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マスクレベル測定技術の重要性:
フラッシュメモリーのCD均一性に大きな影響

[2008年11月号]

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実験条件
 すべての露光と計測には、独Advanced Mask Technology Center(AMTC)から入手したテストマスクを使用した。このマスク積層膜は580Å Cr層を被膜した680Å MoSi層から成る。

 同マスクは、空間像測定システムAIMS 45-193iで広範囲に測定された。同システムのNA=1.4に匹敵し、最新世代のHyper-NA液浸スキャナのエミュレーションを可能にする。その上、偏光と、複数の軸外照明モード(スキャナ照明モードに相当)が使用可能だ。空間像測定では、Hyper-NA結像に関連したベクトル効果を得るため、NA=1.35とNA=0.78/0.98双極子X照明、開口角度35°、スキャナモード3)で直線偏光(Y偏光)が使用された。

 スキャナモードでは、スカラモード(またはAIMSモード)での実画像測定値と、Carl Zeissの専用アルゴリズムを組み合わせて、レジスト膜中の空間像を作り出し、マスク効果をエミュレートする。さらに、ユーザーがレジストの屈折率を入力しなければならない。本研究の屈折率は、露光で使用されるフォトレジストの屈折率と同等の1.7に設定された。

 Twinscan XT:1900Giは最大NA=1.35である。照明条件は、NA=1.35とNA=0.807/0.967ダイポールX照明、開口角度35°、Y偏光を使用して、40nmハーフピッチ用に最適化された。露光は、ベアSiウェーハ上に米Brewer Science社の93nmBARC膜 「ARC93SR」 、東京応化工業の95nm レジスト膜「TARFPi6001」、およびJSRの90nm トップコート膜「TCX041」を塗布して行われた。すべてのウェーハはCD-SEM(日立ハイテクノロジーズ「CG-4000」)で測定された。

 スキャナ照明光源の強度プロファイルにしっかり合わせるため、AIMS測定と露光では意図的に異なるシグマを設定した。AIMS光源はトップハット照明とみなすことができ、一方、スキャナ光源はより多くのGaussian強度分布を持つ。さらに、総エネルギーの10/90%がその範囲に収まる、スキャナ上のシグマインナー/シグマアウターが内側半径/外側半径と定義され、トップハットのシグマ設定は、囲まれたエネルギーの端(0/100%)で定義される。

フラッシュメモリーのワード線マスクパターン

図3 AIMSとCD-SEMを用いて、フラッシュのワード線マスクパターン(左上)から中央スペース(SG-SG)、選択ゲート(SG)、選択ゲートと最初のワード線の間のスペース(SP0)、ワード線1(WL1)、最初のスペース(SP1)、2番目のワード線(WL2)、および7番目のワード線(WL7)を評価した。形状中心シフト(右上)の定義:ポジ側への移動とはワード線が中心から離れること。ネガ側への移動とはワード線が中心に向かって動くこと。評価された形状は、SG、WL1、WL2である。表はそれぞれの形状におけるウェーハレベルでの設計CD値

図4 SP0 1.5デザインの空間像外観について、AIMSによる測定値はCD-SEM像上の赤線で示される。また、ランディングパッドも示されている





 図3は、評価されたフラッシュメモリーのワード線マスクパターン形状とそれらの設計CD値を示す。つまり、中央スペース(SG-SG)、SG、ワード線(WL1、WL2、WL7)、そして、SGとWL1間のスペース(SP0)、WL1とWL2間のスペース(SP1)。7つの形状すべては、中央スペースの両端にある(右側のみ図示)レジスト膜で、マスクレベルではAIMSを、ウェーハレベルではCD-SEMを使って測定された。WL7は高密パターンと見なされ、ゲート層をターゲット膜に転写する際、リファレンスとして使用される。薄いマスク近似(キルヒホッフ近似)とランプパラメータレジストモデルを使用して、基本的なOPC(近接効果補正)処理がなされた。SG、WL1、およびWL2の形状中心位置エラーは、フォーカス時のCD-SEMとAIMSの測定値から特定された。中央スペースの中心はリファレンスとして選ばれた。ポジ側への移動は、ワード線が中心から離れることを示す(すなわち、中央スペース右側の形状はポジX方向へ、中央スペース左側の形状はネガX方向へ)。逆に、ネガ側への移動は、ワード線が中央スペースに向かって動くことを示す。

 図4は、CD-SEM測定と同じモジュール内において、CD-SEM像の上でAIMS測定された、フラッシュメモリーのワード線マスクパターンの空間像外観を示す。本図は、AIMS 45-193iが、レジスト膜中の最終像に合った、複雑な2次元構造の光学的効果を正確に得られることを示している。



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