1953125個の回折光強度の波長分散が作成される(ステップS704)。 The parameters that can be varied in the process are the layer L 01 film thickness (d 01 ), the reaction product diffusion method (n 01 , k 01 ), the layer L 11 film thickness (d 11 ), and the reaction product diffusion parameter. Method (n 11 , k 11 ), layer L 12 film thickness (d 12 ), reaction product diffusion method (n 12 , k 12 ), layer L 13 film thickness (d 13 ), reaction product It is assumed that the diffusion method (n 13 , k 13 ), the dimension of layer 1 (w 1 ), the film thickness of layer 2 (d 2 ), and the film thickness of layer 3 (d 3 ) are assumed to have five levels. The optical constants are 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 × 5 and 1953125 are given (steps S701 and 702), and each is calculated (step S703). A chromatic dispersion is created (step S704).

パターン評価時の測定波形の比較において(ステップS714)、測定した反射光強度の波長分散とライブラリの反射光強度の波長分散と比較して寸法を算出し、現像を終了させた。ライブラリとして、レジストの反応生成物と現像液の混合相を仮定しない場合のライブラリを用いるよりも、レジストの反応生成物と現像液の混合相を仮定する場合の方が高い精度が得られた。   In the comparison of the measured waveforms at the time of pattern evaluation (step S714), the dimensions were calculated by comparing the measured wavelength dispersion of the reflected light intensity with the wavelength dispersion of the reflected light intensity of the library, and the development was terminated. A higher accuracy was obtained when the mixed phase of the resist reaction product and the developer was assumed than when the mixed phase of the resist reaction product and the developer was not used as the library.

なお、本実施形態では、波長分散を測定したが、単一の波長で十分精度が得られる場合は単一の波長での測定を行っても良い。また、本実施形態では、現像工程の前にライブラリを作成したが、現像工程中に作成しても良い。   In this embodiment, the chromatic dispersion is measured. However, when sufficient accuracy is obtained with a single wavelength, the measurement with a single wavelength may be performed. In this embodiment, the library is created before the development process, but may be created during the development process.

本実施形態は偏光板を用いずに評価したが、TM偏光、TE偏光、そのほかの偏光、強度変化(tanψ)、位相変化(cosΔ)でもよい。また、1次以上の回折光を検出してもよい。また、入射する光の角度も垂直入射である必要はない。   Although this embodiment was evaluated without using a polarizing plate, TM polarized light, TE polarized light, other polarized light, intensity change (tan ψ), and phase change (cos Δ) may be used. Further, first-order or higher-order diffracted light may be detected. Also, the angle of the incident light need not be perpendicular incidence.

また、本実施形態では、混合相のモデルを複雑に入れたため、1953125個という多くの波長分散のライブラリと比較したが、現像後半の評価では、反応生成物の拡散がかなり進んでいるので、進んでいないモデルを含むライブラリとの比較を行わなければ処理の時間を短くすることができる。逆に、現像前半では、反応生成物の拡散があまり進んでいないので、進んでいるモデルを含むライブラリとの比較を行わなければ処理の時間を短くすることができる。従って、時間帯によって比較するデータを決めておくのも有効である。   In this embodiment, since the model of the mixed phase is complicated, it is compared with a library of many wavelength dispersions of 1953125. However, in the evaluation in the latter half of the development, the diffusion of the reaction product is considerably advanced. The processing time can be shortened unless a comparison is made with a library containing models that are not. On the contrary, in the first half of the development, the diffusion of the reaction product has not progressed so much, so that the processing time can be shortened unless the comparison with the library including the advanced model is performed. Therefore, it is also effective to determine the data to be compared according to the time zone.

本実施形態によれば、現像におけるレジストの反応生成物と現像液からなる液相のモデルを明確化し、液相での混合比の分布が、液相とレジストが反応する界面から離れるに従って、レジストの比率が単調に0まで変化するとして、現像中のパターンの回折光強度を正確に予測できるようにした。その結果、パターンの評価精度が大きく向上した。   According to this embodiment, the liquid phase model composed of the reaction product of the resist and the developer in the development is clarified, and the distribution of the mixing ratio in the liquid phase increases as the distance from the interface where the liquid phase reacts with the resist increases. As a result, the diffracted light intensity of the pattern under development can be accurately predicted. As a result, the pattern evaluation accuracy was greatly improved.

(第5の実施形態)
図32に第5の実施形態に係わるレジストパターンプロセス条件決定システムを示す。このシステムは、比較演算フィードバック部401,スピンコーティング法の塗布ユニット402、塗布後加熱ユニット403、露光後加熱(PEB)ユニット404、形状計測器405aを具備する現像ユニット405とからなる塗布現像装置と、露光装置406,キャリアステーション407と各ユニットとの間を1wafer単位で搬送可能な搬送機408とから構成されている。また、塗布ユニット402には図示されない第一のレジスト溶液と第二のレジスト溶液(溶剤または感光剤溶液など、第一のレジスト溶液の一部抽出液など)をミキシングしつつ被処理基板上に薬液を滴下するノズルに輸送する薬液調整部が装着される場合もある。
(Fifth embodiment)
FIG. 32 shows a resist pattern process condition determination system according to the fifth embodiment. This system includes a coating and developing apparatus including a comparison calculation feedback unit 401, a spin coating coating unit 402, a post-coating heating unit 403, a post-exposure heating (PEB) unit 404, and a developing unit 405 including a shape measuring device 405a. The exposure apparatus 406, the carrier station 407, and a transport unit 408 capable of transporting each unit in units of 1 wafer. The coating unit 402 mixes a first resist solution and a second resist solution (partially extracted solution of the first resist solution, such as a solvent or a photosensitive agent solution) that are not shown in the figure, and then a chemical solution is applied onto the substrate to be processed. In some cases, a chemical adjustment unit that transports the liquid to the nozzle for dropping the liquid is attached.

このシステムを用いて、新開発のレジストについて最適なプロセス条件を決定する作業を行った。まず、このシステムのキャリアステーション407に被処理基板24枚を搭載した。搭載した基板は数枚単位で処理される。以下にプロセス条件の自動決定の手順を図33を参照して説明する。図33は、本発明の第5の実施形態に係わるプロセス条件の決定方法の手順を示すフローチャートである。   This system was used to determine the optimum process conditions for newly developed resists. First, 24 substrates to be processed were mounted on the carrier station 407 of this system. The mounted substrate is processed in units of several. The procedure for automatically determining process conditions will be described below with reference to FIG. FIG. 33 is a flowchart showing a procedure of a process condition determining method according to the fifth embodiment of the present invention.

まず塗布現像装置及び露光装置405に記録されている初期条件を読み出す(ステップS801)。塗布ユニット404では、3枚の基板に対して、(表13)に示す初期条件の回転数で設定して塗布膜を形成する(ステップS802)。

Figure 0004834706
First, the initial conditions recorded in the coating and developing apparatus and exposure apparatus 405 are read (step S801). In the coating unit 404, a coating film is formed on the three substrates by setting at the rotation speeds of the initial conditions shown in (Table 13) (step S802).
Figure 0004834706

塗布後直ちに、形状計測器405aで、感光性樹脂膜の膜厚を計測する(ステップS803)。比較演算フィードバック部401は、計測された膜厚と設定範囲を比較する(ステップS804)。   Immediately after application, the shape measuring instrument 405a measures the thickness of the photosensitive resin film (step S803). The comparison calculation feedback unit 401 compares the measured film thickness with the set range (step S804).

膜厚が設定範囲内であれば、初期条件の回転数をプロセス条件として設定する(ステップS805)。膜厚が設定範囲内で無ければ、比較演算フィードバック部401は、回転数と膜厚との関係から、所望の膜厚を得るのに最適な回転数を決定する(ステップS806)。本実施形態の場合、(表13)に示した条件では、膜厚が設定範囲内のレジスト膜が得られなかった。回転数を2400回転に補正した結果、膜厚が正常範囲内のレジスト膜が得られた。そこで、2400回転をプロセス条件に設定した。   If the film thickness is within the set range, the rotational speed of the initial condition is set as the process condition (step S805). If the film thickness is not within the set range, the comparison calculation feedback unit 401 determines the optimum rotation speed for obtaining a desired film thickness from the relationship between the rotation speed and the film thickness (step S806). In the case of the present embodiment, a resist film having a film thickness within the set range was not obtained under the conditions shown in (Table 13). As a result of correcting the number of rotations to 2400, a resist film having a film thickness within the normal range was obtained. Therefore, 2400 rpm was set as the process condition.

続いて、露光量、フォーカス位置については基板面内でそれぞれ変化させると共に、基板毎の露光後のベーク(PEB)の温度及び時間、現像時間の3パラメータについて各2水準の条件を設定する計画を立てた、実験計画に基づき計8枚について塗布,露光,露光後加熱(PEB),現像,形状計測の処理を順次行う(ステップS807)。各パラメータの設定値を(表14)に示す。

Figure 0004834706
Subsequently, the exposure amount and the focus position are respectively changed within the substrate surface, and a plan is set for setting two levels of conditions for three parameters of post-exposure baking (PEB) temperature and time and development time for each substrate. Based on the established experimental design, the process of coating, exposure, post-exposure heating (PEB), development, and shape measurement is sequentially performed on a total of eight sheets (step S807). Table 14 shows the setting values of each parameter.
Figure 0004834706

そして、形状計測器405aで感光性樹脂パターンの開口部(感光性樹脂が除去された領域)の寸法及び形状の計測を行う(ステップS808)。寸法、形状の計測は規則的なパターンに光を照射し、パターンからの回折光の情報からMaxwellの方程式を用いて、電界、磁界、強度を解く、Morham(J.Opt.Soc.Am.,Vol.12, No.5, May 1995 1077-1086)らのRCWA(Rigorous coupled-wave analysis)法を用いて行われる。   Then, the shape measuring instrument 405a measures the size and shape of the photosensitive resin pattern opening (region from which the photosensitive resin has been removed) (step S808). Measurement of dimensions and shape is performed by irradiating a regular pattern with light, and using Maxwell's equations from the diffracted light information from the pattern to solve the electric field, magnetic field, and intensity. Morham (J.Opt.Soc.Am., Vol.12, No.5, May 1995 1077-1086) and the like, using the RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) method.

測定値が許容範囲内であるか判定する(ステップS809)。パターンの寸法の場合、100nm±5%が許容範囲である。パターン形状の場合、側壁角度が88から90°の範囲が許容範囲である。   It is determined whether the measured value is within an allowable range (step S809). In the case of pattern dimensions, 100 nm ± 5% is an allowable range. In the case of a pattern shape, the allowable range is a side wall angle of 88 to 90 °.

測定値が許容範囲であれば、更に許容範囲の加工形状が得られる露光量−フォーカスの範囲(ED−マージン)を求め、この範囲ができるだけ広くなるように補正を行うようにした。 If the measured value is within an allowable range, an exposure amount-focus range (ED-margin) that can obtain a processed shape within the allowable range is obtained, and correction is performed so that this range is as wide as possible.

8枚のED-マージンデータとそのときの塗布・PEB・現像の水準を比較によりベーク時間が長い方がED−マージンを広げる効果が見られたため、比較演算フィードバック部401は露光後加熱ユニット404に対して、先の条件2水準のうち、長いほうの時間を割り当てた。また、比較演算フィードバック部401は加熱温度と現像時間との間に交互作用が存在するとの判定を示し、ベーク温度については適正と思われる温度を基準に±2℃(3水準)(第一回目の実験の水準に用いた温度変更の幅より小さく)で設定し、現像時間についても適正と思われる時間を基準に±10%(3水準)(第一回目の実験の水準に用いた時間幅より小さく)で設定し、計9枚について塗布,露光,PEB,現像,形状計測の処理を行うよう塗布ユニット402、露光後加熱(PEB)ユニット404,現像ユニット405、と露光装置に指示した。

Figure 0004834706
By comparing the eight ED-margin data and the coating / PEB / development level at that time, the effect of widening the ED-margin was seen when the baking time was longer. On the other hand, the longer time of the previous condition 2 levels was assigned. In addition, the comparison calculation feedback unit 401 indicates that there is an interaction between the heating temperature and the development time, and the baking temperature is ± 2 ° C. (3 levels) based on the temperature considered to be appropriate (first time) The development time is set to ± 10% (3 levels) based on the time considered to be appropriate (the time width used for the first experiment level). The coating unit 402, post-exposure heating (PEB) unit 404, developing unit 405, and the exposure apparatus were instructed to perform coating, exposure, PEB, development, and shape measurement processing for a total of nine sheets.
Figure 0004834706

比較演算フィードバック部401は、最大のED-マージンが得られる条件を決定し、それに対応したベーク温度については基準に対して+0.4℃、現像時間に対しては−5%に最適条件があると判断し、この条件を加熱装置、現像装置のそれぞれに設定した。またフォーカスオフセットと適正露光量を露光装置に設定した。   The comparison calculation feedback unit 401 determines a condition for obtaining the maximum ED-margin, and the bake temperature corresponding to the condition is + 0.4 ° C. with respect to the reference and the optimum condition is −5% for the development time. This condition was set for each of the heating device and the developing device. A focus offset and an appropriate exposure amount were set in the exposure apparatus.

以上、感光性樹脂パターン形成システムは延べ20枚の基板を処理する工程のなかで、感光性樹脂パターンの寸法、形状を感光性樹脂パターン形成システム内で自動測定し、関連する手段にフィードバックを行うことで塗布条件、加熱条件、露光条件、現像条件を定めることができた。   As described above, the photosensitive resin pattern forming system automatically measures the size and shape of the photosensitive resin pattern in the photosensitive resin pattern forming system in the process of processing a total of 20 substrates, and provides feedback to related means. Thus, the coating conditions, heating conditions, exposure conditions, and development conditions could be determined.

また、これにより定めた条件で感光性樹脂パターンを作成し、この感光性樹脂パターンをマスクに被処理基板をエッチングして作成した半導体デバイスは、寸法精度を飛躍的に向上できたため、デバイスの信頼性を飛躍的に向上できた。   In addition, semiconductor devices created by creating a photosensitive resin pattern under the conditions defined and etching the substrate to be processed using this photosensitive resin pattern as a mask have dramatically improved dimensional accuracy, so device reliability I was able to dramatically improve the sex.

これらの操作には、膜厚の決定、フィードバックに2分、3パラメータ2水準の評価に23分、詳細な条件決定(2パラメータ3水準)に25分の時間を要し、新規の感光性樹脂材料を用いたパターニングの最適化を僅か50分で行うことができた。従来の破壊検査で場合には8日を要しており、条件決定時間を大幅に短縮できた。   These operations require 2 minutes for film thickness determination, feedback, 23 minutes for evaluation of 3 parameters and 2 levels, and 25 minutes for detailed condition determination (2 parameters and 3 levels). It was possible to optimize the patterning using the material in only 50 minutes. In the case of the conventional destructive inspection, 8 days are required, and the condition determination time can be greatly shortened.

本実施形態の選定パラメータ、水準、補正の対象、条件決定に要する基板枚数は上記実施形態に限るものではない。対象となる感光性樹脂材料、感光性樹脂パターンに対する要求項目と要求値及びその範囲などにより様々な形態を取り得る。   The selection parameter, level, correction target, and number of substrates required for condition determination in this embodiment are not limited to those in the above embodiment. Various forms can be taken depending on the required photosensitive resin material, the required items and required values for the photosensitive resin pattern, and their ranges.

なお、水準の微調整の方法については次ぎの通り行うのが好ましい。   In addition, it is preferable to carry out as follows about the method of fine adjustment of a level.

1)ポジレジストのレジストパターン寸法に対する補正
a)所望寸法より太い場合
該露光手段の露光量を増加させる補正、または、露光後の加熱に用いる加熱手段に対して加熱温度を上昇させる補正、または、現像手段の現像時間を長くする補正、または、現像手段の現像液濃度を増加させる補正、現像手段の現像液温度を上昇させる補正、のいずれかにより行う。
1) Correction for resist pattern size of positive resist a) Thicker than desired size Correction for increasing the exposure amount of the exposure unit, or correction for increasing the heating temperature with respect to the heating unit used for heating after exposure, or The correction is performed by either a correction for increasing the developing time of the developing unit, a correction for increasing the developer concentration of the developing unit, or a correction for increasing the developer temperature of the developing unit.

b)所望寸法より細い場合
露光手段の露光量を減少させる補正、または、露光後の加熱に用いる加熱手段に対して加熱温度を低下させる補正、または、現像手段の現像時間を短くする補正、または、現像手段の現像液濃度を低下させる補正、現像手段の現像液温度を低下させる補正、のいずれかにより行う。
b) When smaller than the desired dimension Correction for reducing the exposure amount of the exposure means, correction for lowering the heating temperature relative to the heating means used for heating after exposure, or correction for shortening the development time of the development means, or The correction is performed by either correction for lowering the developer concentration of the developing means or correction for lowering the developer temperature of the developing means.

2)ポジ型レジストの開口寸法に対する補正
a)所望寸法より太い場合
露光手段の露光量を減少させる補正、または、露光後の加熱に用いる加熱手段に対して加熱温度を低下させる補正、または、現像手段の現像時間を短くする補正、または、現像手段の現像液濃度を低下させる補正、現像手段の現像液温度を低下させる補正、のいずれ c)所望寸法より細い場合
該露光手段の露光量を増加させる補正、または、露光後の加熱に用いる加熱手段に対して加熱温度を上昇させる補正、または、現像手段の現像時間を長くする補正、または、現像手段の現像液濃度を増加させる補正、現像手段の現像液温度を上昇させる補正、のいずれかにより行う。
2) Correction for opening size of positive resist a) Thicker than desired size Correction for reducing exposure amount of exposure means, correction for lowering heating temperature with respect to heating means used for heating after exposure, or development Either a correction that shortens the developing time of the means, a correction that reduces the developer concentration of the developing means, or a correction that decreases the developer temperature of the developing means. C) If the dimension is smaller than the desired dimension Increase the exposure amount of the exposure means Correction to increase the heating temperature for the heating means used for heating after exposure, or correction to increase the developing time of the developing means, or correction to increase the developer concentration of the developing means, developing means The correction is performed by either of the correction for increasing the developer temperature.

3)ネガ型レジストのレジスト寸法に対する補正
a)所望寸法より太い場合
露光手段の露光量を減少させる補正、または、露光後の加熱に用いる加熱手段に対して加熱温度を低下させる補正、または、現像手段の現像時間を短くする補正、または、現像手段の現像液濃度を低下させる補正、現像手段の現像液温度を低下させる補正、のいずれかにより行う。
3) Correction to resist size of negative resist a) Thicker than desired size Correction to reduce exposure amount of exposure means, or correction to lower heating temperature with respect to heating means used for heating after exposure, or development Either correction for shortening the developing time of the means, correction for reducing the developer concentration of the developing means, or correction for reducing the developer temperature of the developing means is performed.

b)所望寸法より細い場合
該露光手段の露光量を増加させる補正、または、露光後の加熱に用いる加熱手段に対して加熱温度を上昇させる補正、または、現像手段の現像時間を長くする補正、または、現像手段の現像液濃度を増加させる補正、現像手段の現像液温度を上昇させる補正、のいずれかにより行う。
b) When it is thinner than the desired dimension Correction for increasing the exposure amount of the exposure means, correction for increasing the heating temperature relative to the heating means used for heating after exposure, or correction for increasing the development time of the developing means, Alternatively, either correction for increasing the developer concentration of the developing unit or correction for increasing the developer temperature of the developing unit is performed.

4)ネガ型レジストの開口寸法に対する補正
a)所望寸法より太い場合
該露光手段の露光量を増加させる補正、または、露光後の加熱に用いる加熱手段に対して加熱温度を上昇させる補正、または、現像手段の現像時間を長くする補正、または、現像手段の現像液濃度を増加させる補正、現像手段の現像液温度を上昇させる補正、のいずれかにより行う。
4) Correction for the opening size of the negative resist a) When the thickness is larger than the desired size Correction for increasing the exposure amount of the exposure unit, or correction for increasing the heating temperature with respect to the heating unit used for heating after exposure, or The correction is performed by either a correction for increasing the developing time of the developing unit, a correction for increasing the developer concentration of the developing unit, or a correction for increasing the developer temperature of the developing unit.

b)所望寸法より細い場合
露光手段の露光量を減少させる補正、または、露光後の加熱に用いる加熱手段に対して加熱温度を低下させる補正、または、現像手段の現像時間を短くする補正、または、現像手段の現像液濃度を低下させる補正、現像手段の現像液温度を低下させる補正、のいずれかにより行う。
b) Correction for reducing the exposure amount of the exposure means when it is thinner than the desired dimension, correction for lowering the heating temperature relative to the heating means used for heating after exposure, or correction for shortening the development time of the development means, or The correction is performed by either correction for lowering the developer concentration of the developing means or correction for lowering the developer temperature of the developing means.

また、本実施形態では形状計測にRCWA法を用いたが、これに限らず、パターン寸法、形状を予測できる手法であれば、如何なる手法も形状計測手段に適用できる。   In the present embodiment, the RCWA method is used for shape measurement. However, the present invention is not limited to this, and any method can be applied to the shape measurement means as long as it can predict pattern dimensions and shapes.

本実施形態はリソグラフィー工程におけるレジストパターン形成のための条件決定に関するものであるがこれに限るものではなくエッチング工程の条件決定にも適用できる。また、レジスト調整手段が具備されたプロセス条件決定装置を用いた場合にはレジスト溶液の最適化も同時に行うことが可能である。レジスト調整手段では樹脂の種類、感光剤の種類、溶解抑止材の種類、溶剤の種類などが異なる薬液を用意し、ミキサーによりブレンド比を変化させたものを被処理基板上に塗布したものを用い、本実施例のように塗布・ベーク・現像の各条件を最適化しつつ材料の最適化も行うことが可能である。材料メーカーが本発明を実施することにより、材料に最適なプロセス条件を添付して販売することが容易となる。   The present embodiment relates to determination of conditions for forming a resist pattern in a lithography process, but is not limited to this, and can also be applied to determination of conditions in an etching process. In addition, when a process condition determining apparatus provided with a resist adjusting means is used, it is possible to simultaneously optimize the resist solution. For the resist adjustment means, use chemicals with different types of resins, types of photosensitizers, types of dissolution inhibitors, types of solvents, etc., and those with a blend ratio changed by a mixer and applied on the substrate to be processed. As in this embodiment, it is possible to optimize the material while optimizing the coating, baking and developing conditions. When the material manufacturer implements the present invention, it becomes easy to attach and sell the optimum process conditions for the material.

本発明では実験計画として設定水準を総当りさせてサンプルを作成する手法を用いたがこれに限るものではない。L18などの直交表を用いたタグチメソッドを適用すると少ないサンプルで最適な条件を見出せる可能性が高い。 In the present invention, a method of creating a sample by brute the set level is used as an experimental design, but the present invention is not limited to this. L 18 is likely to be found optimal conditions with fewer samples Applying Taguchi method using orthogonal table such.

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.

第1の実施形態に係わる被評価物の構造決定方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the structure determination method of the to-be-evaluated object concerning 1st Embodiment. レジスト膜の現像の進み方を示す断面図。Sectional drawing which shows how to advance development of a resist film. 現像の進み方のモデルに基づいて作成された膜厚方向の層構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the layer structure of the film thickness direction produced based on the model of how to advance development. 反射率計測手段の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of a reflectance measurement means. 計算した反射率と計測値との比較を示す図。The figure which shows the comparison with the calculated reflectance and a measured value. 現像中のKrFレジストの寸法変動を断面形状として求めた結果を示す図。The figure which shows the result of having calculated | required the dimensional variation of the KrF resist in image development as a cross-sectional shape. 現像時間に対するボトム寸法を示す図。The figure which shows the bottom dimension with respect to development time. 従来法で求められた現像時間に対するボトム寸法を示す図。The figure which shows the bottom dimension with respect to the development time calculated | required by the conventional method. 第2の実施形態に係わるエッチング時間に対するエッチング深さを示す図。The figure which shows the etching depth with respect to the etching time concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示すフローチャート。9 is a flowchart showing manufacturing steps of a semiconductor device according to the third embodiment. 第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning 3rd Embodiment. 基板A及び光強度測定の光学系の模式的に示す図。The figure which shows typically the board | substrate A and the optical system of light intensity measurement. 基板B及び光強度測定の光学系の模式的に示す図The figure which shows typically the optical system of the board | substrate B and light intensity measurement 第3の実施形態に係わる構造検査の手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure of structural inspection according to the third embodiment. 第3の実施形態に係わる構造検査の手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure of structural inspection according to the third embodiment. 第3の実施形態に係わる構造検査の手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure of structural inspection according to the third embodiment. 第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示すフローチャート。9 is a flowchart showing manufacturing steps of a semiconductor device according to the third embodiment. 従来の構造検査の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the conventional structure inspection. 従来の半導体装置の製造工程を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a manufacturing process of a conventional semiconductor device. 現像中のパターン評価を模式的に示した図。The figure which showed typically the pattern evaluation during image development. 第3の実施形態に係わるパターン評価方法の手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure of a pattern evaluation method according to the third embodiment. 現像の進み方を模式的に示す図。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating how development proceeds. 現像中の反応生成物の拡散方向を説明するための図。The figure for demonstrating the diffusion direction of the reaction product during image development. 図23に示したモデルをもとにして作成された膜厚方向の層構造を示す断面図。24 is a cross-sectional view showing a layer structure in a film thickness direction created based on the model shown in FIG. 現像液と反応生成物との混合比の分布を示す図。The figure which shows distribution of the mixing ratio of a developing solution and a reaction product. 本実施形態のモデルによる屈折率の分布を示す図。The figure which shows distribution of the refractive index by the model of this embodiment. 本実施形態のモデルによる消衰係数の分布を示す図。The figure which shows distribution of the extinction coefficient by the model of this embodiment. 従来の現像のモデルを示す図。The figure which shows the model of the conventional image development. 従来のモデルによる屈折率の分布を示す図。The figure which shows distribution of the refractive index by the conventional model. 従来のモデルによる消衰係数の分布を示す図。The figure which shows distribution of the extinction coefficient by the conventional model. 第4の実施形態に係わるパターン評価方法の手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure of a pattern evaluation method according to the fourth embodiment. 第5の実施形態に係わる感光性樹脂パターン形成システムを示す図。The figure which shows the photosensitive resin pattern formation system concerning 5th Embodiment. 第5の実施形態に係わるプロセス条件の決定方法の手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure of a process condition determination method according to the fifth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

101…シリコン基板,102…反射防止膜,103…露光されていないレジスト膜,105…現像液,201…レジスト膜,202…デバイスパターン領域,203…モニタパターン領域,211…光源,212…観察光学系,213…分光器,214…コンピュータ,215…データベース   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Silicon substrate, 102 ... Antireflection film, 103 ... Unexposed resist film, 105 ... Developer, 201 ... Resist film, 202 ... Device pattern area, 203 ... Monitor pattern area, 211 ... Light source, 212 ... Observation optics System, 213 ... spectrometer, 214 ... computer, 215 ... database

Claims (7)

所定の光学定数、膜厚、比率、ピッチで特徴付けられる構造を有する層が積層された基板の光学的な検査方法であって、
所定の光学定数、膜厚、比率、ピッチで特徴付けられる構造を有する複数の層が積層され、構造が決定された層が1つ以上あり、且つ構造が決定されていない層が1つ以上ある基板を用意する工程と、
前記各層について、前記各層の構造のターゲット値を中心値として、前記各層を形成する処理で予想される前記各構造の変動値の2倍の範囲内の構造を作成することにより、予測される複数の構造を含む基板構造を複数作成する工程と、
作成されたそれぞれの層の構造を組み合わせた複数の基板構造からなる基板構造ライブラリAを作成する工程と、
前記基板構造ライブラリAに含まれる各基板構造に対して、特定の角度で光を入射した場合に、回折もしくは反射して得られる光強度を計算し、前記各基板構造について前記計算された光強度の波長分散が収められた光強度ライブラリBを作成する工程と、
構造が決定されている層の構造を含む複数の構造を新たに作成する工程と、
前記光強度ライブラリBの基板構造の中から、新たに作成された構造を含む基板構造を抽出し、前記抽出された基板構造と抽出された基板構造に対応する光強度の波長分散が収められた光強度ライブラリCを作成する工程と、
前記用意された基板に特定の角度で光を入射し、回折もしくは反射して得られる光強度の波長分散を検出する工程と、
前記検出した光強度の波長分散と前記光強度ライブラリCに収められた光強度の波長分散とを比較して、前記基板の構造を求める工程と、
を含むことを特徴とする構造検査方法。
An optical inspection method for a substrate on which layers having a structure characterized by a predetermined optical constant, film thickness, ratio, and pitch are laminated,
A plurality of layers having a structure characterized by a predetermined optical constant, film thickness, ratio, and pitch are laminated, and there are one or more layers whose structure is determined and one or more layers whose structure is not determined. Preparing a substrate;
For each of the layers, a plurality of predicted values can be predicted by creating a structure within a range twice as large as the variation value of each structure expected in the process of forming each layer, with the target value of the structure of each layer as a central value. A step of creating a plurality of substrate structures including the structure of
A step of creating a substrate structure library A composed of a plurality of substrate structures combining the structures of the created layers;
When light is incident on the substrate structures included in the substrate structure library A at a specific angle, light intensity obtained by diffraction or reflection is calculated, and the calculated light intensity for each substrate structure is calculated. Creating a light intensity library B containing the chromatic dispersion of
Creating a plurality of new structures including the structure of the layer whose structure has been determined;
A substrate structure including a newly created structure is extracted from the substrate structures of the light intensity library B, and the extracted substrate structure and the wavelength dispersion of the light intensity corresponding to the extracted substrate structure are stored. Creating a light intensity library C;
Incident light at a specific angle on the prepared substrate and detecting chromatic dispersion of light intensity obtained by diffraction or reflection; and
By comparing the wavelength dispersion of the light intensity that is contained in the light intensity library C with the wavelength dispersion of the detected light intensity, the step of determining the structure of the substrate,
A structure inspection method comprising:
所定の光学定数、膜厚、比率、ピッチで特徴付けられる構造を有する層が積層された基板の光学的な検査方法であって、
所定の光学定数、膜厚、比率、ピッチで特徴付けられる構造を有する複数の層が積層され、構造が決定された層が1つ以上あり、且つ構造が決定されていない層が1つ以上ある基板を用意する工程と、
前記各層について、前記各層の構造のターゲット値を中心値として、前記各層を形成する処理で予想される前記各構造の変動値の2倍の範囲内の構造を作成することにより、予測される複数の構造を作成する工程と、
作成された各層の構造の組み合わせから、前記基板の基板構造ライブラリAを作成する工程と、
構造が決定されている層の構造に基づいて、前記構造が決定されている層の構造群を新たに作成する工程と、
前記基板構造ライブラリAの基板構造から、前記新たに作成された構造群を含む基板構造が抽出された、基板構造ライブラリBを作成する工程と、
前記基板構造ライブラリBに含まれる基板構造に対して、特定の角度で光を入射した場合に、回折もしくは反射して得られる光強度の波長分散を計算により予測する工程と、
前記用意された基板に特定の角度で光を入射し、回折もしくは反射して得られる光強度の波長分散を検出する工程と、
前記検出された光強度の波長分散と前記予測された光強度の波長分散とを比較し、前記各層の構造を決定する工程と、
を含むことを特徴とする構造検査方法。
An optical inspection method for a substrate on which layers having a structure characterized by a predetermined optical constant, film thickness, ratio, and pitch are laminated,
A plurality of layers having a structure characterized by a predetermined optical constant, film thickness, ratio, and pitch are laminated, and there are one or more layers whose structure is determined and one or more layers whose structure is not determined. Preparing a substrate;
For each of the layers, a plurality of predicted values can be predicted by creating a structure within a range twice as large as the variation value of each structure expected in the process of forming each layer, with the target value of the structure of each layer as a central value. Creating the structure of
A step of creating a substrate structure library A of the substrate from a combination of the structures of the respective layers created;
Based on the structure of the layer whose structure has been determined, newly creating a structure group of the layer whose structure has been determined;
Creating a substrate structure library B in which a substrate structure including the newly created structure group is extracted from the substrate structure of the substrate structure library A;
Predicting, by calculation , wavelength dispersion of light intensity obtained by diffracting or reflecting when light is incident on the substrate structure included in the substrate structure library B at a specific angle;
Incident light at a specific angle on the prepared substrate and detecting chromatic dispersion of light intensity obtained by diffraction or reflection; and
Comparing the chromatic dispersion of the detected light intensity with the chromatic dispersion of the predicted light intensity and determining the structure of each layer;
A structure inspection method comprising:
所定の光学定数、膜厚、比率、ピッチで特徴付けられる構造を有する複数の層が積層され、構造が決定された層が1つ以上あり、且つ構造が決定されていない層が1つ以上ある基板を用意する工程と、
前記構造が決定されていない各層について、前記構造が決定されていない各層の構造のターゲット値を中心値として、前記構造が決定されていない層を形成する処理に予想される前記構造の変動値の2倍の範囲内の構造を作成することにより、予測される複数の構造を含む基板構造を複数作成する工程と、
構造が決定されている層の構造を含む複数の構造を作成する工程と、
作成されたそれぞれの層の構造を組み合わせた複数の基板構造からなる基板構造ライブラリBを作成する工程と、
前記基板構造ライブラリBに含まれる基板構造に対して、特定の角度で光を入射し、回折もしくは反射して得られる光強度の波長分散を計算により予測する工程と、
前記用意された基板に特定の角度で光を入射し、回折もしくは反射して得られる光強度の波長分散を検出する工程と、
前記検出された光強度の波長分散と前記予測された光強度の波長分散とを比較し、前記各層の構造を求める工程と、
を含むことを特徴とする構造検査方法。
A plurality of layers having a structure characterized by a predetermined optical constant, film thickness, ratio, and pitch are laminated, and there are one or more layers whose structure is determined and one or more layers whose structure is not determined. Preparing a substrate;
For each layer for which the structure has not been determined, the target value of the structure of each layer for which the structure has not been determined is used as a central value, and the variation value of the structure expected for the process of forming the layer for which the structure has not been determined. Creating a plurality of substrate structures including a plurality of predicted structures by creating a structure within twice the range ;
Creating a plurality of structures including the structure of the layer whose structure is determined;
A step of creating a substrate structure library B composed of a plurality of substrate structures obtained by combining the structures of the created layers;
Predicting the chromatic dispersion of the light intensity obtained by making light incident on the substrate structure included in the substrate structure library B at a specific angle and diffracting or reflecting by calculation;
A step of detecting the wavelength dispersion of the light intensity obtained by making light incident on the prepared substrate at a specific angle and diffracting or reflecting;
Comparing the chromatic dispersion of the detected light intensity with the chromatic dispersion of the predicted light intensity to determine the structure of each layer;
A structure inspection method comprising:
構造が決定されている層の構造の作成は、
前記決定されている構造を中心値として、検査誤差の2倍の範囲内の構造を作成することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の構造検査方法。
Creating the structure of a layer whose structure has been determined
The structure inspection method according to claim 1, wherein a structure within a range twice the inspection error is created with the determined structure as a center value.
前記特定の角度は複数であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の構造検査方法。   The structure inspection method according to claim 1, wherein the specific angle is plural. 前記入射光は、複数の波長を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の構造検査方法。   The structural inspection method according to claim 1, wherein the incident light includes a plurality of wavelengths. 前記光強度の計算には、RCWA(Rigorous coupled-wave analysis)法を用いることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の構造検査方法。 The structural inspection method according to claim 1, wherein an RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) method is used for the calculation of the light intensity.
JP2008242680A 2008-09-22 2008-09-22 Structural inspection method Expired - Fee Related JP4834706B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008242680A JP4834706B2 (en) 2008-09-22 2008-09-22 Structural inspection method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008242680A JP4834706B2 (en) 2008-09-22 2008-09-22 Structural inspection method

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004021647A Division JP4282500B2 (en) 2004-01-29 2004-01-29 Structure inspection method and semiconductor device manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009058516A JP2009058516A (en) 2009-03-19
JP4834706B2 true JP4834706B2 (en) 2011-12-14

Family

ID=40554356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008242680A Expired - Fee Related JP4834706B2 (en) 2008-09-22 2008-09-22 Structural inspection method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4834706B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011045132A1 (en) * 2009-10-12 2011-04-21 Asml Netherlands B.V. Method, inspection apparatus and substrate for determining an approximate structure of an object on the substrate
US9612108B2 (en) 2014-11-14 2017-04-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Measurement apparatus and measurement method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3854539B2 (en) * 2002-05-29 2006-12-06 株式会社日立ハイテクノロジーズ Method and apparatus for measuring size and three-dimensional shape of fine pattern of semiconductor wafer
US6433878B1 (en) * 2001-01-29 2002-08-13 Timbre Technology, Inc. Method and apparatus for the determination of mask rules using scatterometry
US6775015B2 (en) * 2002-06-18 2004-08-10 Timbre Technologies, Inc. Optical metrology of single features
JP2005009941A (en) * 2003-06-17 2005-01-13 Canon Inc Library preparing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009058516A (en) 2009-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4282500B2 (en) Structure inspection method and semiconductor device manufacturing method
US11320745B2 (en) Measuring a process parameter for a manufacturing process involving lithography
US20220113638A1 (en) Method and apparatus for design of a metrology target
TWI516742B (en) Method and apparatus for measuring a structure on a substrate, models for error correction, computer program products for implementing such methods &amp; apparatus
KR101457030B1 (en) Method and apparatus for determining an overlay error
US8908147B2 (en) Method and apparatus for determining an overlay error
TWI470374B (en) A method of determining focus corrections, lithographic processing cell and device manufacturing method
KR101850407B1 (en) Method and inspection apparatus and computer program product for assessing a quality of reconstruction of a value of a parameter of interest of a structure
US10296692B2 (en) Method and apparatus for design of a metrology target
TWI736175B (en) Method of determining a reconstruction recipe describing at least nominal values
US9163935B2 (en) Device manufacturing method and associated lithographic apparatus, inspection apparatus, and lithographic processing cell
JP4834706B2 (en) Structural inspection method
TW202143351A (en) Method for determining a measurement recipe and associated apparatuses

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110315

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110516

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110830

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110926

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140930

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees