(57)【要約】【課題】線幅管理方法に関し、プロセス余裕度の算出精度を高めて線幅管理の精度を向上させることを目的とする。【解決手段】線幅管理の対象となるパターンの線幅のパターン形成条件依存性を測定し、線幅測定値が許容範囲に収まるようなパターン形成条件を用いてプロセス余裕度を算出し、算出されたプロセス余裕度に基づいてパターン形成条件を調整する線幅管理方法において、線幅管理の対象となるパターンの形状状態を表わす形状パラメータのパターン形成条件依存性を測定し、該線幅測定値とともに該形状パラメータ測定値が許容範囲に収まるようなパターン形成条件を用いてプロセス余裕度を算出するように構成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線幅管理の対象となるパターンの線幅のパターン形成条件依存性を測定し、線幅測定値が許容範囲に収まるようなパターン形成条件を用いてプロセス余裕度を算出し、算出されたプロセス余裕度に基づいてパターン形成条件を調整する線幅管理方法において、
線幅管理の対象となるパターンの形状状態を表わす形状パラメータのパターン形成条件依存性を測定し、該線幅測定値とともに該形状パラメータ測定値が許容範囲に収まるようなパターン形成条件を用いてプロセス余裕度を算出することを特徴とする線幅管理方法。
【請求項２】
パターン密度とパターン形状の類似性を判断基準にして複数のパターンタイプを設定し、各パターンタイプごとにパターンの形状状態を表わす形状パラメータを定義し、
プロセス余裕度の算出に際しては、線幅管理の対象となるパターンがいずれのパターンタイプに属するか判断し、その判断結果に基づいて選択した形状パラメータを用いることを特徴とする請求項１記載の線幅管理方法。
【請求項３】
形状パラメータとして、線幅のラフネスを示す指標、パターン断面のテーパ量、コンタクトホール形状の非対称性を示す指標を用いることを特徴とする請求項１あるいは２記載の線幅管理方法。
【請求項４】
線幅管理の対象となるパターンが同時に２つ以上のパターンタイプに属すると判断したときには、各パターンタイプに対して定義された形状パラメータを全て用いることを特徴とする請求項２記載の線幅管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は線幅管理方法に係り、特にフォトリソグラフィー工程における微細なパターンの線幅を管理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造に用いられるフォトリソグラフィー工程では、半導体基板上にレジスト膜を塗布し、フォトマスクを用いて縮小投影露光法や電子線露光法によりレジスト膜を感光させベーク処理・現像処理を行ってレジストパターンを形成させる。所望のデバイス特性を所望の歩留りで製造するためには、フォトマスクをできるだけ忠実に基板上に転写することが必要であるが、パターンの線幅は露光条件により変化しフォトマスクからのずれが生じる。
【０００３】
以下、電子線露光法を用いたフォトリソグラフィー工程において、１１０ｎｍのラインアンドスペースパターンの線幅を１１０ｎｍ±１０ｎｍに調整する場合を例にして従来の線幅管理方法について述べる。
図１６は露光量をパラメータとして線幅のフォーカス依存性を測定した結果であり、横軸のフォーカスは基準となるフォーカス位置からのずれを示している。パターンの線幅は走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）により測定した。線幅が１１０ｎｍ±１０ｎｍからはずれた領域では測定点に欠けが生じるが、これはパターン形状に著しい歪みが生じて線幅の測定が不可能となったことによる。
【０００４】
図１６中の斜線で示した範囲にフォーカスと露光量を設定することにより、線幅を１１０ｎｍ±１０ｎｍ内に収めることができる。しかし、実際のフォトリソグラフィ工程ではレジスト面の凹凸や露光量の面内不均一によりフォーカスや露光量が変動する。従って、フォーカスと露光量を上記範囲に設定するとともに上述のような変動分を吸収することのできる許容幅を持たせる必要がある。
【０００５】
フォーカスや露光量の許容幅はプロセス余裕度で表わされ、上述の例における露光量についてのプロセス余裕度（露光余裕度）は、たとえば線幅の中心値１１０ｎｍに対応する露光量をＪ１　、許容上限値１２０ｎｍ及び許容下限値１００ｎｍに対応する露光量をＪ２　、Ｊ３　としたとき、｜Ｊ２　−Ｊ３　｜／Ｊ１　で定義することができる。
【０００６】
図１７は所定範囲の線幅を得るのに必要なフォーカスと露光量の関係を示したものであり図１６から求めることができる。同図中の２本の曲線はそれぞれ線幅の許容限界値１１０ｎｍ±１０ｎｍに対応する等高線を示しており、この等高線で挟まれた領域にフォーカスと露光量を設定することにより線幅を１１０ｎｍ±１０ｎｍ内に収めることができる。また、等高線に内接する矩形は前述のように定義した露光余裕度をパラメータとして求めたものであり、特定の露光余裕度に対応したフォーカスと露光量の関係を示している。
【０００７】
図１８はフォーカスの許容幅と露光余裕度の関係を図１７の結果からから求めたものであり、プロセス余裕度を見積もり線幅管理の精度を高める上で便利なため従来から用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
フォーカスや露光量等の露光条件を変えてパターンを形成したとき、線幅とともに線幅のばらつきやパターン端部のテーパ形状等もそれに伴って変化する。特に、許容限界値に近い線幅が得られる露光条件ではパターンの形状状態の変化が大きくなる傾向が見られる。
【０００９】
従来は、パターンの線幅を所定範囲に収めることのできる露光条件は全て有効な露光条件としてプロセス余裕度の算出に用いていた。その結果、著しい形状歪みが生じるため実際の露光工程では用いることのできない無効な露光条件も線幅が所定範囲内にある限り有効な露光条件としてプロセス余裕度の算出に用いられていた。
【００１０】
線幅の測定が不可能となる程度にパターン形状の歪みが大きくなる場合や一見して線幅が異常と判断される場合の露光条件は従来からプロセス余裕度を算出する上で無効な露光条件として排除されていたが、有効か無効かを判断する客観的な判断基準はなく線幅管理者の経験や勘に頼っていた。従って、算出されたプロセス余裕度には人為的な誤差が入り易く、また、無効な露光条件の排除が充分でないため、プロセス余裕度を実際より過大に見積もる傾向があり線幅管理の有効性が損なわれるという問題があった。
【００１１】
そこで本発明はプロセス余裕度の算出精度を高めて線幅管理の有効性を向上させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決は、線幅管理の対象となるパターンの線幅のパターン形成条件依存性を測定し、線幅測定値が許容範囲に収まるようなパターン形成条件を用いてプロセス余裕度を算出し、算出されたプロセス余裕度に基づいてパターン形成条件を調整する線幅管理方法において、線幅管理の対象となるパターンの形状状態を表わす形状パラメータのパターン形成条件依存性を測定し、該線幅測定値とともに該形状パラメータ測定値が許容範囲に収まるようなパターン形成条件を用いてプロセス余裕度を算出することを特徴とする線幅管理方法、
あるいは、パターン密度とパターン形状の類似性を判断基準にして複数のパターンタイプを設定し、各パターンタイプごとにパターンの形状状態を表わす形状パラメータを定義し、プロセス余裕度の算出に際しては、線幅管理の対象となるパターンがいずれのパターンタイプに属するか判断し、その判断結果に基づいて選択した形状パラメータを用いることを特徴とする上記線幅管理方法、
あるいは、形状パラメータとして、線幅のラフネスを示す指標、パターン断面のテーパ量、コンタクトホール形状の非対称性を示す指標を用いることを特徴とする上記線幅管理方法、
あるいは、線幅管理の対象となるパターンが同時に２つ以上のパターンタイプに属すると判断したときには、各パターンタイプに対して定義された形状パラメータを全て用いることを特徴とする上記線幅管理方法によって達成される。
【００１３】
本発明では、パターン形成条件を変化させたときに生じるパターン形状状態の変化を形状パラメータによって定義し、パターンの線幅測定値が許容範囲にあったとしても、形状パラメータが予め定めた所定範囲を超えるような形成条件は無効と見なして排除しプロセス余裕度の算出を行っている。従って、算出されたプロセス余裕度によって許容される形成条件の中に、実際のパターン形成工程では用いることのできない無効な形成条件が含まれることがなく従来に比べてより実際に近いプロセス余裕度を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はレジストパターンの線幅管理に本発明を適用した例を示すフローチャートである。まず、パターン線幅の露光条件依存性を測定し（Ｓ１）、その測定結果のうち線幅測定値が許容範囲外となる露光条件を排除する（Ｓ２）。また、線幅管理の対象となるパターンがどのパターンタイプに属するか判断し（Ｓ３）、その判断結果に基づいて形状パラメータを選択する（Ｓ４）。次に、選択した形状パラメータの露光条件依存性を測定し（Ｓ５）、その測定結果のうち線幅測定値が許容範囲外となる露光条件を排除する（Ｓ６）。そして、Ｓ２、Ｓ６の過程で有効と判断された露光条件を用いてプロセス余裕度を算出する（Ｓ７）。
【００１５】
以上のことから本発明の実施に際しては、最初に線幅管理の対象となるパターンに対して用いる形状パラメータを決める必要がある。本発明者は様々な形状のレジストパターンを露光条件を変えて形成し露光条件によってパターン形状がどのように変化するかを実験的に調べ、パターンのタイプに依存して類似した形状変化が生じることを確かめた。
【００１６】
図２はフォーカスを基準値からマイナス方向及びプラス方向に変化させたときのパターン断面形状の変化を模式的に示している。同図において、１はパターン間の干渉が生じない程度にパターン同士が離れている孤立パターン、２はパターン間の干渉が生じる程度にパターン密度の高い繰り返しパターンである。同図に見られるように、孤立パターン１はフォーカスがマイナス方向へずれるとパターン端部が逆テーパ状に変化し、プラス方向へずれると順テーパ状に変化する。一方、線幅のラフネスに大きなフォーカス依存性は見られなかった。
【００１７】
繰り返しパターン２ではフォーカスのずれによるパターン端部の断面形状に大きな変化は見られないものの線幅のラフネスが大きくなる傾向が見られた。このことは孤立パターンの線幅管理にはパターン端部のテーパ量、繰り返しパターンの線幅管理には線幅のラフネスを形状パラメータとして用いるのが適当であることを示している。
【００１８】
以下に述べる実施例において、テーパ量はテーパの底面と上面の長さの差あるいはテーパ角で定義し、線幅のラフネスは、パターンの長さ方向の単位長内で測定位置をずらしながらＣＤ−ＳＥＭを走査して線幅を測定しそのばらつきの平均値３σ（ＬＥＲ）で定義する。
一方、微小な面積を有するコンタクトホールパターンは上述した１次元形状のパターンとは異なった傾向の形状変化を示す。図３はフォーカスを変化させて得られたコンタクトホールパターンを示したＳＥＭ写真である。同図は一辺が２００ｎｍの矩形状パターンをフォトマスクに用いて基板上に転写したものであり、矩形状のコンタクトホールパターンは非対称性を有する歪んだ円形状に変化することがわかる。本実施例では、この形状の変化を同図に示したように角度を変えて測定した径のばらつきの平均値によって定義する。
【００１９】
次に、繰り返しパターンの線幅管理に本発明を適用した結果について述べる。まず、１１０ｎｍのラインアンドスペースパターンをフォトマスクに用いフォーカスと露光量を変えて電子線露光を行うことによりレジスト面上にパターンを形成し線幅をＣＤ−ＳＥＭで測定した。図４はフォーカスの基準値からのずれに対する線幅の測定値を露光量をパラメータとしてプロットしたものであり、線幅の許容範囲を±１０ｎｍとする線幅管理を行う。
【００２０】
繰り返しパターンの形状状態を表わす形状パラメータとして、前述したように線幅のラフネスを表わすＬＥＲを用いることとし、図４にしめされている測定点ごとにＬＥＲ値を測定する。そして、測定点ごとにＬＥＲ値が臨界値を超えるか否かを判断する。ＬＥＲの臨界値は線幅管理の対象となる繰り返しパターンに対して線幅のラフネスをどこまで許容するかによって決められる。
【００２１】
図５は図４と同様に露光量をパラメータとした線幅のフォーカス依存性を示したものであるが、ＬＥＲ値が所定値以下となる測定点のみを用いて作成されている。即ち、図５は図４に示された測定点のうち線幅のラフネスが所定範囲外となる測定点を排除して作成されている。
図６は線幅の許容範囲±１０ｎｍに対応するフォーカスと露光量の関係を示したものであり、図５の測定結果から得られる。同図中実線で示した曲線はパターン線幅の許容限界値に対応する１１０ｎｍ±１０ｎｍの等高線を示している。また、点線で示した曲線は図４の測定結果から得られたものであり、これは従来方法による等高線に該当する。両者を比較すると、フォーカスの許容幅が従来方法によれば−０．４〜＋０．４μｍ　であるのに対し本発明では−０．２〜＋０．３μｍ　と狭くなっていることがわかる。
【００２２】
従来方法により求めたフォーカスの許容幅の中には線幅のラフネスが大きく実際の露光工程では用いることのできない無効なフォーカス値が含まれており、その結果、フォーカスの許容幅が見かけ上広くなっている。これに対しＬＥＲ値を考慮して求めたフォーカスの許容幅は線幅のラフネスが小さな有効なフォーカス値から成っており実際のプロセスを高い精度で反映している。
【００２３】
図７はフォーカスの許容幅と露光余裕度の関係を図５から求めたものであり、実線で示した曲線が本発明によって求めた露光余裕度を示している。同図からフォーカスの許容幅を０．４μｍ　に設定したときの露光余裕度は８％であることがわかる。また、同図には従来方法によって求めた露光余裕度を点線で示しており、これによればフォーカスを０．４μｍ　に設定したときの露光余裕度は１１．５％となる。
【００２４】
次に、孤立パターンの線幅管理に本発明を適用した例について述べる。線幅１１０ｎｍの孤立ラインパターンをフォトマスクに用いフォーカスと露光量を変えて電子線露光を行うことによりレジスト面上にパターンを形成し線幅をＣＤ−ＳＥＭで測定した。図８はフォーカスの基準値からのずれに対する線幅の測定値を露光量をパラメータとして求めたものである。
【００２５】
ここでは孤立ラインパターンの形状状態を表わす形状パラメータとしてパターン端部のテーパ角を用いる。そして、図８中の測定点ごとにテーパ角を測定し臨界値を超えるか否かを判断する。テーパ角の臨界値は線幅管理の対象となる孤立パターンに対してテーパ角の変化幅をどこまで許容するかによって決められる。図９は図８と同じく露光量をパラメータとする線幅のフォーカス依存性を示したものであるが、図８に示された測定点のうちテーパ角が臨界値を超える測定点を排除して作成されている。
【００２６】
図１０は線幅の許容範囲に対応するフォーカスと露光量の関係を示したものであり、図９の測定結果から得られる。同図中実線で示した曲線は線幅の許容上限値と下限値に対応する等高線を示している。また、点線で示した曲線は図８の測定結果から求めたものであり従来方法による等高線に該当する。両者を比較すると本発明により求めたフォーカスの許容幅が従来方法で求めた許容値に比べて狭くなっていることがわかる。
【００２７】
図１１はフォーカスの許容幅と露光余裕度の関係を図１０から求めたものであり、実線で示した曲線が本発明によって求めた露光余裕度を示している。同図からフォーカスの許容幅を０．４μｍ　に設定したときの露光余裕度は４．５％であることがわかる。また、同図には従来方法によって求めた露光余裕度を点線で示しており、フォーカスを０．４μｍ　に設定したときの露光余裕度は９％となる。
【００２８】
次に、コンタクトホールパターンの形成に対して本発明を適用した例について述べる。前述の実施例と同様にフォーカスと露光量を変えて電子線露光を行うことによりレジスト面上に一辺が２００ｎｍのコンタクトホールパターンを形成した。パターン形状は図３に示したように矩形から非対称に歪んだ円形に変化する。そこで、測定角度を変えて径を測定しその平均値を線幅として用いた。
【００２９】
図１２はフォーカスの基準値からのずれに対する線幅の測定値を露光量をパラメータとして求めたものである。
コンタクトホールパターンの形状状態を表わす形状パラメータとして前述のように径のばらつきの平均値で定義した指標を用いることとし、図１２中の測定点ごとにこの指標を算出する。そして、各測定点ごとに臨界値を超えるか否かを判断する。先の実施例と同様に臨界値は線幅管理の対象となるコンタクトホールパターンに対して形状歪みをどこまで許容するかによって決められる。
【００３０】
図１３は図１２と同じく露光量をパラメータとする線幅のフォーカス依存性を示したものであるが、図１２に示された測定点のうちコンタクトホールパターンの非対称性を示す指標が臨界値を超える測定点を排除して作成されている。
図１４は線幅の許容範囲に対応するフォーカスと露光量の関係を示したものであり、図１３の測定結果から求めることができる。同図中実線で示した曲線は線幅の許容上限値と下限値に対応する等高線を示している。また、点線で示した曲線は図１２の測定結果から求めたものであり従来方法で求めた等高線に該当する。前の実施例と同様に、フォーカスの許容幅が従来方法で求めたものに比べて狭くなっていることがわかる。
【００３１】
図１５はフォーカスの許容幅と露光余裕度の関係を図１４から求めたものであり、実線で示した曲線が本発明によって求めた露光余裕度を示している。同図からフォーカスの許容幅を０．６μｍ　に設定したときの露光余裕度は３９．０％となる。また、同図には従来方法によって求めた露光余裕度を点線で示しており、これによればフォーカスを０．６μｍ　に設定したときの露光余裕度は４０．５％となる。
【００３２】
上述した実施例では、線幅管理の対象となるパターンに対してそれぞれ１個の形状パラメータを用いているが、２個以上の形状パラメータを用い、これらの形状パラメータがともに臨界値以下となる露光条件のみを用いてプロセス余裕度を算出することもできる。また、パターンの形状状態を示す形状パラメータとして前述のように定義したコンタクトホール形状の非対称性を示す指標の他にパター面積を用い、パターン面積が臨界値を超えるか否かにより露光条件が有効か無効かを判断するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来に比べてより実際に近いプロセス余裕度を得ることができるので、これを用いた線幅管理の有効性を向上させる上で有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すフローチャート
【図２】パターンの形状歪みを示す断面図
【図３】コンタクトホールパターンの非対称性とその定義を示す図
【図４】繰り返しパターン線幅の露光条件依存性を示す図（その１）
【図５】繰り返しパターン線幅の露光条件依存性を示す図（その２）
【図６】繰り返しパターン線幅の許容範囲と露光条件との関係を示す図
【図７】繰り返しパターンの露光余裕度を示す図
【図８】孤立パターン線幅の露光条件依存性を示す図（その１）
【図９】孤立パターン線幅の露光条件依存性を示す図（その２）
【図１０】孤立パターン線幅の許容範囲と露光条件との関係を示す図
【図１１】孤立パターンの露光余裕度を示す図
【図１２】コンタクトホールパターン径の露光条件依存性を示す図（その１）
【図１３】コンタクトホールパターン径の露光条件依存性を示す図（その２）
【図１４】コンタクトホールパターン径の許容範囲と露光条件との関係を示す図
【図１５】コンタクトホールパターンの露光余裕度を示す図
【図１６】従来例に係るパターン線幅の露光条件依存性を示す図
【図１７】従来例に係るパターン線幅の許容範囲と露光条件との関係を示す図
【図１８】従来例に係る露光余裕度を示す図
【符号の説明】
１　孤立パターン
２　繰り返しパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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