(57)【要約】【課題】本発明は、試料に対する電子ビームの部分的な照射による部分的な影響を抑制する電子ビームの照射方法、及び装置の提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、半導体の露光工程と、エッチング工程間にて、半導体ウェーハの全面に対し、電子ビームを照射する方法、及び装置を提案する。当該構成によれば、測定や検査のために行われる電子ビームによって生ずる部分的なパターンのシュリンクを抑制し、半導体ウェーハ全体でパターンの形成精度を向上することが可能となる。【選択図】  図４
2011103177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハに電子ビームを照射する電子ビーム照射方法において、
前記半導体ウェーハ上に塗布されたレジストに光を照射してパターンを露光する露光工程の後に、前記半導体ウェーハのレジストが塗布された面の全面に、前記電子ビームを照射し、当該電子ビーム照射が行われた後の半導体ウェーハをエッチングすることを特徴とする電子ビーム照射方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記半導体ウェーハ全面に対する電子ビームは、５００ｐＡ〜５０００ｐＡの間の電流量であることを特徴とする電子ビーム照射方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記半導体ウェーハ全面に対する電子ビーム照射の前、或いは後に、電子ビーム走査によるパターン寸法測定を実施することを特徴とする電子ビーム照射方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記半導体ウェーハ全面に対する電子ビーム照射を行い、前記半導体ウェーハ上のレジストパターンを収縮させた後に、前記半導体ウェーハをエッチングすることを特徴とする電子ビーム照射方法。
【請求項５】
半導体ウェーハに対し電子ビームを走査することによって、当該半導体ウェーハより放出される電子を検出して、当該半導体ウェーハ上に形成されたパターンの測定を行う走査電子顕微鏡において、
前記半導体ウェーハの全面に電子ビームを照射する電子ビーム照射機構を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム照射方法、及び電子ビーム照射装置に係り、特にビーム照射に基づくパターンのシュリンク、及び／又はパターンのラフネスを抑制し得る方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路パターンの寸法を確認する際に電子顕微鏡を使用すると、ウェーハ基板上のレジストパターンは電子線により収縮する可能性がある（以下、シュリンクと称することもある）。パターンがシュリンクすると、その後の製造工程に影響を及ぼす可能性があるため、例えば特許文献１では、電子ビームの走査線間間隔を拡張し、単位面積当たりの電子ビーム照射量を減らすことで、シュリンクを抑制する手法が開示されている。
【０００３】
また、昨今のデバイスの微細化に伴って、パターン形状の直線性劣化、特にラインパターンに見られる幅の不均一が確認されるようになってきた。このような凹凸部（以下、ラフネスと称することもある）は、素子の性能を左右するトランジスタゲートに悪影響を与える場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ０３／０２１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、測定や検査のために照射される電子ビームは、パターンのシュリンクを誘発するため、電子ビームをパターンに極力照射しない測定や検査が求められる。特許文献１に開示の手法によれば、測定精度を低下することなく、単位面積当たりの照射量を抑制することが可能となるが、電子ビームの照射量をゼロにできるわけではないので、ビームの局所的な照射に基づく影響が残る。
【０００６】
以下に、試料に対する電子ビームの部分的な照射による部分的な影響を抑制することを目的とする電子ビームの照射方法、及び装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、半導体の露光工程と、エッチング工程間にて、半導体ウェーハの全面に対し、電子ビームを照射する方法、及び装置を提案する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、測定や検査のために行われる電子ビームによって生ずる部分的なパターンのシュリンクを抑制し、半導体ウェーハ全体でパターンの形成精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】測長用走査型電子顕微鏡の概要と半導体ウェーハ上に形成されたパターンの一例を説明する図。
【図２】電子線照射により部分的にレジストシュリンクが起こったレジストパターンの一例を説明する図。
【図３】測定用の複数のＦＯＶが重畳する例を説明する図。
【図４】試料上の広範囲に電子ビームを照射する装置の一例を説明する図。
【図５】半導体製造プロセスの一部を説明する図。
【図６】ドライエッチャー装置に、電子ビーム照射室を付設した装置の一例を説明する図。
【図７】電子ビーム照射室の一例を説明する図。
【図８】半導体測定，検査システムの一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図８は、半導体ウェーハ等の試料を測定、或いは検査するための測定，検査システムの一例を説明する図である。図８は、データ管理装置８０１を中心として、複数のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）が接続されたシステムを例示している。特に本実施例の場合、ＳＥＭ８０２は主に半導体露光プロセスに用いられるフォトマスクやレチクルのパターンの測定や検査を行うためのものであり、ＳＥＭ８０３は主に、上記フォトマスク等を用いた露光によって半導体ウェーハ上に転写されたパターンを測定，検査するためのものである。ＳＥＭ８０２とＳＥＭ８０３は、電子顕微鏡としての基本構造に大きな違いはないものの、それぞれ半導体ウェーハとフォトマスクの大きさの違いや、帯電に対する耐性の違いに対応した構成となっている。
【００１１】
各ＳＥＭ８０２，ＳＥＭ８０３にはそれぞれの制御装置８０４，８０５が接続され、ＳＥＭに必要な制御が行われる。各ＳＥＭでは、電子源より放出される電子ビームが複数段のレンズにて集束されると共に、集束された電子ビームは走査偏向器によって、試料上を一次元的、或いは二次元的に走査される。また各制御装置は、後述する電子線照射装置を制御する制御装置としても機能する。
【００１２】
電子ビームの走査によって試料より放出される二次電子（Secondary Electron：ＳＥ）或いは後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ）は、検出器により検出され、前記走査偏向器の走査に同期して、フレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。このフレームメモリに記憶されている画像信号は、制御装置８０４，８０５内に搭載された演算装置によって積算される。また、走査偏向器による走査は任意の大きさ，位置、及び方向について可能である。
【００１３】
以上のような制御等は、各ＳＥＭの制御装置８０４，８０５にて行われ、電子ビームの走査の結果、得られた画像や信号は、通信回線８０６，８０７を介してデータ管理装置８０１に送られる。なお、本例では、ＳＥＭを制御する制御装置と、ＳＥＭによって得られた信号に基づいて測定を行うデータ管理装置を別体のものとして、説明しているが、これに限られることはなく、データ管理装置にて装置の制御と測定処理を一括して行うようにしても良いし、各制御装置にて、ＳＥＭの制御と測定処理を併せて行うようにしても良い。
【００１４】
また、上記データ管理装置或いは制御装置には、測定処理を実行するためのプログラムが記憶されており、当該プログラムに従って測定、或いは演算が行われる。更にデザインデータ管理装置には、半導体製造工程に用いられるフォトマスク（以下単にマスクと称することもある）やウェーハの設計データが記憶されている。この設計データは例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、データ管理装置とは別に設けられた記憶媒体にデザインデータを記憶させておいても良い。
【００１５】
また、データ管理装置８０１は、ＳＥＭの動作を制御するプログラム（レシピ）を、半導体の設計データに基づいて作成する機能が備えられており、レシピ設定部として機能する。具体的には、設計データ，パターンの輪郭線データ、或いはシミュレーションが施された設計データ上で所望の測定点，オートフォーカス，オートスティグマ，アドレッシング点等のＳＥＭにとって必要な処理を行うための位置等を設定し、当該設定に基づいて、ＳＥＭの試料ステージや偏向器等を自動制御するためのプログラムを作成する。
【００１６】
図１では、図８に例示したＳＥＭ８０２，８０３の具体的な構成を例示する。半導体製造のひとつの工程であるリソグラフィ工程では、図１にある測長用走査型電子顕微鏡（以下ＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension−ＳＥＭ）と称する）１００により、ウェーハ上に転写された各種パターンのサイズ確認を行っている。図１において、ＣＤ−ＳＥＭ１００は、電子線（電子ビーム）を発する電子線源１０１と、電子線を収束するための収束レンズ１０２と、電子線を曲げてシリコンウェーハ（試料）１０５を走査するための偏向器（偏向コイル）１０３と、シリコンウェーハ１０５上のパターン１０６に電子線を照射するための対物レンズ１０４と、パターン１０６からの二次電子若しくは反射電子を検出するための検出器１０７と、を備えている。
【００１７】
このような構成を有するＣＤ−ＳＥＭにおいて、電子線でのスキャニングによりシリコンウェーハ１０５上に転写された微細パターン１０６のサイズを測ることができ、測長ポイントやウェーハマップなどを管理したレシピを実行することで自動測長が実行できる。これらの測長データはデバイス製造条件の評価や工程管理などに利用されており、特にデバイス製造条件の評価では数千点に及ぶ測定を実施している。
【００１８】
一方フォトレジストは、電子線が照射した部分が収縮する性質がある（以下レジストシュリンク）。従って前述のような測定に使用されたパターンは、測定未実施の部分に比べてその寸法が変化していると考えられる。
【００１９】
図２はレジストパターンの一例を説明する図であり、レジストパターン２００，ＳＥＭの電子ビーム照射領域２０２（Field Of View：ＦＯＶ）を設定したレジストパターン２０１、及び電子ビーム照射によって部分的にシュリンクが発生したレジストパターン２０３を例示している。このように、測定、或いは検査のために、部分的にビームが走査されると、それ以外の領域に対して、パターンが収縮する。
【００２０】
更に近年、回路パターンの微細化や集積度の大規模化で、線幅の微細化だけでなく隣り合うパターン間距離も微細化しており、電子線照射領域が重ならずに測定を行うことが難しくなってきている。図３は複数のパターンが配列された試料上にて、測定点１を測定するための視野３０１と、測定点２を測定するための視野３０２が部分的に重畳することによって、二重に電子ビーム走査される領域３００が生じる例を説明している。レジストシュリンクは、照射される電子線量に依存性があり、図に示す照射領域の重なりはレジストシュリンクを増加させる可能性がある。
【００２１】
電子線照射により発生するレジストシュリンクは、工程の重要度によってその影響が異なる。デザインルールに余裕のある工程ならばレジストシュリンクの影響は無視できても、例えばゲート形成工程では、わずかな寸法差がトランジスタの性能を左右するので、歩留まりに影響を及ぼす可能性が考えられる。
【００２２】
そこで、ＣＤ−ＳＥＭによるレジストシュリンクの影響を低減する方法として、露光・現像後のウェーハ全面に電子線ビームを照射する手法を提案する。この手法は、試料に対する電子ビームによる全面照射によって、試料上のレジストパターンの全てに対して、均一にシュリンクを発生させることで、測定，検査用のビーム照射によって生ずる部分的なシュリンクを抑制することが可能となる。ウェーハ全面に電子ビームを照射することによって、測定用のビームが照射される領域と、それ以外の領域間のシュリンクの程度の差を抑制することができる。測定用のビームが照射される個所は、ウェーハ全面に対する電子ビーム照射と、測定用のビーム照射とが重畳するが、ウェーハ全面照射を行わない場合と比較して、重畳照射される領域とそれ以外の領域間のシュリンク量の差異を抑制することができる。
【００２３】
この手法は、露光工程を経てレジストパターンを形成した後、エッチング工程前に行うスリミング工程であり、微細加工技術でエッチング後に約３０ｎｍ以下のサイズとなるパターンに特に有効であり、エッチング前のレジストパターンサイズによらない。また、電子線照射は、ラインパターンに見られる線幅不均一性（以下、ラインエッジラフネス：ＬＥＲ（Line Edge Roughness）やラインワイドラフネス：ＬＷＲ（Line Width Roughness））を低減させるので、シュリンクの影響低減と併せて、相乗的にパターン形成精度向上に効果的である。ＣＤ−ＳＥＭ測定は、全面照射の前後どちらでも問題ない。
【００２４】
図５は、電子ビームの全面照射によるスリミング工程を有する半導体プロセスの一例を説明する図である。多層膜基板上にレジスト膜が塗布され、露光されたレジストパターン５００に、電子ビームの全面照射を行う。電子ビームの全面照射を行うことによって、レジストパターンが収縮し、線幅が減少したレジストパターン５０１が形成される。その上で反射膜を加工（パターン５０２）し、更に下層膜を形成することで、パターン５０３を作成する。５００は、多層膜構造のウェーハ基板上のレジストパターン、５０１は、電子線照射によりシュリンクしたレジストパターン、５０２は、スリミング後のレジストパターン、５０３は、エッチング後のパターンである。
【００２５】
これまでの説明は、電子ビームの全面照射を、電子ビームの走査によって実施する手法に関するものであるが、例えば、大口径のビーム照射が可能な電子銃をＳＥＭに搭載することで、全面照射を行うことも可能である。具体的な一例として、図４に示すような、大口径で電子線を照射できる電子銃をＣＤ−ＳＥＭに搭載、または電子線照射用装置により、露光現像処理の終了したウェーハに電子線を照射する。この時の照射量は、３０００ｐＡを目安に、レジストの種類や工程によって増減するものである。シュリンクの影響を主に低減させたい場合は１０００ｐＡ以下でも効果があり、ＬＥＲ低減を主目的とする場合は４０００ｐＡが最も効果的である。
【００２６】
上述のような電子ビームの電流量設定を可能とすべく、例えば、５００ｐＡ〜５０００ｐＡ程度まで、電流量のコントロールが可能なように、電子線照射装置の設計を行うことが望ましい。
【００２７】
図５に例示する電子線照射機構４００は、一般的なＳＥＭと同じように、電子線源４０１，収束レンズ４０２，偏向器４０３を備えており、通常のＳＥＭに比べて大口径のビームが形成できるように設計されている。大口径のビームを偏向器４０３で走査することによって全面照射を可能とする。このような電子線照射機構は、通常のＳＥＭの光学系とは別に設けるようにしても良いし、ＳＥＭ内に組み込むようにしても良い。
【００２８】
また、電子線全面照射の方法として、前述のような方法以外に、エッチング装置で行う方法がある。図６，図７にエッチング装置の概要を例示する図６はエッチング装置概略を、図７はエッチング装置に接続された電子線照射室を例示している。図６のエッチング装置は、図７に詳細を例示する電子線照射室６０１と、ドライエッチャー室６０２，ウェーハ搬送部６０４、及び当該予備排気室６０４と、電子線照射室６０１との間に設けられるゲートバルブ６０３、及びウェーハカセット設置部６０５とを備えている。図６に例示するエッチング装置は、２つのチャンバを、搬送部６０４を介して結合する構造をしており、それぞれが真空排気できる構造である。
【００２９】
図７に例示する電子線照射室７００は、プラズマ電源７０１から放出された電磁波がアンテナ７０２から石英などの電磁波を透過する窓７０３を通して真空チャンバ７０４中へ放出される。チャンバ７０４内はアルゴンなどの希ガスや窒素などの不活性ガスが一定の圧力で保持されており、電磁波によりプラズマ７０５が発生する。プラズマ７０５とウェーハ７０８の間には電子を引き出すための網状のグリッド７０６と７０７が設置されている。７０６はアース電位で、７０７には電源７０７が接続され正電位になり電子を加速する。プラズマから引き出された電子は試料台７０９上のウェーハ７０８に照射される。試料台は必要に応じて電源７１０により正電位に保たれる。
【００３０】
ドライエッチング前に、図７の電子線照射部でウェーハ全面に電子線照射を行うことで、前述のレジストシュリンクの影響低減やラインエッジラフネスの低減に対する効果が期待できる。また、電子線照射処理後は、続けてドライエッチング室へ搬送され加工処理が始められるので、効率の良いウェーハ処理が可能である。
【００３１】
上述のような手法によれば、加工後寸法３０ｎｍ以下のパターンにおいて、レジストシュリンクの影響を低減でき、かつラインエッジラフネスも低減できることから、パターン作成精度を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、ＳＥＭによるパターン幅の測定結果に応じて、全面照射量をコントロールすることも可能である。例えば、ＳＥＭによって測定を行い、その測定結果が、所定値以下となった場合に、選択的に全面照射を行う、或いは全面照射用ビームの電流量を相対的に上昇させるようにすれば、部分的なシュリンクを抑制することが可能となる。この例の場合、測定値（ｏｒシュリンク量）と、全面照射用のビーム電流との関係を示す関数、或いはテーブルを備えることによって、測定値に応じた適切な全面照射を行い得るようにしても良い。
【００３３】
更に、測定倍率，ビーム電流，フレーム枚数等の光学条件と、全面照射用のビーム電流との関係を示す関数、或いはテーブルを備えることによって、光学条件に応じた適切な全面照射を行い得るようにしても良い。
【００３４】
また、全面照射用ビームの電流量等に応じて、光学条件を決定できるように、両者の関係を示す関数、或いはテーブルを備えるようにしても良い。更にシュリンクの許容量が予め決定されている場合には、当該許容量と、測定用ビーム条件、及び／又は全面照射用ビーム条件との関係を示す関数、或いはテーブルを用意することで、ビーム条件を自動決定するようにしても良い。
【００３５】
また、設計データとして登録されたデザインルールに応じて、測定用ビーム条件、及び全面照射用ビーム条件の設定を行うべく、両者の関係を示す関数やテーブルを備えるようにしても良い。より具体的には例えば線幅が所定値以下の設計値を持つパターンが存在する場合に、選択的に全面照射を行うようにしても良い。このような設定は、図８に例示するデータ管理装置８０１で行っても良いし、制御装置８０５にて行うようにしても良い。
【００３６】
また、測定用の複数のＦＯＶが重畳するか否かによって、シュリンクの程度が変化するため、設計データ上で設定されるＦＯＶの位置に基づき、ＦＯＶが重なると判断される場合に、選択的に全面照射を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１００  測長用走査型電子顕微鏡
１０１  電子線源
１０２  収束レンズ
１０３  偏向器
１０４  対物レンズ
１０５  シリコンウェーハ
１０６  パターン
１０７  検出器
【図１】
2011103177.tif 000003
【図２】
2011103177.tif 000004
【図３】
2011103177.tif 000005
【図４】
2011103177.tif 000006
【図５】
2011103177.tif 000007
【図６】
2011103177.tif 000008
【図７】
2011103177.tif 000009
【図８】
2011103177.tif 000010