(57)【要約】【課題】  迅速かつ容易にパターン倒れの有無を調べることができるパターン倒れ測定方法を得る。【解決手段】  ウェハ上に形成されたレジストに、評価パターンと固定パターンを含むパターン倒れ測定パターンを露光する工程と、レジストに対して現像プロセスを行う工程と、レジストに現像されたパターン倒れ測定パターンの重心位置の変動を測定して評価パターンのパターン倒れの有無を調べる工程とを有する。ただし、固定パターンは現像プロセスではパターン倒れが生じない。【選択図】      図１
2005217070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ上に形成されたレジストに、評価パターンと固定パターンを含むパターン倒れ測定パターンを露光する工程と、
前記レジストに対して現像プロセスを行う工程と、
前記レジストに現像された前記パターン倒れ測定パターンの重心位置の変動を測定して前記評価パターンのパターン倒れの有無を調べる工程とを有し、
前記固定パターンは前記現像プロセスではパターン倒れが生じないことを特徴とするパターン倒れ測定方法。
【請求項２】
前記評価パターンはラインパターンであり、
前記固定パターンと前記評価パターンの間隔は露光波長の３倍以上であることを特徴とする請求項１記載のパターン倒れ測定方法。
【請求項３】
前記評価パターンは複数のパターンが密集したパターンであり、
前記固定パターンと前記評価パターンは隣接していることを特徴とする請求項１記載のパターン倒れ測定方法。
【請求項４】
前記レジストの前記パターン倒れ測定パターンの近傍に、第１のパターンと第２のパターンを含むフォーカスずれ測定パターンを露光する工程と、
前記レジストに現像された前記フォーカスずれ測定パターンの重心位置の変動を測定してフォーカスのずれを測定する工程を更に有し、
前記第２のパターンは、前記第１のパターンと直交し、前記第１のパターンよりも細いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のパターン倒れ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像プロセスによるパターン倒れの有無を調べるパターン倒れ測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レジストパターンを形成するには、まず、ウェハ上に形成されたレジストに、マスクを用いてパターンを露光する。次に、現像プロセスを行う。即ち、ウェハを現像液に浸し、現像終了後、リンス液で現像液を置換し、スピン乾燥によりリンス液を除去する。
【０００３】
そのリンス液除去処理時に、パターン間に表面張力が発生する。この様子を図７に示す。図７において、ウェハ７１上に形成されたパターン７２の間にリンス液７３が存在している。そして、パターンに作用する最大ストレスσは次の式で表される。
【数１】
2005217070.tif 000003
ただし、γはリンスの表面張力、θは接触角度、Ｈはパターンの高さ、Ｄはパターンのピッチ、Ｗはパターンの幅、Ｈ／Ｗはアスペクト比である。
【０００４】
この式によると、左右のスペース幅が異なるレジストパターンの場合、左右の表面張力が等価でなくなるため、引っ張り力が発生し、レジストの密着力がそれに耐えられない場合、パターン倒れが発生する。また、レジストパターンは、微細化するほど、そのアスペクト比（厚み／幅）は大きくなるため、パターン倒れが発生し易くなる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
パターン倒れが発生するとその後のデバイス形成が出来なくなるため、使用するプロセスにおけるパターン倒れの発生限界を把握することは重要である。このパターン倒れを測定するために、従来はＳＥＭ観察が用いられていた。
【０００６】
【非特許文献１】J. Simons, et al. "Image Collapse Issues in Photoresist", Proceeding of SPIE Vol. 4345, 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＳＥＭ観察によるパターン倒れの測定は、測定が容易ではなく、測定時間がかかる。これにより、多量のデータを取得できないため、パターン倒れのウェハ面内分布等の測定ができず、またデータ量不足により統計的なデータ処理もできなかった。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、迅速かつ容易にパターン倒れの有無を調べることができるパターン倒れ測定方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るパターン倒れ測定方法は、ウェハ上に形成されたレジストに、評価パターンと固定パターンを含むパターン倒れ測定パターンを露光する工程と、レジストに対して現像プロセスを行う工程と、レジストに現像されたパターン倒れ測定パターンの重心位置の変動を測定して評価パターンのパターン倒れの有無を調べる工程とを有する。ただし、固定パターンは現像プロセスではパターン倒れが生じない。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、迅速かつ容易にパターン倒れの有無を調べることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１に係るパターン倒れ測定方法について以下に説明する。まず、ウェハ上に形成されたレジストに、図１に示す基準パターン１１及びパターン倒れ測定パターン１２を露光する。ただし、光源としては、光源としてＡｒＦレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）又はＥＢの何れかを用いる。
【００１２】
次に、露光したレジストに対して現像プロセスを行う。即ち、ウェハを現像液に浸し、現像終了後、リンス液で現像液を置換し、スピン乾燥によりリンス液を除去する。
【００１３】
ここで、基準パターン１１は、一辺が１５μｍの正方形である。また、パターン倒れ測定パターン１２は、固定パターン１３と評価パターン１４を含む。そして、固定パターン１３は、基準パターン１１を囲む一辺が３０μｍの正方形の枠状に形成されている。この固定パターン１３は、幅が１μｍあり、１００ｎｍノード・レベルのプロセスでは太いパターンと言え、上記の現像プロセスではパターン倒れが発生しない。一方、評価パターン１４は、固定パターン１３と１μｍの間隔を開けて並行に配置された幅１００ｎｍ程度の１本のラインパターンである。
【００１４】
次に、レジストに現像された基準パターン１１及びパターン倒れ測定パターン１２の重心位置をそれぞれ重ね合わせ測定器を用いて測定する。ここで、重ね合わせ測定器とは、通常は別マスクで形成した２つのパターンを観測して、その重ね合わせ状況を測定するのに用いられるものである。そして、この重ね合わせ測定器を用いて、数μｍ以下のサイズの要素で構成されるパターンを測定すると、パターン像の重心位置がパターンの位置として測定される。なお、ここでは、２つのマスク間の重ね合わせ状況を測定するのが目的でないため、１つのマスクで基準パターン１１及びパターン倒れ測定パターン１２を形成する。
【００１５】
基準パターン１１の重心位置は、評価パターン１４のパターン倒れの有無によらず一定である。しかし、パターン倒れ測定パターン１２の重心位置は評価パターン１４のパターン倒れの有無によって変動する。そこで、基準パターン１１の重心位置を基準にしてパターン倒れ測定パターン１２の重心位置の変動を測定して、評価パターン１４のパターン倒れの有無を調べる。これにより、迅速かつ容易にパターン倒れの有無を調べることができる。
【００１６】
ここで、評価パターン１４は細いため、このパターンのみを重ね合わせ測定器で測定することは難しい。そこで、固定パターン１３を形成して、両パターンを含むパターン倒れ測定パターン１２の重心位置を測定するようにしている。
【００１７】
また、固定パターン１３と評価パターン１４の間隔は１μｍであるため、上記の光源を用いた場合には、パターン同士の間隔が露光波長の３倍以上であるため、評価パターン１４は光学的には孤立パターンと見なせる。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態２に係るパターン倒れ測定方法について以下に説明する。まず、実施の形態１と同様の方法により、ウェハ上に形成されたレジストに図２に示すパターンを露光し、現像プロセスを行う。
【００１９】
ここで、露光するパターンは、図２（ａ）に示すように、同様なパターンが象限別に配置されたパターンである。この各象限におけるパターンは、基準パターン２１及びパターン倒れ測定パターン２２からなる縦長のパターンを複数本、互いに１０００ｎｍ間隔を開けて、並べたものである。
【００２０】
そして、図２（ａ）において点線で囲った部分の拡大図を図２（ｂ）に示す。基準パターン２１は、長さ８μｍ、幅１５００ｎｍのラインパターンである。また、パターン倒れ測定パターン２２は、固定パターン２３と評価パターン２４を含む。そして、固定パターン２３は、長さ８μｍ、幅５００ｎｍのラインパターンである。この固定パターン２３は、幅が５００ｎｍあるため、上記の現像プロセスではパターン倒れが発生しない。一方、評価パターン２４は、固定パターン２３と８００ｎｍの間隔を開けて並行に配置された幅１００ｎｍ程度の１本のラインパターンである。
【００２１】
次に、レジストに現像された基準パターン２１及びパターン倒れ測定パターン２２の重心位置をそれぞれ重ね合わせ測定器を用いて測定する。そして、実施の形態１と同様に、基準パターン２１の重心位置を基準にしてパターン倒れ測定パターン２２の重心位置の変動を測定して、評価パターン２４のパターン倒れの有無を調べる。これにより、迅速かつ容易にパターン倒れの有無を調べることができる。
【００２２】
ここで、評価パターン２４は細いため、このパターンのみを重ね合わせ測定器で測定することは難しい。そこで、固定パターン２３を形成して、両パターンを含むパターン倒れ測定パターン２２の重心位置を測定するようにしている。
【００２３】
また、基準パターン幅を１５００ｎｍとっているため、固定パターン２３と評価パターン２４の間隔は少なくとも８００ｎｍであるため、上記の光源を用いた場合には、パターン同士の間隔が露光波長の３倍以上であるため、評価パターン２４は光学的には孤立パターンと見なせる。
【００２４】
なお、複数の評価パターン２４のそれぞれの幅を連続的に変えれば、パターン倒れが発生する幅の境界を判明できる。また、パターンサイズを固定して、ウェハ面内、ウェハ面間でのパターン倒れの分布を測定することも可能である。
【００２５】
また、固定パターン２３は幅を５００ｎｍ以上にするのが好ましく、評価パターン２４は幅を２００ｎｍ以下にするのが好ましい。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態３に係るパターン倒れ測定方法について以下に説明する。まず、実施の形態１と同様の方法により、ウェハ上に形成されたレジストに、図３に示す基準パターン３１及びパターン倒れ測定パターン３２を露光し、現像プロセスを行う。
【００２７】
ここで、基準パターン３１は、一辺が１５μｍの正方形である。また、パターン倒れ測定パターン３２は、基準パターン３１を囲む一辺が３０μｍの正方形の枠状に形成され、固定パターン３３と評価パターン３４を含む。
【００２８】
固定パターン３３は、幅が５００ｎｍの太いラインパターンであり、上記の現像プロセスではパターン倒れが発生しない。一方、評価パターン３４は、パターン倒れを測定する幅、ピッチで並んだ複数のラインパターンである。即ち、複数のパターンが密集したパターンである。ここでは、各ラインパターンの幅は１００ｎｍ程度である。
【００２９】
次に、レジストに現像された基準パターン３１及びパターン倒れ測定パターン３２の重心位置をそれぞれ重ね合わせ測定器を用いて測定する。そして、実施の形態１と同様に、基準パターン３１の重心位置を基準にしてパターン倒れ測定パターン３２の重心位置の変動を測定して、評価パターン３４のパターン倒れの有無を調べる。これにより、迅速かつ容易にパターン倒れの有無を調べることができる。
【００３０】
ここで、パターン倒れ測定パターン３２の左辺及び右辺では、右端に固定パターン３３が形成され、この固定パターン３３の左側に隣接するように評価パターン３４が形成されている。このため、評価パターン３４を構成するラインパターンのうち、スペースが最も広い左端のパターンに最も大きな表面張力が働く。その結果、左端のパターンが右側に倒れ、パターン倒れ測定パターン３２の重心位置は右側に変動する。このように、パターン倒れ測定パターン３２の左辺及び右辺のパターンを、パターン倒れが発生すると重心位置が同じ方向に変動するように構成することで認識制度を向上することができる。また、パターン倒れ測定パターン３２の上辺及び下辺に関しても同様である。
【００３１】
実施の形態４．
実施の形態４に係るパターン倒れ測定方法について以下に説明する。まず、実施の形態１と同様の方法により、ウェハ上に形成されたレジストに図４に示すパターンを露光し、現像プロセスを行う。
【００３２】
ここで、露光するパターンは、図４（ａ）に示すように、同様なパターンが象限別に配置されたパターンである。この各象限におけるパターンは、基準パターン４１及びパターン倒れ測定パターン４２からなる縦長のパターンを複数本、互いに１０００ｎｍ間隔を開けて、並べたものである。
【００３３】
そして、図４（ａ）において点線で囲った部分の拡大図を図４（ｂ）に示す。基準パターン４１は、長さ８μｍ、幅１５００ｎｍのラインパターンである。また、パターン倒れ測定パターン４２は、固定パターン４３と評価パターン４４を含む。そして、固定パターン４３は、長さ８μｍ、幅５００ｎｍのラインパターンであり、上記の現像プロセスではパターン倒れが発生しない。一方、評価パターン４４は、パターン倒れを測定する幅、ピッチで並んだ複数のラインパターンである。即ち、複数のパターンが密集したパターンである。ここでは、各ラインパターンの幅は１００ｎｍ程度である。
【００３４】
次に、レジストに現像された基準パターン４１及びパターン倒れ測定パターン４２の重心位置をそれぞれ重ね合わせ測定器を用いて測定する。そして、実施の形態１と同様に、基準パターン４１の重心位置を基準にしてパターン倒れ測定パターン４２の重心位置の変動を測定して、評価パターン４４のパターン倒れの有無を調べる。これにより、迅速かつ容易にパターン倒れの有無を調べることができる。
【００３５】
ここで、パターン倒れ測定パターン４２では、右端に固定パターン４３が形成され、この固定パターン４３の左側に隣接するように評価パターン４４が形成されている。このため、評価パターン４４を構成するラインパターンのうち、スペースが最も広い左端のパターンに最も大きな表面張力が働く。その結果、左端のパターンが右側に倒れ、パターン倒れ測定パターン４２の重心位置は右側に変動する。このように、パターン倒れが発生すると重心位置が同じ方向に変動するようにパターンを構成することで認識制度を向上することができる。
【００３６】
実施の形態５．
実施の形態５に係るパターン倒れ測定方法は、パターン倒れだけでなく、フォーカスずれも測定することを目的とする。ここで、露光機による各ショットにおいて、フォーカスは一様にならず、有限のフォーカスばらつきが発生してしまう。このフォーカスずれにより、孤立ラインパターンの場合は寸法が細くなり、密集パターンの場合はレジストの断面形状が逆テーパーになって、パターン倒れが発生しやすくなる。従って、パターン倒れが発生した場合に、それがフォーカスずれによるものか、パターン形状によるものかを分離する必要がある。そこで、パターン倒れ測定パターンの近傍に、重ね合わせ測定器でフォーカスずれを測定できるフォーカスずれ測定パターンを形成する。
【００３７】
実施の形態５に係るパターン倒れ測定方法について以下に説明する。まず、実施の形態１と同様の方法により、ウェハ上に形成されたレジストに図５に示すパターンを露光し、現像プロセスを行う。
【００３８】
ここで、露光するパターンは、図５（ａ）に示すように、同様なパターンが象限別に配置されたパターンである。この各象限におけるパターンは、基準パターン５１及びフォーカスずれ測定パターン５３からなる縦長のパターンを、互いに１０００ｎｍ間隔を開けて並べたものである。
【００３９】
そして、図５（ａ）において点線で囲った部分の拡大図を図５（ｂ）に示す。基準パターン５１は、長さ８μｍ、幅１６００ｎｍのラインパターンである。また、フォーカスずれ測定パターン５３は、左側に配置された第１のパターン５４と右側に配置された第２のパターン５５を含む。そして、第１のパターン５４は、長さ８μｍ、幅５００ｎｍのラインパターンである。一方、第２のパターン５５は、第１のパターン５４と直交し、第１のパターン５４よりも細いラインパターンを５００ｎｍ置きに複数本並べたものである。ここでは、第２のパターン５５の各ラインパターンの幅は、例えば１００、１２０、１５０、１８０ｎｍの何れかにする。
【００４０】
次に、レジストに現像された基準パターン５１及びフォーカスずれ測定パターン５３の重心位置をそれぞれ重ね合わせ測定器を用いて測定する。そして、基準パターン５１の重心位置を基準にしてフォーカスずれ測定パターン５３の重心位置の変動を測定して、フォーカスずれを測定する。
【００４１】
ここで、フォーカスがずれると、右側にある第２のパターン５５の各ラインパターンは細いため、ライン端が後退するが、左側にある第１のパターン５４は太いためほとんど寸法が変動しない。これにより、フォーカスずれ測定パターン５３の左端は移動せず、右端のみ移動することになり、フォーカスずれ測定パターン５３の重心は左に移動する。これにより、フォーカスずれを測定することができる。
【００４２】
また、図５（ｃ）に示すように、基準パターン５１の代わりに、向きが逆のフォーカスずれ測定パターン５３を配置しても良い。この場合、２つのフォーカスずれ測定パターン５３が逆方向に移動するため、測定感度が２倍になる。
【００４３】
実施の形態６．
実施の形態６に係るパターン倒れ測定方法も、実施の形態５と同様に、パターン倒れだけでなく、フォーカスずれも測定することを目的とする。実施の形態６に係るパターン倒れ測定方法について以下に説明する。まず、実施の形態１と同様の方法により、ウェハ上に形成されたレジストに、図６に示す基準パターン６１及びフォーカスずれ測定パターン６２を露光し、現像プロセスを行う。
【００４４】
ここで、フォーカスずれ測定パターン６２は、第１のパターン６３と第２のパターン６４を含む。そして、基準パターン６１及び第１のパターン６３は、それぞれ実施の形態３の基準パターン３１及び固定パターン３３と同様である。また、第２のパターン６４は、図６に示すように、第１のパターン６３と直交し、第１のパターン６３よりも細いラインパターンを５００ｎｍ置きに複数本並べたものである。ここでは、第２のパターン６４の各ラインパターンの幅は、例えば１００、１２０、１５０、１８０ｎｍの何れかにする。
【００４５】
次に、レジストに現像された基準パターン６１及びフォーカスずれ測定パターン６２の重心位置をそれぞれ重ね合わせ測定器を用いて測定する。そして、基準パターン６１の重心位置を基準にしてフォーカスずれ測定パターン６２の重心位置の変動を測定して、フォーカスずれを測定する。
【００４６】
ここで、フォーカスがずれると、左側にある第２のパターン６４の各ラインパターンは細いため短くなるが、右側にある第１のパターン６３は太いためほとんど寸法が変動しない。これにより、フォーカスずれ測定パターン６２の重心は右に移動する。これにより、フォーカスずれを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１においてレジストに露光するパターンを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２においてレジストに露光するパターンを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３においてレジストに露光するパターンを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態４においてレジストに露光するパターンを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態５においてレジストに露光するパターンを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態６においてレジストに露光するパターンを示す図である。
【図７】リンス液除去処理時に、パターン間に表面張力が発生する様子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１，２１，３１，４１，５１，６１  基準パターン
１２，２２，３２，４２，５２  パターン倒れ測定パターン
１３，２３，３３，４３  固定パターン
１４，２４，３４，４４  評価パターン
５３，６２  フォーカスずれ測定パターン
５４，６３  第１のパターン
５５，６４  第２のパターン
【図１】
2005217070.tif 000004
【図２】
2005217070.tif 000005
【図３】
2005217070.tif 000006
【図４】
2005217070.tif 000007
【図５】
2005217070.tif 000008
【図６】
2005217070.tif 000009
【図７】
2005217070.tif 000010