(57)【要約】【課題】隣接するレジストパターン間の寸法を簡便に且つ精度良く測定することが可能なパターン寸法測定方法及び荷電粒子ビーム描画方法を提供する。【解決手段】測長ＳＥＭを用いて測定された隣接するレジストパターン１０２間の高さｈ１での寸法ＣＤｓと、レジストパターン１０２の断面画像から求められたレジストパターン１０２間の高さｈ２での寸法ＣＤｄとの相関関係を予め取得する。測定対象であるレジストパターン間の高さｈ１での寸法を測長ＳＥＭにより測定し、この測定した寸法を相関関係に基づいて校正する。高さｈ１は、クロム膜１００と接するレジストパターン１０２下面の高さであり、高さｈ２は、レジストパターン１０２のテーパー部１０２ａが存在しない高さである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する２つのレジストパターン間の寸法を測定するパターン寸法測定方法において、
測長走査型電子顕微鏡を用いて測定された２つのレジストパターン間の第１の高さでの寸法と、断面画像から求められた該２つのレジストパターン間の第２の高さでの寸法との相関関係を予め取得し、測定対象である２つのレジストパターン間の第１の高さでの寸法を前記測長走査型電子顕微鏡により測定し、この測定した寸法を前記相関関係に基づいて第２の高さでの寸法に校正することを特徴とするパターン寸法測定方法。
【請求項２】
前記レジストパターンは下地膜上に形成されており、前記第１の高さは前記下地膜と接するレジストパターン下面の高さであり、前記第２の高さはレジストパターンのテーパー部が存在しない高さであることを特徴とする請求項１記載のパターン寸法測定方法。
【請求項３】
前記レジストパターン間の設計寸法を変化させて前記第１及び第２の高さでの寸法をそれぞれ求め、これら第１及び第２の高さでの寸法の離散値を補間処理して前記相関関係を取得することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のパターン寸法測定方法。
【請求項４】
前記レジストパターンは、荷電粒子ビームを照射した後に現像処理を行うことによって形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパターン寸法測定方法。
【請求項５】
試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパターン寸法測定方法を用いて求められた寸法に基づいて、前記試料上のレジストに対して照射される荷電粒子ビームの照射量を算出することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン寸法測定方法及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化に伴い、パターンの微細化が急速に進んでいる。微細なパターンを形成するためには、レジストパターンを設計寸法通りに形成する必要がある。そこで、現像処理後のレジストパターン間の寸法を測定し、測定した寸法と設計寸法との比較を行っている。また、寸法測定値を電子ビーム描画工程、描画後の熱処理工程及び現像工程などにフィードバックすることで、レジストパターン間の寸法精度の向上を図っている。例えば、描画工程では、フィードバックされたレジストパターン間の寸法測定値に基づいて、電子ビームの照射量を算出している。ここで、レジストパターン間の寸法の測定には、一般に、測長走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭやＣＤ−ＳＥＭともいう。以下「測長ＳＥＭ」という。）が用いられている。
【０００３】
測長ＳＥＭではレジストパターン間の平面視での寸法が測定される。その際、レジストパターンが下地膜たるクロム膜と接する高さでの寸法が測定される。このため、レジストパターン下部にテーパー部が存在する場合、そのテーパー部に依存して測定誤差が発生するという問題がある。このような測定誤差を含む寸法測定値を上記のように描画工程にフィードバックすると、電子ビームの照射量を精度良く算出することができないため、描画精度の向上が図れない可能性がある。上記測長ＳＥＭの測定誤差を取り除くため、電子線シミュレーションにより種々のパターン形状についてのＳＥＭ模擬波形を記憶しておき、測定した測長ＳＥＭ像に最も近いＳＥＭ模擬波形を選択し、パターンの寸法を計測する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
然し、上記特許文献１記載の方法は複雑であり、レジストパターン間の寸法を簡便に且つ精度良く測定する方法を開発することが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１８７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上記課題に鑑み、隣接するレジストパターン間の寸法を簡便に且つ精度良く測定することが可能なパターン寸法測定方法及び荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、隣接する２つのレジストパターン間の寸法を測定するパターン寸法測定方法において、測長走査型電子顕微鏡を用いて測定された２つのレジストパターン間の第１の高さでの寸法と、断面画像から求められた該２つのレジストパターン間の第２の高さでの寸法との相関関係を予め取得し、測定対象である２つのレジストパターン間の第１の高さでの寸法を測長走査型電子顕微鏡により測定し、この測定した寸法を相関関係に基づいて第２の高さでの寸法に校正することを特徴とする。
【０００８】
この第１の態様において、レジストパターンは下地膜上に形成されており、第１の高さは下地膜と接するレジストパターン下面の高さであり、第２の高さはレジストパターンにテーパー部が存在しない高さであることが好ましい。
【０００９】
この第１の態様において、レジストパターン間の設計寸法を変化させて第１及び第２の高さでの寸法をそれぞれ求め、これら第１及び第２の高さでの寸法の離散値を補間処理して相関関係を取得することが好ましい。
【００１０】
この第１の態様において、レジストパターンは、荷電粒子ビームを照射した後に現像処理を行うことによって形成されたものであることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の態様は、試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム描画方法において、上記第１の態様のパターン寸法測定方法を用いて求められた寸法に基づいて、試料上のレジストに対して照射される荷電粒子ビームの照射量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測長走査型電子顕微鏡を用いて測定された２つのレジストパターン間の第１の高さでの寸法と断面画像から求められた該２つのレジストパターン間の第２の高さでの寸法との相関関係を予め取得し、測長走査型電子顕微鏡により測定したレジストパターン間の第１の高さでの寸法をこの相関関係に基づいて第２の高さでの寸法に校正するため、隣接する２つのレジストパターン間の寸法を簡便に且つ精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態において電子ビーム描画装置の構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）はレジストパターン間の設計寸法ＣＤａを示す断面図であり、（ｂ）は測長ＳＥＭにより測定されたレジストパターン間の第１の高さｈ１での寸法ＣＤｓと、断面画像から求められたレジストパターン間の第２の高さｈ２での寸法ＣＤｄとを示す断面図である。
【図３】設計寸法ＣＤａを変化させたとき２つの寸法ＣＤｓ、ＣＤｄの相関関係が規定された校正用テーブルを示す図である。
【図４】寸法ＣＤｓと寸法ＣＤｄとの相関関係を示す図である。
【図５】パターン密度ρを変化させたときの２つの寸法ＣＤｓ、ＣＤｄの相関関係が規定された校正用テーブルを示す図である。
【図６】パターン密度ρと、寸法ＣＤｄと寸法ＣＤｓとの差分との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施の形態において電子ビーム描画装置の構成を示す概略図である。図１において、試料室１の中には、試料であるマスク２を載置したステージ３が収容されている。ステージ３は、ステージ駆動回路４によって、ｘ方向（紙面に平行な方向）とｙ方向（紙面に垂直な方向）に駆動される。そして、ステージ３の移動位置は、レーザ側長計等を用いた位置回路５によって測定される。
【００１５】
試料室１の上には、電子ビーム光学系１０が配置されている。電子ビーム光学系１０は、電子銃６と、各種レンズ７，８，９，１１，１２と、ブランキング用偏向器１３と、ビーム寸法可変用偏向器１４と、ビーム走査用の主偏向器１５と、ビーム走査用の副偏向器１６と、ビーム成形用アパーチャ１７，１８とを有する。主偏向器１５は、電子ビームを所定のサブフィールド（副偏向領域）に位置決めする。一方、副偏向器１６は、サブフィールド内での図形描画単位の位置決めを行う。また、ビーム寸法可変用偏向器１４とビーム成形用アパーチャ１７，１８は、ビーム形状を制御する役割を果たす。さらに、ブランキング用偏向器１３は、マスク２の面上で電子ビームの照射を制御する役割を果たす。
【００１６】
電子ビームによる描画工程では、まず、ステージ３をｘ方向に連続的に移動し、主偏向ビームの偏向幅に応じて描画領域が短冊状に分割されたフレーム領域に描画処理を行う。次いで、上記ｘ方向と直交するｙ方向にステージ３をステップ移動して、同じように描画処理を行う。これを繰り返すことにより、各フレーム領域が順次描画されて行く。
【００１７】
図１において、制御計算機２０には、磁気ディスク２１が接続されている。ここで、磁気ディスク２１には、半導体デバイス（ＬＳＩ）の描画データが格納されている。磁気ディスク２１から読み出された描画データは、フレーム領域毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。パターンメモリ２２に格納されたフレーム領域毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や図形データ等からなるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ２３と描画データデコーダ２４で解析された後、ブランキングアンプ２５、ビーム成形アンプ２６、主偏向アンプ２７および副偏向アンプ２８に送られる。
【００１８】
パターンデータデコーダ２３では、描画データを入力し、必要に応じて、フレーム領域に包含される図形データに反転処理を施して、反転パターンデータを生成する。次いで、フレームデータとして定義されている図形データを、ビーム成形用アパーチャ１７，１８の組み合わせによって形成可能な単位描画図形群に図形分割する。そして、図形分割により得られたデータに基づいて照射量を算出し、その照射量に応じてブランキングデータを作成してブランキングアンプ２５に送る。また、所望とするビーム寸法データを作成して、これをビーム成形アンプ２６に送る。次に、ビーム成形アンプ２６から電子ビーム光学系１０のビーム寸法可変用偏向器１４に所定の偏向信号が送られ、これによって電子ビームの寸法が制御される。
【００１９】
描画データデコーダ２４では、フレームデータに基づいて、サブフィールドの位置決めのデータが作成される。得られたデータは、主偏向アンプ２７に送られる。そして、主偏向アンプ２７から電子ビーム光学系１０の主偏向器１５に所定の信号が送られ、指定されたサブフィールド位置に電子ビームが偏向走査される。また、描画データデコーダ２４では、副偏向器走査のコントロール信号が発生して、副偏向アンプ２８に送られる。次いで、副偏向アンプ２８から副偏向器１６に所定の副偏向信号が送られ、これによってサブフィールド毎の描画が行われる。
【００２０】
図１において、副偏向器１６は、電子ビームの位置を高速且つ高精度に制御するのに用いられる。このため、副偏向器１６の偏向範囲は、マスク２上のサブフィールドに限定される。偏向がこの範囲を超える場合には、サブフィールドの位置を主偏向器１５で移動させることが必要となる。このように、主偏向器１５は、サブフィールドの位置を制御するのに用いられ、フレーム（主偏向領域）内でサブフィールドを移動させることができる。ここで、フレームは、主偏向器１５によって偏向可能な領域である。また、描画中は、ステージ３が一方向に連続的に移動しているので、描画原点がステージ３の移動に追従するように、主偏向器１５によってサブフィールドの描画原点をトラッキングさせている。
【００２１】
ところで、従来、外部の測長ＳＥＭを用いて、上記電子ビーム描画装置によって描画された隣接する２つのレジストパターン間の寸法ＣＤｓが測定されている。そして、描画精度の向上を図るため、この寸法測定値ＣＤｓを上記制御計算機２０を介してパターンデータデコーダ２３に入力し、パターンデータデコーダ２３によりこの寸法測定値ＣＤｓに基づいて電子ビームの照射量を算出し、この照射量に基づいてブランキングデータを作成していた。
【００２２】
然し、測長ＳＥＭにより測定された寸法ＣＤｓは、レジストパターン間の平面視での寸法である。具体的には、図２（ｂ）に示すように、遮光膜（下地膜）たるＣｒ膜もしくはＭｏＳｉ膜１００に接するレジストパターン１０２下面の高さｈ１での寸法ＣＤｓが測定される。この高さｈ１においてレジストパターン１０２にテーパー部（「裾引き部」ともいう。）１０２ａが存在する場合、テーパー部１０２ａ間の寸法ＣＤｓが測定される。この寸法ＣＤｓは、図２（ａ）に示す設計寸法ＣＤａに対応する寸法、つまり、レジストパターン１０２間のテーパー部１０２ａ以外の高さｈ２での寸法ＣＤｄを測定したものではない。このため、測長ＳＥＭにより測定された平面視での寸法ＣＤｓを上記電子ビーム描画装置にフィードバックするだけでは、電子ビームの照射量を精度良く算出することができず、描画精度の向上が図れない。尚、Ｃｒ膜１００は、図示省略する下地基板（透明なガラス基板）上に形成されている。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、以下に説明するように、測長ＳＥＭにより測定された２つのレジストパターン間の高さｈ１での平面視寸法ＣＤｓと、断面画像から求められた２つのレジストパターン間の高さｈ２での断面視寸法ＣＤｄとの相関関係を校正用テーブルとして予め求めておき、測長ＳＥＭにより実際に測定された高さｈ１での寸法ＣＤｍを校正用テーブルを用いて高さｈ２での寸法ＣＤｃに校正し、校正後の寸法ＣＤｃに基づいて電子ビームの照射量を算出する。
【００２４】
図３は、本実施の形態において、測長ＳＥＭにより測定された寸法を校正するために用いられる校正用テーブルを示す図である。この校正用テーブルの作成方法について説明する。先ず、図２（ａ）に示されるレジストパターン１０２間の設計寸法ＣＤａを９０ｎｍ、１２８ｎｍ、１８０ｎｍのように変化させて、それぞれの設計寸法ＣＤａに対応するレジストパターン１０２を、電子ビーム描画、熱処理（ＰＥＢ）及び現像処理を行うことによって形成する。尚、これらのレジストパターン１０２は、同一マスクの異なる位置に形成されてもよく、異なるマスクの対応する位置に形成されてもよい。
【００２５】
そして、各レジストパターン１０２について、測長ＳＥＭによりレジストパターン１０２間の平面視での寸法ＣＤｓを測定する。つまり、図２（ｂ）に示すように、高さｈ１での２つのレジストパターン１０２のテーパー部１０２ａ間の寸法ＣＤｓを測定する。さらに、これら２つのレジストパターン１０２について、図２（ｂ）に示すような断面画像を取得し、その断面画像から高さｈ２でのレジストパターン１０２間の寸法ＣＤｄを求める。すなわち、テーパー部１０２ａが存在しないレジストパターン１０２側壁間の寸法ＣＤｄが求められる。尚、断面画像は、断面走査型電子顕微鏡（断面ＳＥＭ）により取得することができる。そして、各設計寸法９０ｎｍ、１２８ｎｍ、１８０ｎｍについて、測長ＳＥＭにより測定された高さｈ１での平面視寸法（ＣＤｓ）＝９１ｎｍ、１２７ｎｍ、１７８ｎｍと、断面画像から求められた高さｈ２での寸法（ＣＤｄ）＝１０５ｎｍ、１４８ｎｍ、２０８ｎｍとをそれぞれ対応付けることによって、図３に示すような校正用テーブルが求められる。図３に示す校正用テーブルに規定された２つの寸法ＣＤｓ、ＣＤｄの相関関係は、図４に示すようにプロットすることができる。プロット間は補間処理を行えばよい。つまり、高さｈ１での平面視寸法と高さｈ２での断面視寸法との相関関係は、隣接する２つのレジストパターン間の設計寸法ＣＤａを変化させて寸法ＣＤｓ、ＣＤｄを求め、これらの寸法ＣＤｓ、ＣＤｄの離散値を補間処理することによって取得することができる。
【００２６】
上記求められた校正用テーブルは制御計算機２０に格納される。制御計算機２０には、外部の測長ＳＥＭにより実際に測定された測定対象のレジストパターン間の高さｈ１での平面視寸法ＣＤｍが入力される。制御計算機２０では、上記校正用テーブルを用いて外部入力された寸法ＣＤｍを校正することで、高さｈ２での寸法ＣＤｃが求められる。この校正後の寸法ＣＤｃは、次式(1)に従って線形補間により求めることができる。尚、線形補間ではなく、非線形補間により校正後の寸法ＣＤｃを求めてもよい。
【００２７】
ＣＤｃ＝ＣＤｄＮ＋（ＣＤｄＮ＋１−ＣＤｄＮ）×（ＣＤｍ−ＣＤｓＮ）
／（ＣＤｓＮ＋１−ＣＤｓＮ）・・・(1)
【００２８】
例えば、測長ＳＥＭにより実際に測定された寸法ＣＤｍが１００ｎｍであるとき、上式(1)においてＮ＝１とする。つまり、図３に示す校正用テーブルに規定されたＮ＝１のＣＤｓ１＝９１、ＣＤｄ１＝１０５と、Ｎ＝２のＣＤｓ２＝１２７、ＣＤｄ２＝１４８とを上式(1)に代入することによって、下式のように校正後の寸法ＣＤｃ＝１１５．８ｎｍが求められる。
ＣＤｃ＝１０５＋（１４８−１０５）×（１００−９１）／（１２７−９１）
＝１１５．８ｎｍ
【００２９】
また、例えば、実際に測定した寸法ＣＤｍが１５０ｎｍであるとき、上式(1)においてＮ＝２とする。つまり、図３に示す校正用テーブルに規定されたＮ＝２のＣＤｓ２＝１２７、ＣＤｄ２＝１４８と、Ｎ＝３のＣＤｓ３＝１７８、ＣＤｄ３＝２０８とを上式(1)に代入することによって、以下のように校正後の寸法ＣＤｃ＝１７５．１ｎｍが求められる。
ＣＤｃ＝１４８＋（２０８−１４８）×（１５０−１２７）／（１７８−１２７）
＝１７５．１ｎｍ
【００３０】
このように制御計算機２０において校正された寸法ＣＤｃは、パターンデータデコーダ２３に入力される。そして、パターンデータデコーダ２３では、フレームデータを解析して得られたデータと、校正後の寸法ＣＤｃとに基づいて寸法補正量が算出され、この寸法補正量に基づいて電子ビームの照射量が算出され、その照射量に応じてブランキングデータが作成される。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態では、測長ＳＥＭにより測定された２つのレジストパターン間の高さｈ１での平面視寸法ＣＤｓと、これら２つのレジストパターンの断面画像から求められたレジストパターン間の高さｈ２での断面視寸法ＣＤｄとの相関関係を校正用テーブルとして予め求めておく。そして、実際に測長ＳＥＭにより測定されたレジストパターン間の高さｈ１での寸法ＣＤｍが、校正用テーブルに規定された上記相関関係に基づいて高さｈ２での寸法ＣＤｃに校正される。本実施の形態では、測長ＳＥＭによる測定誤差を取り除くために、上記特許文献１で記載されているような複雑な電子線シミュレーションを用いることがない。従って、本実施の形態によれば、レジストパターン１０２間の寸法ＣＤｃを簡便に且つ精度良く測定することができる。さらに、校正後の寸法ＣＤｃに基づいて電子ビームの照射量を算出するため、照射量が精度良く算出される。これにより、描画精度を向上させることができ、パターンの微細化の要求に対応することができる。
【００３２】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。
【００３３】
また、レジストパターン間の寸法を校正するために用いられる校正用テーブルは、設計寸法ＣＤａを変化させて求められたものに限らず、パターン種（ラインパターン、ホールパターン）や、パターン密度ρや、描画条件（照射量やフォーカス）などを変化させて求めてもよい。ここで、材料（レジスト材料、下地膜材料、下地基板材料）が変わると、描画後に行われる熱処理（ＰＥＢ）や現像処理などのプロセスの条件も変わり、校正用テーブルの値も大きく異なる。従って、材料（及びプロセス条件）を固定した上で、材料以外のパラメータである設計寸法ＣＤａ、パターン種、パターン密度ρ、描画条件などを変化させながら、高さｈ１での平面視寸法ＣＤｓと高さｈ２での断面視寸法ＣＤｄを求め、これら２つの寸法ＣＤｓ、ＣＤｄの相関関係を求めて、それを各校正用テーブルに規定すればよい。
【００３４】
図５は、パターン密度ρを変化させたときの２つの寸法ＣＤｓ、ＣＤｄの相関関係を規定した校正用テーブルの例を示す図である。図５に示す校正用テーブルの作成方法について説明する。先ず、所定領域におけるレジストパターン１０２のパターン密度ρを５％、５０％、９５％のように変化させて、レジストパターン１０２をそれぞれ形成する。そして、各レジストパターン１０２について、測長ＳＥＭによりレジストパターン１０２間の高さｈ１での平面視寸法ＣＤｓを測定する。ここで、パターン密度ρが変化しても測長ＳＥＭにより測定される寸法ＣＤｓが一定（例えば、１８０ｎｍ）になるように、照射量が決定される。さらに、各レジストパターン１０２について断面画像を取得し、その断面画像から高さｈ２での寸法ＣＤｄを求める。そして、各パターン密度５％、５０％、９５％について、測長ＳＥＭにより測定された寸法（ＣＤｓ）＝１８０ｎｍ、１８０ｎｍ、１８０ｎｍと、断面画像から求められた寸法（ＣＤｄ）＝１８９ｎｍ、１８５ｎｍ、１８１ｎｍとをそれぞれ対応させることによって、図５に示すような校正用テーブルを求めることができる。図５に示すような校正用テーブルを、測長ＳＥＭにより測定された高さｈ１での平面視寸法ＣＤｓ毎に用意する。図５に示す校正用テーブルに規定されたパターン密度ρと、ＣＤｄとＣＤｓの差分との関係は、図６のようにプロット及び直線近似することができる。
【００３５】
図５に示す校正用テーブルを用いて、レジストパターン間の寸法ＣＤｍを校正する方法について説明する。実際に測長ＳＥＭにより測定された平面視での寸法ＣＤｍが１８０ｎｍであるとき、パターン密度ρに応じた校正後の寸法ＣＤｃを、次式(2)に従って求めることができる。
ＣＤｃ＝１８０−０．０９×ρ＋９．４４＝−０．０９ρ＋１８９．４４・・・(2)
【００３６】
また、上記実施の形態では、電子ビーム描画装置において電子ビームの照射量を算出する際に校正後の寸法ＣＤｃを用いているが、電子ビーム描画後に行われる熱処理（ＰＥＢ）や現像処理のようなプロセスの処理条件を決定する際に校正後の寸法ＣＤｃを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
２０  制御計算機
２３  パターンデータデコーダ
２５  ブランキングアンプ
１００  遮光膜
１０２  レジストパターン
１０２ａ  テーパー部
【図１】
2010225812.tif 000003
【図２】
2010225812.tif 000004
【図３】
2010225812.tif 000005
【図４】
2010225812.tif 000006
【図５】
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【図６】
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