(57)【要約】【課題】高精度でかつ簡易に、レジストパターンのライン端の後退量を計測し、この計測値に基づいてレジストのボケを示すレジストブラを定量する。【解決手段】互いにピッチの異なるラインアンドスペースパターンが対向して配置される評価用マスクパターンを用いてレジストの露光／現像をし、重ね合わせ検査装置を利用してパターンのライン端後退量を求める。この求めたライン端後退量をレジストブラの特性関数と突き合わせることにより、レジストブラを求める。【選択図】図５
2009103799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたレジストに検出マークを形成するステップを備え、前記検出マークは、少なくとも互いに対向して配置されるとともに互いに異なるピッチを有する第１および第２のラインアンドスペースパターンを有し、
前記第１および第２のラインアンドスペースパターン各々においてラインアンドスペースパターンのライン方向に沿った両端をボックスインボックスマークの対応する内辺および外辺とする重ね合わせ検査マークとして前記検出マークを用いて重ね合わせ誤差を測定し、該重ね合わせ誤差に従って前記第１および第２のラインアンドスペースのライン端後退量の差を求めるステップを備える、ライン端後退量の計測方法。
【請求項２】
請求項１の方法により求められたライン端後退量に基づいて、前記ラインアンドスペースパターン形成に用いられたレジストに転写された光学像のボケの度合を示すレジストブラを定量するステップを備える、レジストブラの定量方法。
【請求項３】
前記第１および第２のラインアンドスペースのうちの第１のラインアンドスペースのピッチは定量されるレジストブラの特性長の５ないし７倍の範囲であり、前記特性長は、前記レジストブラによる光学像のぼかしの作用を記述する、コンボリューションカーネルとして用いられるガウス関数の標準偏差で表わされる、請求項２記載のレジストブラの定量方法。
【請求項４】
前記第２のラインアンドスペースのピッチは、λ／ＮＡの２ないし３倍の範囲にあり、前記λは前記レジストに照射される光学系の光源の波長を示し、前記ＮＡは、前記光学系の開口数を示す、請求項２または３記載のレジストブラの定量方法。
【請求項５】
前記レジストブラを定量するステップは、
複数種類の前記第１および第２のラインアンドスペースパターンを用いて前記ライン端後退量を計測するステップと、
計測値と予測ライン端後退量との比較参照を行なうことによりレジストブラを定量するステップとを備え、前記予測ライン端後退量は、前記レジストの光学像とガウス関数とのコンボリューションにより決定される、請求項２から４のいずれかに記載のレジストブラの定量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光リソグラフィプロセスにおけるレジストパターンのライン端の後退量の計測方法およびこの計測方法を用いたレジストブラ（resist blur）の定量方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路の高集積化および微細化を支える技術として、光を利用するリソグラフィ技術がある。この光リソグラフィ技術においては、露光光源の波長が、解像可能なパターン幅と比例関係にある。したがって、高集積化のために、この露光光源の波長を短くすることが行なわれる。このような短波長の露光光源として、エキシマレーザが用いられ、たとえばＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が実用化されている。
【０００３】
高集積化のために、回路パターンの幅が、この露光光波長より短くなっており、高解像度で微小線幅のパターンを実現するために、レジストとして、高感度のレジストを用いることが要求される。このようなレジストとして、化学増幅型レジストと呼ばれるレジストがある。化学増幅型レジストは、レジスト膜中に、光酸発生剤が添加される。光反応により、レジスト膜中で酸を発生させる。露光後の加熱により、この酸を触媒として、レジスト構成高分子が反応して、このレジスト樹脂成分を不溶化させている保護基を脱離させる。すなわち、露光部で発生した酸の触媒作用により、レジスト樹脂成分の保護基の脱離反応が生じ、レジスト樹脂成分が、アルカリ現像液に対して可溶な組成に変化する。
【０００４】
この機構を利用して、現像液に不溶な未露光部の樹脂成分を残し、露光部の樹脂成分を溶解させることにより、微細パターンを形成する。酸による触媒反応は、露光後の加熱処理（ＰＥＢ：露光後ベーク）により行なわれる。この露光後のベークにより、レジスト膜中の潜像は、現像液に対する溶解速度の分布パターンに変換される。化学増幅型レジストにおいては、露光により発生する酸が少量であっても、熱拡散により連鎖的に反応が進行するため、極めて感度の高いレジストを得ることができる。
【０００５】
しかしながら、この化学増幅型レジストを適用する場合、レジストを構成する材料物質の露光後のベーク時の移動に起因すると考えられる実効的な光学像のボケが大きな問題となっている。すなわち、上述のように、露光後ベーク（ＰＥＢ）後の現像液に対する溶解度の分布パターンは、熱拡散により変調される酸の分布の経時変化に依存する脱離反応の分布により形成されるため、上記の熱拡散の影響を受け、鈍ったものとなる。この溶解速度の分布において、ボケがないときの未露光部分が現像される、ボケのない時の露光部分が溶解されない、というような状態が生じる。このため、フォトマスクを用いて鮮鋭な光学像をレジスト上に露光しても、現像後のパターンでは、実効的なコントラストが劣化するので、プロセス裕度が小さくなるという問題が生じる。
【０００６】
さらに、この実効的な光学像の「ボケ」のために、解像限界寸法が制限される。このため、レジストパターン形成の予測のためには、この実効的な光学像のボケ（以下、レジストブラ（resist blur）と称す）の定量が極めて重要となる。このレジストブラの定量により、高精度の光近接効果補正を、マスクに対して行なうことができ、所望のレジストパターンを形成することができる。また、レジストブラを定量することにより、プロセス条件の最適化を図ることもできる。
【０００７】
このようなレジストブラを求める方法が、非特許文献１（J.A. Hoffnagle et. al.,“Characterization of photoresist spatial resolution by interferometric lithography”, Proceedings of SPIE, Vol. 5038, 2003, pp. 464-471）に示されている。この非特許文献１においては、変調伝達関数を用いて、照明光分布と線拡がり関数との畳込み演算を行って、レジストの潜像パターンをモデル化する。現像パターンについては、ラインアンドスペースパターンを利用し、露光量がしきい値以上の場合には現像され、しきい値以下の場合には、非現像とされるしきい値モデル（スライスモデル）を利用する。露光量に対するレジストパターンの線幅を求めて、露光量の変化ΔＤｏｓｅと線幅のクリティカルディメンジョン（最小線幅）ＣＤの変化ΔＣＤとの関係からレジストブラを求めている。
【０００８】
また、非特許文献２（中尾等、「高ＮＡ  ＡｒＦリソグラフィにおけるレジストブラの影響」、第６７回応用物理学会学術講演会、２００６年秋（８月２９日から９月１日）、講演番号３１ｐ−ＲＣ−１５）においては、レジストブラが、光学像への単一ガウス関数の畳込みにより精度よく記述されることが開示されている。すなわち、この非特許文献２においては、上記の畳込みにより記述した実効的な光学像がレジストで形成され、その光学像の一定像強度を境界として、この境界値よりも高強度の部分では、レジストが溶解して現像後には消失し、それより低強度の部分ではレジストは非溶解で現像後に残存するといういわゆる「スライスレベル法」により、レジストパターンの形成が高精度に説明されることが示される。ここで、化学増幅型レジストとしては、ポジ型レジストが用いられている。
【０００９】
また、レジストパターンを計測する場合、一般に走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて計測することが行なわれる。ＳＥＭを用いてレジストパターンを観察する構成が、非特許文献３（C.H.J. Wu, et. al.,“Investigation on the Mechanism of the 193 nm Resist Linewidth Reduction During the SEM Measurement”, Proceedings of SPIE, Vol.4345, 2001, pp.190-199）に示されている。この非特許文献３においては、ＡｒＦ露光用の化学増幅型レジストに形成されたレジストパターンは、ＳＥＭ観察により収縮することが示される。
【非特許文献１】J.A. Hoffnagle et. al.,“Characterization of photoresist spatial resolution by interferometric lithography”, Proceedings of SPIE, Vol.5038, 2003, pp.464-471
【非特許文献２】中尾等、「高ＮＡ  ＡｒＦリソグラフィにおけるレジストブラの影響」、第６７回応用物理学会学術講演会、２００６年秋（８月２９日から９月１日）、講演番号３１ｐ−ＲＣ−１５
【非特許文献３】C.H.J. Wu, et. al.,“Investigation on the Mechanism of the 193 nm Resist Linewidth Reduction During the SEM Measurement”, Proceedings of SPIE, Vol.4345, 2001, pp.190-199
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の非特許文献１に示されるレジストブラの定量方法においては、走査電子顕微鏡を用いて現像後のレジストパターンの線幅を測定している。すなわち、ラインアンドスペースパターンのライン幅と、しきい値露光量に対する実際の露光量の比との間の関係を求め、最終的に、求めた曲線から実効的な像コントラストを求めている。したがって、この曲線を求めるために、連続的に変化させた露光量に対してＳＥＭを用いて数多くのラインアンドスペースパターンについて線幅を測定する必要があり、レジストブラを求める工程（測長）数が多くなり、その手続が煩雑となるという問題が生じる。
【００１１】
また、非特許文献３においては、レジストパターンの線幅の計測に対してはＳＥＭを用いる場合、電子ビーム照射により、レジストが収縮することが示されている。前述の非特許文献１に示される方法においては、ＳＥＭを用いて線幅を計測しており、レジストパターンが電子ビーム照射により変形するため、計測精度が劣化するという問題がさらに生じる。
【００１２】
また、上述の非特許文献２においては、本願発明者らにより、スライスレベル法を用いることにより、レジストパターンの形成が高精度に説明されることが検証されている。また、このレジストパターン形成過程の解明において、レジストパターンのライン端の後退（ラインアンドスペースのパターンのライン端の収縮）が、レジストブラによりさらに大きく変化することが見出されている。しかしながら、この非特許文献２においては、ライン端後退量を測定することにより、レジストブラの定量が可能であることは示唆されているものの、レジストブラを高精度でかつ容易に定量するための具体的な手法については開示されていない。
【００１３】
それゆえ、この発明の目的は、容易にかつ高精度でレジストパターンのライン端後退量を測定することができる計測方法およびこの計測方法を用いてレジストブラを高精度で容易に定量することのできる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の第１の観点に係る計測方法は、互いにピッチの異なる第１および第２のラインアンドスペースパターンを対向して形成される検出マークを有するレジストパターンを転写する。この検出マークを重ね合わせ検査マークとして用いて重ね合わせ誤差を測定して、ライン端後退量の差を求める。
【００１５】
この発明の第２の観点に係るレジストブラの定量方法は、前述のライン端後退量計測方法に従って求められたライン端後退量から、レジストブラ特性曲線を参照して、ラインアンドスペースパターン形成に用いられたレジストに転写された光学像のボケの度合を示すレジストブラを定量する。
【発明の効果】
【００１６】
この発明においては、検出マークは、重ね合わせ誤差検出を行なう方法と同様の方法で測定し、ライン端の後退量を求めている。したがって、ＳＥＭなどの電子ビームを照射する必要がなく、レジストパターンの変動を抑制でき、また、測長を種々のピッチ条件を変更して行なう必要がなく、容易にかつ高精度で、ライン端の後退量を検出することができる。
【００１７】
また、このライン端後退量とレジストブラ特性曲線とに基づいて、レジストブラを定量しており、容易にレジストブラの定量を高精度で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［実施の形態１］
本実施の形態１においては、後述する実施の形態２においてレジストブラ（レジストの転写光学像のボケ）を求めるために適用するラインアンドスペースパターンのライン端部の後退量を測定する手法について説明する。
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態１に従うライン端後退量の計測方法を示すフロー図である。以下、図１を参照して、この発明の実施の形態１に従うライン端変動量の計測操作について説明する。
【００２０】
まず、サンプル基板に、レジスト膜を形成する（ステップＳＴ１）。このレジスト膜に対しては、その下側に下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）および上側に上層反射防止膜（ＴＡＲＣ）が形成される。反射防止膜ＢＡＲＣおよびＴＡＲＣを用いることにより、レジストパターン露光時に露光光の反射により光学像の歪みが生じるのを防止する。
【００２１】
次いで、露光装置において、このレジスト膜に対し、評価用検出マークが形成された評価用マスクパターンを用いて露光を行なう（ステップＳＴ２）。
【００２２】
露光後、レジスト膜の現像を行ない、この検出マーク（評価用マスクパターン）をレジストに転写する（ステップＳＴ３）。
【００２３】
この検出マークには、後に説明するように、ラインアンドスペースパターンが形成されており、露光工程おいてマスクパターンとレジストパターンとの間に、レジストブラによるずれが生じる。
【００２４】
このラインアンドスペースパターンが形成されたレジストに対して、重ね合わせ検査装置を用いて計測を行う。この計測において、レジストに転写されたラインアンドスペースで構成される検出マークを重ね合わせ検査マークとして用いて、以下に示すようにして、重ね合わせ誤差を計測して、レジストパターンのライン端の後退量を計測する（ステップＳＴ４）。
【００２５】
図２は、検出マークを露光する際に用いられるフォトマスク上に形成される評価用マスクパターンの一例を示す図である。ここで、この評価用マスクパターンにおいては、ポジ型レジストが用いられる場合を想定し、このスペースで示される領域を照明光が透過し、レジストを現像すると、レジストにおいては、その照射光領域が、溶解する。
【００２６】
図２において、この評価用マスクパターン１は、環状に配置される４つのラインアンドスペースパターンＰＡ−ＰＤを含む。ラインアンドスペースパターンＰＡは、そのスペースがＳ１であり、線幅がＬ１である。
【００２７】
ラインアンドスペースパターンＰＡに対向してラインアンドスペースパターンＰＢが配置される。このラインアンドスペースパターンＰＢは、スペースがＳ２であり、線幅がＬ２である。これらのラインアンドスペースＰＡおよびＰＢは、線幅およびスペースが互いに異なる。
【００２８】
別の辺において、ラインアンドスペースパターンＰＣが、ラインアンドスペースパターンＰＤと対向して配置される。ラインアンドスペースパターンＰＣは、スペースがＳ３であり、線幅がＬ３である。ラインアンドスペースパターンＰＤは、スペースがＳ４であり、線幅がＬ４である。ラインアンドスペースＰＣおよびＰＤも、線幅およびスペースが互いに異なる。
【００２９】
これらの対向するラインアンドスペースパターンＰＡおよびＰＢのそのスペースおよび線幅は互いに異なり、また対向して配置されるラインアンドスペースパターンＰＣおよびＰＤも、そのスペースおよびライン幅が異なる。これらのラインアンドスペースパターンＰＡ−ＰＤは、各々、スペースおよびライン幅は、１対１の関係をそれぞれ有する１：1ラインアンドスペースパターンである。
【００３０】
図３は、光学像計算により求めた、レジストブラ（ガウシアンσ）とライン端後退量との関係を各ラインアンドスペースパターンのピッチごとに示す図である。図３において横軸にレジストブラ（ガウシアンσ：レジストブラ特性値）を単位ｎｍで示し、縦軸に、ライン端後退量（ＬＥＳ：Line End Shrink）を単位ｎｍで示す。ラインアンドスペースのピッチは、１３２ｎｍ、１4０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、および２２０ｎｍである。
【００３１】
露光条件は、ＡｒＦエキシマレーザ光源であり、開口数ＮＡが。１．０７である。焦点ΔＦが、０および５０ｎｍの２つの場合の特性がプロットされている。
【００３２】
図３に示すように、ライン端後退量ＬＥＳは、レジストブラに依存する。パターンのピッチが小さくなるほどライン端後退量が、大きくなり、パターンのピッチが大きくなるとともにライン端後退量が、小さくなる。また、ラインアンドスペースパターンのピッチが大きくなるにつれ、そのピッチに対するライン端後退量の変化の度合も小さくなる。先に述べたように、検出マークにおいて対向するパターンのピッチは互いに異なる。従って、これらの対向するラインアンドスペースのライン端後退量も互いに異なる。このラインアンドスペースの内縁および外縁を、重ね合わせ検査マークとして利用することにより、以下に詳細に説明するように、ライン端後退量を重ね合わせ誤差として計測することが可能となる。
【００３３】
特に、図３において、高感度領域として示すように、レジストブラ（ガウシャンσ）が、パターンピッチの１／８程度から大きくなると、このレジストブラに対して、急激にライン端後退量が大きくなることが示される。したがって、想定されるレジストブラの量に応じた複数のピッチを有するラインアンドスペースパターンのライン端後退量を計測することにより、高精度でレジストブラを定量することが可能となる。以下、具体的にライン端後退量の計測について説明する。
【００３４】
図４は、重ね合わせ検査装置による重ね合わせ誤差の検出に一般的に用いられる検出マークの一例を示す図である。図４において、下層検出マーク２に位置合わせして、上層検出マーク３が形成される。この重ね合わせ誤差の検出は、顕微鏡、ＣＣＤカメラまたは干渉光などを用いて光学的に行われる。
【００３５】
半導体ウェハプロセスにおいては、回路パターン形成時においては、複数層の配線パターンが重ね合わせて転写される。この転写時において、位置合わせ精度が悪い場合、形成された配線の位置ずれが生じ、回路特性が劣化し、また配線の断線などの問題が生じる。このため、半導体ウェハにおいて、通常、スライスライン上に、重ね合わせの誤差を検出するための検出マークが各露光工程ごとに形成される。図４においては、矩形状の下層検出マーク２内部に、矩形状の上層検出マーク３が配置され、いわゆる「ボックスインボックス」マークが、重ね合わせ検出のために用いられる。この場合、上層検出マーク３の下層検出マーク２に対する中心位置のずれＸｃおよびＹｃは、それぞれ次式で表わされる：
Ｘｃ＝（ｘ１−ｘ２）／２、
Ｙｃ＝（ｙ１−ｙ２）／２
下層検出マーク２と上層検出マーク３の中心位置が一致している場合には、ｘ１＝ｘ２かつｙ１＝ｙ２であり、中心位置のずれＸｃおよびＹｃは、ともに、０となる。重ね合わせの位置ずれは生じていない。中心位置のずれＸｃおよびＹｃを用いて、露光装置における半導体ウェハのパターンの位置ずれ補正情報を生成し、半導体ウェハ露光前のアライメント工程において、位置合わせ補正が行なわれる。この図４に示す重ね合わせ検出マークの原理を利用して、図２に示す検出マークが転写されたレジスト光学像におけるライン端後退量を光学的に求める。
【００３６】
図５は、評価用マスクパターンとレジストパターンの対応を概略的に示す図である。図５において、マスクパターン１においては、先の図２に示すように、４つのラインアンドスペースパターンＰＡ−ＰＤが４辺それぞれに沿って環状に配置される。これらのラインアンドスペースパターンＰＡ−ＰＤがレジストに転写される。現像前の熱処理（ＰＥＢ）におけるレジスト構成物質の移動によるレジストブラにより、各ライン端が、破線で示すように移動する（後退する）。
【００３７】
この場合、レジストパターンにおいて各ラインアンドスペースパターンＰＡ−ＰＤのライン端が、それぞれ、矢印で示すように移動する。ラインアンドスペースパターンＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、およびＰＤは、各々ライン長が、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、およびＹ２を有する。パターンＰＡおよびＰＢにおいて、ピッチＳ１およびＳ２は、Ｓ１＜Ｓ２の関係を有し、パターンＰＣおよびＰＤにおいては、ピッチＳ３およびＳ４は、Ｓ４＞Ｓ３の関係を有する。従って、先の図３において示したように、ピッチが小さいほどライン端後退量が大きくなるため、Ｘ１＜Ｘ２、Ｙ１＜Ｙ２となる。
【００３８】
各ラインアンドスペースパターンＰＡ−ＰＤの各ラインの両端の内側の端部および外側の端部をそれぞれ直線で結ぶと、破線で示す外縁矩形ＬＯおよび内縁矩形ＬＩが形成される。この場合、図４に示すような重ね合わせ検査における「ボックスインボックス」マークと同様の検出マークを、外縁矩形ＬＯおよび内縁矩形ＬＩにより得ることができる。重ね合わせ誤差検出器で利用すると、外縁矩形ＬＯを下層検出マークとし、内縁矩形ＬＩを上層検出マークとして、重ね合わせ誤差の検出が行なわれる。すなわち、ラインアンドスペースパターンＰＡおよびＰＢについて、（Ｘ１−Ｘ２）／２が求められ、ラインアンドスペースパターンＰＣおよびＰＤについて（Ｙ１−Ｙ２）／２がそれぞれ求められる。
【００３９】
ライン長Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、およびＹ２の評価用マスクパターンにおいて、全てＸ０のライン長を有する場合、パターンＰＡ−ＰＤのライン端後退量をそれぞれ、ΔＸ１、ΔＸ２、ΔＹ１、およびΔＹ２とすると、これらのレジスト光学像のライン長Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、およびＹ２は、それぞれ次式で表される：
Ｘ１＝Ｘ０−２・ΔＸ１、
Ｘ２＝Ｘ０−２・ΔＸ２、
Ｙ１＝Ｘ０−２・ΔＹ１、および
Ｙ２＝Ｘ０−２・ΔＹ２．
これらのライン長Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、およびＹ２から次式が求められる：
（Ｘ１−Ｘ２）／２＝（ΔＸ２−ΔＸ１）、および
（Ｙ１−Ｙ２）／２＝（ΔＹ２−ΔＹ１）．
ラインアンドスペースパターンＰＡ−ＰＤのピッチが、Ｓ１−Ｓ４であり、少なくとも対向するパターンについてピッチは互いに異なっており、ライン端後退量は互いに異なる。従って、対抗するパターンのライン端後退量の差分値を求めることができる。この場合、図９において示すように、対向するラインアンドスペースパターンの一方が、十分にピッチが大きいラインアンドスペースパターンに設定すると、そのラインアンドスペースパターンのライン端後退量は、十分に小さいものと見なすことができる。したがって、対向する他方のピッチの小さなラインアンドスペースパターンのライン端後退量を、重ね合わせ誤差量として検出することができる。
【００４０】
すなわち、上述の式において、σ＜＜Ｓ２、σ＜＜Ｓ４と設定すると、次式に示すようにライン端後退量を、重ね合わせ誤差ΔＸ１およびΔＹ１として求めることができる：
（Ｘ１−Ｘ２）／２≒（０−ΔＸ１）＝−ΔＸ１、および
（Ｙ１−Ｙ２）／２≒（０−ΔＹ１）＝−ΔＹ１．
ピッチの小さなパターンのピッチＳ１、Ｓ３は、レジストブラ定量の観点から先の図３に示すように高感度領域で計測する必要があり、レジストブラの特性値（ガウシアンσ）の５ないし７倍のピッチを利用する。また、ラインアンドスペースのピッチの大きなパターンでも、重ね合わせ検査装置ではラインアンドスペースの内部構造のない連続的パターンとして見える必要があり、ピッチ（Ｓ２、Ｓ４）は、この実施の形態においては、λ／ＮＡの２ないし３倍の範囲に設定する。
【００４１】
以上のように、光学的に重ね合わせ誤差を検出する重ね合わせ誤差検出装置を利用して、レジスト転写マークを「ボックスインボックス」マーク型の検出マークとして用いて重ね合わせ誤差を光学的に検出することにより、ライン端後退量を計測することができる。この場合、ＳＥＭを利用してライン端後退量（ＣＤ変化量）を計測する構成と比べて、電子線照射は行なわれていないため、レジストの変形（収縮）が生じることがなく、高精度で、ライン端の後退量を測定することができる。また、測長については、単に対向するピッチの異なるラインアンドスペースパターンを用いて重ね合わせ誤差としてライン端後退量が計測されており、ライン端後退量の計測工程数を大幅に低減することができる。
【００４２】
図６は、この発明の実施の形態１において計測したライン端後退量（ＬＥＳ）とＳＥＭにより計測したライン端後退量（ＬＥＳ）との関係を示す図である。横軸に、ＳＥＭにより計測したライン端後退量を単位ｎｍで示し、縦軸に、この発明の実施の形態１の手法に従って重ね合わせ誤差検出により計測したライン端後退量を単位ｎｍで示す。
【００４３】
レジスト転写条件は、ＡｒＦエキシマレーザ光源、開口数ＮＡが１．０７の露光装置を用いる。マスクとしては、図２に示すライン幅とスペースの比が１対１の１：１ラインアンドスペースパターンが環状に配置された透過度６％のハーフトーン（ＨＴ）位相シフトマスクをフォトマスクとして利用する。レジスト膜厚は、１５０ｎｍである。
【００４４】
この図６に示されるように、重ね合わせ誤差検出法を利用するこの発明の実施の形態１の計測値は、ＳＥＭを用いて計測されたライン端後退量と高精度で一致している（傾きが４５度の直線上に両計測値の相関値を示す値（丸印で示す）が乗っている）。従って、この発明の実施の形態１の方法は、高精度でライン端後退量を計測することができることが確認される。
【００４５】
以上のように、この発明の実施の形態１の計測方法に従えば、ＳＥＭによる計測で問題となる電子ビーム照射によるレジスト収縮を抑制することができ、高精度でレジストパターンのライン端後退量を容易に計測することができる。
【００４６】
［実施の形態２］
先の図３に示すように、ライン端後退量ＬＥＳは、レジストブラに依存し、このレジストブラ（ガウシャンσ）が、パターンピッチの１／８程度から大きくなると、このレジストブラに対して、急激にライン端後退量が大きくなる（高感度領域により示される）。したがって、想定されるレジストブラの量に応じた複数種類のピッチを有するラインアンドスペースパターンのライン端後退量を計測することにより、以下に示すように、高精度でレジストブラを定量することが可能となる。ここで、実施の形態１において説明したように、ピッチの小さなパターンのピッチは、レジストブラ定量の観点から先の図３に示すように高感度領域で計測する必要があり、レジストブラの特性値（ガウシアンσ）の５ないし７倍のピッチを利用する。また、参照パターンとなる、ラインアンドスペースのピッチの大きなパターンでも、重ね合わせ検査装置には一様なパターンとして見えることが望ましく、ピッチは、λ／ＮＡの２ないし３倍の範囲に設定する。
【００４７】
図７は、この発明の実施の形態２に従うレジストブラの定量方法を示すフロー図である。以下、図７を参照して、この発明の実施の形態２に従うレジストブラの定量方法について説明する。
【００４８】
複数種類の評価用マスクパターンを用いて、実施の形態１と同様にして、サンプル基板にレジストパターンを転写する。各レジストパターンは、図２に示すマスクパターンが転写され、ピッチＬ１およびＬ３を異ならせる。ピッチＬ２およびＬ４は、ピッチＬ１およびＬ３よりも十分に大きく、対向するレジストパターンのライン端後退量に対して無視することができる程度のライン端後退量を生じさせる。パターンのピッチ条件は、実施の形態１において説明した条件と同様である。各レジストパターンについて、重ね合わせ検査装置を用いて重ね合わせ誤差を検出して、ライン端後退量（ＬＥＳ）を計測する（ステップＳＳ１）。
【００４９】
このライン端後退量の測定値をプロットし、標準のレジストブラ特性曲線と比較参照する（ステップＳＳ２）。この標準のレジストブラ特性曲線は、予め計算により、同一露光条件下でのレジストブラとライン端後退量の関係を求めて得られる曲線である。すなわち、各レジストブラについて、畳み込み演算を理想的光学像とガウス関数とにより行って、ライン端後退量とラインアンドスペースパターンのピッチとの関係を求めて、標準のレジストブラ特性曲線を準備する。
【００５０】
重ね合わせ誤差検出装置（重ね合わせ検査装置）により求めたライン端後退量を各パターンのピッチに対してプロットする。この計測値のプロットと最もよく一致する標準特性曲線を検出し、一致度の高い特性曲線の計算上のレジストブラを、レジストプロセスにおいて発生したレジストブラと決定することにより、レジストブラを定量する（ステップＳＳ３）。これにより、高精度でレジストブラをライン端後退量から定量することができる。
【００５１】
図８は、このライン端後退量を、パターンピッチの関数としてプロットした図である。複数のラインアンドスペースパターンのライン端後退量を求める場合、その光学像を、ガウス関数のコンボリューションにより、ボケさせることにより、図８に示す曲線が得られ、この曲線をレジストブラ定量の標準曲線として利用する。
【００５２】
図８において、横軸に、ラインアンドスペースパターンのパターンピッチを単位ｎｍで示し、縦軸に、ライン端後退量（ＬＥＳ）を単位ｎｍで示す。露光条件としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源が用いられ、開口数ＮＡは１．０７である。マスクは、先の図２に示すような環状に配置されるラインアンドスペースパターンを有し、６％ハーフトーン位相シフトマスク（ＨＴ）で、ラインアンドスペースパターンのラインおよびスペースの比は１対１である。レジスト膜厚は１５０ｎｍである。
【００５３】
図８において、ラインアンドスペースパターンのピッチ１２８ｎｍ、１４４ｎｍ、１６０ｎｍ、１７６ｎｍ、および１９２ｎｍの５種類の１対１ＬＳパターンのライン端後退量の実験計測を行なった。この計測値は、図８において白丸印で示される。図８において実線で示す曲線は、標準レジストブラ特性曲線として光学像シミュレーションにより求めたレジストブラ特性曲線にほぼ一致するものとなる。
【００５４】
この図８に示すように、実験値は、光学像シミュレーションにより求めた曲線のうちレジストブラが２５ｎｍの曲線と最も一致度が高い。したがって、このレジストプロセスにおけるレジストブラ量は、約２５ｎｍであると定量される。また、レジストブラ２０ｎｍおよび３０ｎｍの特性曲線の間の距離が大きく、実験値が、これらのレジストブラ特性曲線の間にあり、この方法におけるレジストブラの定量の精度は、±５ｎｍ以内であることが見られる。
【００５５】
以下に、本実施の形態によるレジストブラの定量が有効であることの確認として、従来法によるレジストブラの定量について示す。図９は、光学像シミュレーションより求めた線幅ＣＤ（クリティカルディメンジョン）の変化量と露光量変化量の特性を、レジストブラ量をパラメータとして示す図である。この特性曲線は、露光量の変化と線幅ＣＤ（クリティカルディメンジョン）の変化との相関関係が光学像のシュミレーションにより求められる。すなわち、図９において光学像のクリティカルディメンジョンの変動量とスライスレベルの関係を求める方法は、例えば、先の非特許文献１において用いられる方法と同様である。図９においては、レジストブラが、１６、２０、２４、および２８ｎｍについての特性曲線がそれぞれ実線で示される。
【００５６】
この図９において、横軸に、光学像のスライスレベルを示し、縦軸に、光学像の線幅ＣＤ（クリティカルディメンジョン）を単位ｎｍで示す。レジストおよび光学条件は、先の実施の形態２において図８に示すレジストおよび光学条件と同じであり、ラインアンドスペースパターンはピッチ１３０ｎｍであり、ＡｒＦエキシマレーザ光源とする、開口数ＮＡが１．０７の露光装置を利用する。マスクパターンは、図２に示すパターンと同様、ラインアンドスペースが環状に配置される。実験データは、図９において白丸印でプロットされる。
【００５７】
図９において、シミュレーションと実験との比較により、レジストブラ量は、２４ｎｍ程度であると定量される。したがって、図８に示す本実施の形態２におけるレジストブラの定量値２５ｎｍとの差は小さく、本実施の形態２におけるレジストブラの定量値と、従来のレジストブラの定量値はほぼ一致している。したがって、本実施の形態２において示すレジストブラの定量法は、極めて有効であることが検証される。
【００５８】
以上のように、この発明の実施の形態２に従えば、重ね合わせ誤差として計測されたライン端後退量から、レジストブラを定量しており、従来のＳＥＭ計測によるラインアンドスペースパターンの線幅ＣＤ（クリティカルディメンジョン）の露光量による変化量からレジストブラを求める方法に比べて簡便に、レジストブラを定量することができる。
【００５９】
また、レジスト膜厚に応じて、レジストブラの量も異なる。しかしながら、実際のプロセスに用いられるレジストの膜厚およびＰＥＢ処理温度などの処理条件を用いてレジストブラを定量することにより、実際のプロセスに応じたレジストブラを定量することができる。
【００６０】
また、レジストパターンのライン端後退量を求める場合、図２に示すマスクパターンにおいて、ラインとスペースとが反転されても良い。また、光源としてはＡｒＦエキシマレーザが利用されているが、別の光源が利用されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
この発明は、リソグラフィ工程におけるシミュレーションに適用することにより、レジストパターン形成を予測することができ、露光装置に用いられるフォトマスクの補正またはレジストブラの少ないプロセス（リソグラフィ工程）を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の実施の形態１に従うライン端後退量の計測動作を示すフロー図である。
【図２】この発明の実施の形態１において用いられる評価用マスクパターンの一例を示す図である。
【図３】レジストブラとライン端後退量との関係を、パターンのピッチをパラメータとして示す図である。
【図４】重ね合わせ検査装置における重ね合わせ誤差検出操作を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に従うレジストパターンの重ね合わせ検査誤差によるライン端後退量の関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるライン端後退量とＳＥＭにより定めたライン端後退量との関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に従うレジストブラの定量方法を示すフロー図である。
【図８】この発明の実施の形態２に従うレジストブラ定量のためのレジストブラをパラメータとするライン端後退量とラインアンドスペースパターンのピッチの関係を示す図である。
【図９】従来法における光学像シミュレーションによるクリティカルディメンジョンの変化と光学像スライスレベルの関係と実施の形態２の実験値との相関関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  評価用マスクパターン、ＰＡ−ＰＤ  ラインアンドスペースパターン、ＬＯ  ボックスインボックスマークの外縁、ＬＩ  ボックスインボックスマークの内縁。
【図１】
2009103799.tif 000003
【図２】
2009103799.tif 000004
【図３】
2009103799.tif 000005
【図４】
2009103799.tif 000006
【図５】
2009103799.tif 000007
【図６】
2009103799.tif 000008
【図７】
2009103799.tif 000009
【図８】
2009103799.tif 000010
【図９】
2009103799.tif 000011