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JP2013231648A - Pattern measurement method - Google Patents

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JP2013231648A
JP2013231648A JP2012103338A JP2012103338A JP2013231648A JP 2013231648 A JP2013231648 A JP 2013231648A JP 2012103338 A JP2012103338 A JP 2012103338A JP 2012103338 A JP2012103338 A JP 2012103338A JP 2013231648 A JP2013231648 A JP 2013231648A
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JP
Japan
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pattern
spectrum
dummy
waveform
measurement
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Application number
JP2012103338A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuatsu Takasaki
千温 高崎
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PS4 Luxco SARL
Original Assignee
PS4 Luxco SARL
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a structure of an upper pattern (a measured pattern) without being affected by a base pattern.SOLUTION: A pattern measurement method of measuring the structure of the measured pattern serving as an upper pattern in an actual cell having a base pattern and the upper pattern formed on a substrate comprises: detecting an actual spectrum waveform resulting from a measurement of a pattern of the actual cell; detecting a dummy spectrum waveform resulting from a measurement of a dummy pattern without the base patten; comparing and collating the actual spectrum waveform with the dummy spectrum waveform; creating a measurement model so as to allocate the number of wavelength divisions of a theoretical spectrum only to a wavelength range of a common part where the actual spectrum waveform and the dummy spectrum waveform overlap with each other; performing a numerical calculation by a waveform fitting of the theoretical spectrum derived from the measurement model to the actual cell spectrum; and calculating the structure of the measured pattern on the basis of a result of the numerical calculation.

Description

本発明は、スキャトロメトリ(光波散乱測定)法を用いて、基板上に形成された被測定パターンの構造を測定するパターン測定方法に関する。   The present invention relates to a pattern measurement method for measuring the structure of a pattern to be measured formed on a substrate using a scatterometry (light wave scattering measurement) method.

半導体装置を製造する場合、基板上に微細なパターンを形成することが必要となる。半導体装置の製造工程において、基板上に微細な繰り返しパターンを形成する場合、サイドウォール型のダブルパターニング法(ダブルパターニングプロセス)が使用されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。   When manufacturing a semiconductor device, it is necessary to form a fine pattern on a substrate. In the manufacturing process of a semiconductor device, when forming a fine repetitive pattern on a substrate, a sidewall type double patterning method (double patterning process) is used (for example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).

ここで、ダブルパターニング法(ダブルパターニングプロセス)とは、パターニングを2回以上行ってパターンを形成する方法である。サイドウォール型のダブルパターニング法(ダブルパターニングプロセス)では、サイドウォールを利用して、パターンを形成する。   Here, the double patterning method (double patterning process) is a method of forming a pattern by performing patterning twice or more. In the side wall type double patterning method (double patterning process), a pattern is formed using a side wall.

このようなサイドウォール型のダブルパターニング法(ダブルパターニングプロセス)を用いて、基板上に微細な繰り返しパターンを形成した後、電子ビームによる超微細寸法測定装置であるCD−SEM(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)でパターンの寸法を計測することが行われる。そして、計測した寸法結果から寸法補正のためにフィードバックを行う。   After such a sidewall-type double patterning method (double patterning process) is used to form a fine repetitive pattern on a substrate, a CD-SEM (Critical Dimension-Scanning Electron) which is an ultra-fine dimension measuring apparatus using an electron beam is used. Measuring the dimensions of the pattern with a Microscope. Then, feedback is performed for dimension correction from the measured dimension result.

尚、CD−SEMの原理は、電子銃から放出される1次電子を測定試料に照射し、試料から放出される2次電子を検出器で捉え、得られた強度分布から対象パターンの寸法を計測する方法である。   The principle of CD-SEM is that the measurement sample is irradiated with primary electrons emitted from the electron gun, the secondary electrons emitted from the sample are captured by a detector, and the size of the target pattern is determined from the obtained intensity distribution. It is a method of measuring.

一方、半導体装置としてDRAM(dynamic ransom access memory)メモリセルを製造する場合においても、微細化に伴い、ワードトレンチを形成するためにダブルパターニングプロセスが使用されている。   On the other hand, even in the case of manufacturing a DRAM (dynamic random access memory) memory cell as a semiconductor device, a double patterning process is used to form a word trench with miniaturization.

このようなDRAMメモリセルを製造する場合、半導体基板に周知のSTI(Shallow Trench Isolation)法により素子分離領域を形成し、半導体基板上にパッド酸化膜(マット酸化膜)、マスク窒化膜の順に成膜した後に、ダブルパターニング法でMLD(Molecular Layer Deposition)膜をワードトレンチのマスクパターン(MLDパターン)に形成している。このとき、MLDパターンがダブルパターニングプロセスで形成されるため、MLDパターンの片側の側面がサイドエッチ形状(凹形状)を有する。   In manufacturing such a DRAM memory cell, an element isolation region is formed on a semiconductor substrate by a well-known STI (Shallow Trench Isolation) method, and a pad oxide film (matt oxide film) and a mask nitride film are formed on the semiconductor substrate in this order. After film formation, an MLD (Molecular Layer Deposition) film is formed as a mask pattern (MLD pattern) of the word trench by a double patterning method. At this time, since the MLD pattern is formed by a double patterning process, one side surface of the MLD pattern has a side-etched shape (concave shape).

そのため、CD−SEMでは十分に管理できないので、光学式・形状測定器であるスキャトロメトリによる実セルモニターが検討されている(例えば、特許文献3参照)。   For this reason, since CD-SEM cannot be sufficiently managed, an actual cell monitor based on scatterometry, which is an optical and shape measuring instrument, has been studied (for example, see Patent Document 3).

この特許文献3に開示されたパターン測定方法は、光ビームを基板上に形成された被測定パターンに照射し、光ビームの測定パターンによる反射回折光のスペクトルである実スペクトルを検出し、この実スペクトルと予め用意されたモデルパターンから算出される理論スペクトルとの波形フィッティングを、当該実スペクトル内の複数の波長領域のそれぞれについて行い、被測定パターンの構造を測定している。   The pattern measurement method disclosed in Patent Document 3 irradiates a measurement pattern formed on a substrate with a light beam, detects an actual spectrum that is a spectrum of reflected diffracted light by the measurement pattern of the light beam, and detects the actual spectrum. Waveform fitting between the spectrum and a theoretical spectrum calculated from a model pattern prepared in advance is performed for each of a plurality of wavelength regions in the actual spectrum to measure the structure of the pattern to be measured.

特開2009−53547号公報(段落[0151]、図1)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-53547 (paragraph [0151], FIG. 1) 特開2011−107596号公報(図1〜図4)JP 2011-107596 A (FIGS. 1 to 4) 特開2012−018097号公報JP 2012-018097 A

上述したDRAMメモリセルのような半導体装置においては、STI法により形成された素子分離領域が下地パターンとして形成され、MLDパターンのようなパターンが上地パターン(被測定パターン)として形成されることになる。   In a semiconductor device such as the above-described DRAM memory cell, an element isolation region formed by the STI method is formed as a base pattern, and a pattern such as an MLD pattern is formed as an upper pattern (pattern to be measured). Become.

実セル測定の場合、特許文献3に開示されたパターン測定方法では、測定モデルを上地パターンだけでなく下地パターンをも含めた全パラメータに対し、感度、相関、確度などを全波長領域において解析して作成する。   In the case of real cell measurement, the pattern measurement method disclosed in Patent Document 3 analyzes sensitivity, correlation, accuracy, etc. in all wavelength regions for all parameters including not only the ground pattern but also the ground pattern. And create.

その結果、下地パターンの影響を受けるという問題がある。   As a result, there is a problem of being affected by the base pattern.

本発明によるパターン測定方法は、基板に下地パターンと上地パターンとを有する実セルにおける、上地パターンである被測定パターンの構造を測定するパターン測定方法であって、実セルのパターンの測定結果である実スペクトル波形を検出し、下地パターンのないダミーパターンの測定結果であるダミースペクトル波形を検出し、実スペクトル波形とダミースペクトル波形とを比較照合し、実スペクトル波形とダミースペクトル波形とが重なる共通部分の波長帯に対してのみ、理論スペクトルの波長分割数を割り当てるように測定モデルを作成し、測定モデルから導かれる理論スペクトルと実セルのスペクトルの波形フィッティングによる数値計算を行い、この数値計算結果に基づいて、被測定パターンの構造を求める。   A pattern measurement method according to the present invention is a pattern measurement method for measuring the structure of a pattern to be measured, which is a ground pattern, in a real cell having a base pattern and a ground pattern on a substrate, and the measurement result of the pattern of the real cell The actual spectrum waveform is detected, the dummy spectrum waveform that is the measurement result of the dummy pattern without the base pattern is detected, the actual spectrum waveform is compared with the dummy spectrum waveform, and the actual spectrum waveform and the dummy spectrum waveform overlap. Create a measurement model so that the number of wavelength divisions of the theoretical spectrum is assigned only to the wavelength band of the common part, and perform numerical calculation by fitting the theoretical spectrum derived from the measurement model and the spectrum of the real cell spectrum. Based on the result, the structure of the pattern to be measured is obtained.

本発明によると、下地パターンの影響を受けずに、上地パターン(被測定パターン)の構造を測定することができる。   According to the present invention, the structure of the upper pattern (pattern to be measured) can be measured without being affected by the base pattern.

本発明のパターン測定方法の対象となる半導体装置の製造途中の形状を示す平面図である。It is a top view which shows the shape in the middle of manufacture of the semiconductor device used as the object of the pattern measuring method of this invention. 図1の線A−A’についての断面図である。It is sectional drawing about line A-A 'of FIG. 光学式寸法・形状測定器であるスキャトロメトリを説明するための理論形状を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the theoretical shape for demonstrating the scatterometry which is an optical dimension and shape measuring device. 光学式寸法・形状測定器であるスキャトロメトリを説明するための実形状を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the actual shape for demonstrating the scatterometry which is an optical dimension and shape measuring device. 光学式寸法・形状測定器であるスキャトロメトリを説明するための、理想形状に対する理論スペクトルと実形状に対する実スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the theoretical spectrum with respect to an ideal shape, and the real spectrum with respect to an actual shape for demonstrating the scatterometry which is an optical size and shape measuring device. ダブルパターニングを説明するためのダブルパターニングプロセスの第1の工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st process of the double patterning process for demonstrating double patterning. ダブルパターニングを説明するためのダブルパターニングプロセスの第2の工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd process of the double patterning process for demonstrating double patterning. ダブルパターニングを説明するためのダブルパターニングプロセスの第3の工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd process of the double patterning process for demonstrating double patterning. ダブルパターニングを説明するためのダブルパターニングプロセスの第4の工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th process of the double patterning process for demonstrating double patterning. ダブルパターニングを説明するためのダブルパターニングプロセスの第5の工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 5th process of the double patterning process for demonstrating double patterning. ダブルパターニングを説明するためのダブルパターニングプロセスの第6の工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 6th process of the double patterning process for demonstrating double patterning. 従来の技術の問題点を説明するための、実セルの断面図である。It is sectional drawing of the real cell for demonstrating the problem of the prior art. 従来の技術の問題点を説明するための、理想パターンの断面図である。It is sectional drawing of an ideal pattern for demonstrating the problem of the prior art. 従来の技術の問題点を説明するための、実セルに対する実スペクトル、理想パターンに対する理想スペクトル、およびダミーパターンに対するダミースペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the real spectrum with respect to a real cell, the ideal spectrum with respect to an ideal pattern, and the dummy spectrum with respect to a dummy pattern for demonstrating the problem of the prior art. 本発明の一実施例に係るパターン測定方法を説明するための、実セルの断面図である。It is sectional drawing of the real cell for demonstrating the pattern measuring method which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るパターン測定方法を説明するための、ダミーパターンの断面図である。It is sectional drawing of a dummy pattern for demonstrating the pattern measuring method which concerns on one Example of this invention. 実セルに対する実スペクトルとダミーパターンに対するダミースペクトルとを示すグラフである。It is a graph which shows the real spectrum with respect to a real cell, and the dummy spectrum with respect to a dummy pattern. 本発明の一実施例に係るパターン測定方法を説明するための、理想パターンの断面図である。It is sectional drawing of an ideal pattern for demonstrating the pattern measuring method which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るパターン測定方法を説明するための、実セルに対する実スペクトル、ダミーパターンに対するダミースペクトル、および理想パターンに対する理想スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the real spectrum with respect to the real cell, the dummy spectrum with respect to a dummy pattern, and the ideal spectrum with respect to an ideal pattern for demonstrating the pattern measurement method which concerns on one Example of this invention.

最初に、本発明の理解を容易にするために、本発明がなされるまでの経緯について説明する。   First, in order to facilitate understanding of the present invention, the background until the present invention is made will be described.

半導体装置の微細化に伴い、ワードトレンチを形成するためにダブルパターニングプロセスが使用されている。ワードトレンチのコア・ギャップ差は、DP1MLD(Molecular Layer Deposition(分子層堆積))エッチング時のMLDパターンの寸法で決まる。   With the miniaturization of semiconductor devices, a double patterning process is used to form word trenches. The core gap difference of the word trench is determined by the dimension of the MLD pattern during DP1 MLD (Molecular Layer Deposition) etching.

以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。また、XYZ座標系を設定し、各構成の配置を説明する。この座標系において、Z方向は半導体基板の表面に垂直な方向であり、X方向は半導体基板の表面と水平な面においてZ方向と直交する方向であって、Y方向は半導体基板の表面と水平な面においてX方向と直交する方向である。このように、X方向とY方向とは、互いに直交している。また、X’方向は、X方向に対して斜めに傾いた方向である。   In the following drawings, the scale and number of each structure are different from each other in order to make each configuration easy to understand. In addition, an XYZ coordinate system is set and the arrangement of each component will be described. In this coordinate system, the Z direction is a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, the X direction is a direction perpendicular to the Z direction in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate, and the Y direction is horizontal to the surface of the semiconductor substrate. This is a direction orthogonal to the X direction on a smooth surface. Thus, the X direction and the Y direction are orthogonal to each other. The X ′ direction is a direction inclined obliquely with respect to the X direction.

図1Aおよび図1Bは、DP1MLDエッチング時の(本発明のパターン測定方法の対象となる)半導体装置の製造途中の形状を示す図である。図1Aは、半導体装置の製造途中の形状を示す平面図であり、図1Bは、図1Aの線A−A’についての断面図である。   FIG. 1A and FIG. 1B are diagrams showing a shape during the manufacture of a semiconductor device (target of the pattern measurement method of the present invention) during DP1MLD etching. FIG. 1A is a plan view showing the shape of the semiconductor device during manufacture, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1A.

図示の半導体装置の製造方法は、図1A、図1Bに示すように、半導体基板1にX方向に対して傾いたX’方向に延在する素子分離領域2を形成し、半導体基板1上にパッド酸化膜3a、マスク窒化膜3bの順に成膜した後に、ダブルパターニング法でMLD膜をワードトレンチのマスクパターン(MLDパターン)3cに形成する。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the semiconductor device manufacturing method shown in FIG. 1 forms an element isolation region 2 extending in the X ′ direction inclined with respect to the X direction on the semiconductor substrate 1. After the pad oxide film 3a and the mask nitride film 3b are formed in this order, an MLD film is formed on the mask pattern (MLD pattern) 3c of the word trench by a double patterning method.

このとき、MLDパターン3cは、ダブルパターニングプロセスで形成されるため、片側の側面がサイドエッチ形状(凹面状)3c’を有する。そのため、CD−SEM(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)では十分に管理できないので、光学式寸法・形状測定器であるスキャトロメトリによる実セルモニターが検討されている。   At this time, since the MLD pattern 3c is formed by a double patterning process, the side surface on one side has a side-etched shape (concave surface shape) 3c ′. For this reason, CD-SEM (Critical Dimension-Scanning Electron Microscope) cannot be sufficiently managed, and an actual cell monitor using scatterometry, which is an optical dimension / shape measuring instrument, is being studied.

次に、図2A、図2B、及び図2Cを参照して、スキャトロメトリについて説明する。図2Aは理論形状を示す断面図であり、図2Bは実形状を示す断面図である。図2Cは、理論形状に対する理論スペクトルと実形状に対する実スペクトルを示すグラフである。図2Cにおいて、横軸は波長λ(nm)を示し、縦軸はパワーを示す。   Next, scatterometry will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, and 2C. 2A is a cross-sectional view showing a theoretical shape, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing an actual shape. FIG. 2C is a graph showing the theoretical spectrum for the theoretical shape and the actual spectrum for the actual shape. In FIG. 2C, the horizontal axis indicates the wavelength λ (nm), and the vertical axis indicates the power.

図2Aに示すように、ある理論的な被測定物4に参照光6を照射したときに、理論的な被測定物4の形状に伴う反射光7が得られるものとして、その反射光4のスペクトルを理論的に計算する。図2Cのグラフには、この理論スペクトル計算点8が示されている。尚、わかりやすいように線でつないでいるが、実際には離散的な値である。   As shown in FIG. 2A, it is assumed that when a reference object 6 is irradiated with a theoretical object 4, reflected light 7 associated with the theoretical shape of the object 4 is obtained. The spectrum is calculated theoretically. The theoretical spectrum calculation point 8 is shown in the graph of FIG. 2C. In addition, although connected with a line for easy understanding, it is actually a discrete value.

次に、図2Bに示すように、実際の被測定物5に参照光6を照射し、実際の被測定物5の形状に伴う反射光7を得る。図2Cのグラフに、その実スペクトル9も示されている。   Next, as shown in FIG. 2B, the actual measurement object 5 is irradiated with the reference light 6 to obtain reflected light 7 associated with the actual measurement object 5. The actual spectrum 9 is also shown in the graph of FIG. 2C.

この理論スペクトル計算点8と実スペクトル9との差が、実際の被測定物の形状と理論的な被測定物4の形状との差から生じるものとして計算し、実際の被測定物の形状(構造)を導き出す。   The difference between the theoretical spectrum calculation point 8 and the actual spectrum 9 is calculated as a difference between the actual shape of the measured object and the theoretical shape of the measured object 4, and the actual measured object shape ( Derive the structure.

次に、図3A〜図3Fを参照して、ワードトレンチ形成に使用されるダブルパターニングプロセスについて説明する。図3A〜図3Fは、ダブルパターニングプロセスの工程を、順を追って示す図である。   Next, a double patterning process used for forming the word trench will be described with reference to FIGS. 3A to 3F. 3A to 3F are diagrams sequentially showing the steps of the double patterning process.

先ず、図3Aに示すように、半導体基板1に、周知のSTI(Sallow Trench Isolation)法により、酸化シリコン膜からなる絶縁膜で埋設された素子分離領域2を形成する。   First, as shown in FIG. 3A, an element isolation region 2 embedded with an insulating film made of a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate 1 by a well-known STI (Sallow Trench Isolation) method.

引き続いて、半導体基板1表面に、マット酸化膜(パッド酸化膜)3a、マスク窒化膜3b、第1のBARC(Bottom Anti-Reflection Coating)膜3e、レジストRの順に成膜・塗布し、リソグラフィにより、線幅F、線間3Fの繰り返しパターンをパターニングする。   Subsequently, a mat oxide film (pad oxide film) 3a, a mask nitride film 3b, a first BARC (Bottom Anti-Reflection Coating) film 3e, and a resist R are sequentially formed and applied on the surface of the semiconductor substrate 1 by lithography. Then, a repetitive pattern of line width F and line spacing 3F is patterned.

次に、図3Bに示すように、BARCエッチングで第1のBARC膜3eのコアパターンを形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, the core pattern of the first BARC film 3e is formed by BARC etching.

次に、図3Cに示すように、半導体基板1全面に側面膜厚がピッチ幅の半分(1/2P)の厚さで、MLD−CVD(Molecular Layer Deposition-Chemical Vapor Deposition)膜3fを成膜する。   Next, as shown in FIG. 3C, an MLD-CVD (Molecular Layer Deposition-Chemical Vapor Deposition) film 3f is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 so that the side film thickness is half the pitch width (1 / 2P). To do.

次に、図3Dに示すように、半導体基板1全面にMLD−CDV膜3fの凹凸を埋設するように第2のBARC膜3gを塗布する。   Next, as shown in FIG. 3D, a second BARC film 3g is applied so as to bury the irregularities of the MLD-CDV film 3f on the entire surface of the semiconductor substrate 1. Next, as shown in FIG.

次に、図3Eおよび図3Fに示すように、エッチバックで、第2のBARC膜3g、水平面上のMLD−CVD膜3fおよび第1のBARC膜3eをエッチングして、線幅F、線間Fのピッチで繰り返すMLDパターン3cを形成する。   Next, as shown in FIG. 3E and FIG. 3F, the second BARC film 3g, the MLD-CVD film 3f on the horizontal plane, and the first BARC film 3e are etched back by etching back to obtain a line width F and a line spacing. An MLD pattern 3c that repeats at a pitch of F is formed.

尚、図3Eは、エッチバックの途中の状態を示す。   FIG. 3E shows a state in the middle of etch back.

次に、図4A、図4B、および図4Cを参照して、スキャトロメトリでパターンonパターン形状を測定する場合、すなわち、DP1MLDエッチング時のMLDパターン3cの寸法を測定する場合の、従来の技術の問題点について説明する。図4Aは実セルの断面図であり、図4Bは理想パターンの断面図である。図4Cは、実セルに対する実スペクトル、理想パターンに対する理想スペクトル、およびダミーパターンに対するダミースペクトルを示すグラフである。図4Cにおいて、横軸は波長λ(nm)を示し、縦軸はパワーを示す。   Next, referring to FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 4C, when measuring the pattern on pattern shape by scatterometry, that is, when measuring the dimension of the MLD pattern 3c during DP1MLD etching, The problem of will be described. 4A is a cross-sectional view of a real cell, and FIG. 4B is a cross-sectional view of an ideal pattern. FIG. 4C is a graph showing an actual spectrum for an actual cell, an ideal spectrum for an ideal pattern, and a dummy spectrum for a dummy pattern. In FIG. 4C, the horizontal axis indicates the wavelength λ (nm), and the vertical axis indicates the power.

図4Bに示す理想パターンは、半導体基板1上にマット酸化膜3a、マスク窒化膜3bの順に成膜した後に、理想的なMLDパターン(以下、「理想パターン」とも呼ぶ)3dをワードトレンチのマスクパターンに形成したものである。   The ideal pattern shown in FIG. 4B is formed in the order of the mat oxide film 3a and the mask nitride film 3b on the semiconductor substrate 1, and an ideal MLD pattern (hereinafter also referred to as “ideal pattern”) 3d is used as a mask for the word trench. It is formed in a pattern.

先ず、この理想パターン3dの理論スペクトル計算点12(以降、計算点12)を全周波数領域で計算し、図4Cのグラフにプロットする。   First, theoretical spectrum calculation points 12 (hereinafter, calculation points 12) of the ideal pattern 3d are calculated in the entire frequency region and plotted in the graph of FIG. 4C.

次に、図4Aに示す実セルの実スペクトル10(以降、「実波形A」と呼ぶ)を測定し、同じく図4Cのグラフにプロットする。このとき、反射光が素子分離領域2のCD、深さ等のバラツキに影響されているため、実波形Aはゆがんでいる。   Next, the real spectrum 10 (hereinafter referred to as “real waveform A”) of the real cell shown in FIG. 4A is measured and plotted on the graph of FIG. 4C. At this time, since the reflected light is affected by variations in the CD and depth of the element isolation region 2, the actual waveform A is distorted.

下地パターンの影響を受けない場合のダミースペクトル10’(以降、「ダミー波形A’」と呼ぶ)も、同じく図4Cのグラフにプロットしている。   A dummy spectrum 10 ′ (hereinafter referred to as “dummy waveform A ′”) when not affected by the base pattern is also plotted in the graph of FIG. 4C.

ダミー波形A’と計算点12との差から、MLDパターン3cの形状(構造)を計算すれば正しい形状が求まる。しかしながら、得られているのは実波形Aであるため、素子分離領域2のCD・深さなどのバラツキがMLDパターン3cの測定精度の低下を招くこととなる。   If the shape (structure) of the MLD pattern 3c is calculated from the difference between the dummy waveform A 'and the calculation point 12, the correct shape can be obtained. However, since the actual waveform A is obtained, variations in the CD / depth of the element isolation region 2 cause a decrease in the measurement accuracy of the MLD pattern 3c.

また、計算点12を全周波数領域で計算するため、測定用モデルの作成に時間がかかるとともに、素子分離領域2のCD・深さなどのバラツキを考慮しなければならないため、素子分離領域2(下地パターン)の形状・CD・膜厚などが変わる毎にモデルの修正が必要となる可能性がある。   Since the calculation point 12 is calculated in the entire frequency region, it takes time to create a measurement model, and variations such as the CD and depth of the element isolation region 2 must be taken into consideration. There is a possibility that the model needs to be corrected every time the shape, CD, film thickness, etc. of the base pattern changes.

つまり、素子分離領域2を下地パターン、MLDパターン3cを被測定パターンである上地パターンとして一般化すれば、次の3つの問題が懸念される。   That is, if the element isolation region 2 is generalized as a ground pattern and the MLD pattern 3c is a ground pattern as a pattern to be measured, the following three problems are concerned.

1) 下地パターン2のCD・深さなどのバラツキが上地パターン3cの測定精度の低下を招く。
2) 下地パターン2を含めて解析するため、測定用モデルの作成に時間を要する。
3) 下地パターン2の形状・CD・膜厚などが変わる毎に、モデルの修正が必要となる可能性がある。
1) Variations in the CD and depth of the base pattern 2 cause a decrease in the measurement accuracy of the top pattern 3c.
2) Since the analysis including the ground pattern 2 is performed, it takes time to create a measurement model.
3) Each time the shape, CD, film thickness, etc. of the underlying pattern 2 changes, it may be necessary to modify the model.

次に、図5A〜図5Eを用いて、本発明の一実施例に係るパターン測定方法ついて説明する。図5Aは実セルの断面図である。図5Bはダミーパターンの断面図である。図5Cは、実セルに対する実スペクトルとダミーパターンに対するダミースペクトルとを示すグラフである。図5Dは理想パターンの断面図である。図5Eは、実セルに対する実スペクトル、ダミーパターンに対するダミースペクトル、および理想パターンに対する理想スペクトルを示すグラフである。図5Cおよび図5Eにおいて、横軸は波長λ(nm)を示し、縦軸はパワーを示す。   Next, a pattern measurement method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5E. FIG. 5A is a cross-sectional view of a real cell. FIG. 5B is a cross-sectional view of the dummy pattern. FIG. 5C is a graph showing a real spectrum for a real cell and a dummy spectrum for a dummy pattern. FIG. 5D is a cross-sectional view of an ideal pattern. FIG. 5E is a graph showing an actual spectrum for a real cell, a dummy spectrum for a dummy pattern, and an ideal spectrum for an ideal pattern. 5C and 5E, the horizontal axis indicates the wavelength λ (nm), and the vertical axis indicates the power.

図5Aに示す実セルは、半導体基板1上に素子分離領域2を形成し、マット酸化膜3a、マスク窒化膜3bの順に成膜した後に、ダブルパターニング法でMLD膜をワードトレンチのマスクパターン(MLDパターン)3cに形成したものである。   In the real cell shown in FIG. 5A, an element isolation region 2 is formed on a semiconductor substrate 1, a mat oxide film 3a and a mask nitride film 3b are formed in this order, and then an MLD film is formed as a mask pattern ( MLD pattern) 3c.

先ず、この図5Aに示す実セル部分を測定し、図5Cのグラフに、実スペクトル10(実波形A)をプロットする。   First, the real cell portion shown in FIG. 5A is measured, and the real spectrum 10 (real waveform A) is plotted on the graph of FIG. 5C.

図5Bに示すダミーパターンは、半導体基板1上の素子分離領域2の無い領域に、マット酸化膜3a、マスク窒化膜3bの順に成膜した後に、ダブルパターニング法でMLD膜をワードトレンチのマスクパターン(MLDパターン)3cに形成したものである。   The dummy pattern shown in FIG. 5B is formed by forming a mat oxide film 3a and a mask nitride film 3b in this order on the semiconductor substrate 1 in a region without the element isolation region 2, and then forming an MLD film as a mask pattern for a word trench by a double patterning method. (MLD pattern) formed on 3c.

次に、図5Bに示すダミーパターンを測定し、同じく図5Cのグラフにダミーパターンのダミースペクトル11(以降、「ダミー波形B」と呼ぶ)をプロットする。   Next, the dummy pattern shown in FIG. 5B is measured, and the dummy spectrum 11 (hereinafter referred to as “dummy waveform B”) of the dummy pattern is also plotted on the graph of FIG. 5C.

実波形Aとダミー波形Bとを比較すると、実セルとダミーパターンのスペクトルの共通領域13(以降、単に「共通領域13」と呼ぶ)と、実セルとダミーパターンのスペクトルの非共通領域14(以降、単に「非共通領域14」と呼ぶ)とに分けられる。   When the real waveform A and the dummy waveform B are compared, the spectrum common region 13 of the real cell and the dummy pattern (hereinafter simply referred to as “common region 13”) and the non-common region 14 of the spectrum of the real cell and the dummy pattern ( Hereinafter, it is simply referred to as “non-common area 14”.

非共通領域14は、素子分離領域2の影響を受けていると考える事ができる。   It can be considered that the non-common region 14 is affected by the element isolation region 2.

したがって、本実施例では、実スペクトル波形(実波形A)とダミースペクトル波形(ダミー波形B)とが重なる共通部分13の波長帯に対してのみ、理論スペクトルの波長分割数を割り当てるように測定モデルを作成する。   Therefore, in this embodiment, the measurement model is such that the wavelength division number of the theoretical spectrum is assigned only to the wavelength band of the common portion 13 where the actual spectrum waveform (actual waveform A) and the dummy spectrum waveform (dummy waveform B) overlap. Create

図4Bと同様に、図5Dに示す理想パターンは、半導体基板1上にマット酸化膜3a、マスク窒化膜3bの順に成膜した後に、理想的なMLDパターン(理想パターン)3dをワードトレンチのマスクパターンに形成したものである。   4D, the ideal pattern shown in FIG. 5D is formed in the order of the mat oxide film 3a and the mask nitride film 3b on the semiconductor substrate 1, and then an ideal MLD pattern (ideal pattern) 3d is formed as a mask for the word trench. It is formed in a pattern.

引き続いて、図5Dに示す理想パターン3dを想定し、上記共通領域13に当たる周波数帯でのみスペクトルを理論的に計算し、図5Eのように、その理想パターンの理論スペクトル計算点12(以降、単に「計算点12」と呼ぶ)を、実波形A及びダミー波形Bと同じグラフにプロットする。   Subsequently, assuming the ideal pattern 3d shown in FIG. 5D, the spectrum is theoretically calculated only in the frequency band corresponding to the common region 13, and as shown in FIG. “Calculation point 12”) is plotted on the same graph as the real waveform A and the dummy waveform B.

このように、測定モデルから導かれる理論スペクトル(計算点12)と実セルの実スペクトル10(実波形A)の波形フィッティングによる数値計算を行う。   In this way, numerical calculation is performed by waveform fitting of the theoretical spectrum (calculation point 12) derived from the measurement model and the real spectrum 10 (real waveform A) of the real cell.

次に、共通領域13の範囲での実波形Aと計算点12の差から、MLDパターン3cの形状(構造)を計算する。すなわち、数値計算結果に基づいて、被測定パターン3cの構造を求める。   Next, the shape (structure) of the MLD pattern 3 c is calculated from the difference between the actual waveform A and the calculation point 12 in the range of the common region 13. That is, the structure of the measured pattern 3c is obtained based on the numerical calculation result.

このように、素子分離領域2の影響を受ける周波数帯、すなわち、非共通領域14での計算を行わないことにより、素子分離領域2の影響を受ける可能性が低下し、測定精度が向上する。また、計算量が減るので、測定用モデルの作成時間が短縮できるとともに、素子分離領域2の影響を受ける周波数帯は計算から除外されるので、素子分離領域2の変更を考慮する必要が無くなる。   As described above, by not performing the calculation in the frequency band affected by the element isolation region 2, that is, the non-common region 14, the possibility of being affected by the element isolation region 2 is reduced, and the measurement accuracy is improved. In addition, since the amount of calculation is reduced, the time for creating the measurement model can be shortened, and the frequency band affected by the element isolation region 2 is excluded from the calculation, so that it is not necessary to consider the change of the element isolation region 2.

以上説明した本実施例のパターン測定方法によれば、次のような効果が得られる。   According to the pattern measurement method of the present embodiment described above, the following effects can be obtained.

測定結果への下地パターン2の影響を少なくし、モデル解析時間を短縮できるとともに、下地パターン2の形状・CD・膜厚などの変更に伴うモデル修正の回数低減が期待される。その理由は、実セルのパターンの測定結果10(実波形A)と下地パターン2のないダミーパターンの測定結果11(ダミー波形B)とを比較照合し、波形が異なる部分の波長帯14は、下地パターン2の影響を受けて変化し易い波長帯であるため、これを測定用モデル作成から除外しているからである。   The influence of the underlying pattern 2 on the measurement result can be reduced, the model analysis time can be shortened, and a reduction in the number of model corrections associated with changes in the shape, CD, film thickness, etc. of the underlying pattern 2 is expected. The reason is that the measurement result 10 of the actual cell pattern (actual waveform A) and the measurement result 11 of the dummy pattern without the base pattern 2 (dummy waveform B) are compared and collated, This is because the wavelength band is easily changed under the influence of the base pattern 2 and is excluded from the measurement model creation.

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

1 半導体基板
2 素子分離領域(下地パターン)
3a マット酸化膜(パッド酸化膜)
3b マスク窒化膜
3c MLDパターン(上地パターン)
3c’ サイドエッジ
3d 理想パターン(理想的なMLDパターン)
3e 第1のBARC膜
3f MLD−CVD膜
3g 第2のBARC膜
4 理想的な被測定物
5 実際の被測定物
6 参照光
7 反射光
8 理想スペクトル計算点
9 実スペクトル
10 実セルの実スペクトル(実波形A)
10’ 下地パターンの影響の場合のダミースペクトル(ダミー波形A’)
11 ダミーパターンのダミースペクトル(ダミー波形B)
12 理想パターンの理論スペクトル計算点(計算点)
13 実セルとダミーパターンのスペクトルの共通領域(共通領域)
14 実セルとダミーパターンのスペクトルの非共通領域(非共通領域)
R レジスト
F 線幅(ワードトレンチ溝幅)
X X方向
X’ X’方向
Y Y方向
Z Z方向
1 Semiconductor substrate 2 Element isolation region (underlying pattern)
3a Matte oxide film (pad oxide film)
3b Mask nitride film 3c MLD pattern (upper pattern)
3c 'side edge 3d ideal pattern (ideal MLD pattern)
3e First BARC film 3f MLD-CVD film 3g Second BARC film 4 Ideal measurement object 5 Actual measurement object 6 Reference light 7 Reflected light 8 Ideal spectrum calculation point 9 Actual spectrum 10 Actual spectrum of actual cell (Actual waveform A)
10 'dummy spectrum in the case of the influence of the ground pattern (dummy waveform A')
11 Dummy pattern dummy spectrum (dummy waveform B)
12 Theoretical spectrum theoretical spectrum calculation points (calculation points)
13 Common area of spectrum of real cell and dummy pattern (common area)
14 Real cell and dummy pattern spectrum non-common area (non-common area)
R resist F Line width (word trench groove width)
X X direction X 'X' direction Y Y direction Z Z direction

Claims (3)

基板に下地パターンと上地パターンとを有する実セルにおける、前記上地パターンである被測定パターンの構造を測定するパターン測定方法であって、
前記実セルのパターンの測定結果である実スペクトル波形を検出し、
前記下地パターンのないダミーパターンの測定結果であるダミースペクトル波形を検出し、
前記実スペクトル波形と前記ダミースペクトル波形とを比較照合し、
前記実スペクトル波形と前記ダミースペクトル波形とが重なる共通部分の波長帯に対してのみ、理論スペクトルの波長分割数を割り当てるように測定モデルを作成し、
前記測定モデルから導かれる理論スペクトルと前記実セルのスペクトルの波形フィッティングによる数値計算を行い、
該数値計算結果に基づいて、前記被測定パターンの構造を求める、
パターン測定方法。
A pattern measuring method for measuring a structure of a pattern to be measured which is the above ground pattern in a real cell having a ground pattern and a ground pattern on a substrate,
Detecting a real spectrum waveform which is a measurement result of the pattern of the real cell;
Detecting a dummy spectrum waveform that is a measurement result of the dummy pattern without the base pattern;
The actual spectrum waveform and the dummy spectrum waveform are compared and verified,
Create a measurement model so as to assign the number of wavelength divisions of the theoretical spectrum only for the wavelength band of the common part where the actual spectrum waveform and the dummy spectrum waveform overlap,
Performing a numerical calculation by waveform fitting of the theoretical spectrum derived from the measurement model and the spectrum of the real cell,
Based on the numerical calculation result, the structure of the measured pattern is obtained.
Pattern measurement method.
前記上地パターンが、ダブルパターンプロセスで形成されたMLDパターンからなる、請求項1に記載のパターン測定方法。   The pattern measurement method according to claim 1, wherein the upper pattern is an MLD pattern formed by a double pattern process. 前記下地パターンが、STI法により形成された素子分離領域を含む、請求項1又は2に記載のパターン測定方法。   The pattern measurement method according to claim 1, wherein the base pattern includes an element isolation region formed by an STI method.
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