JP2005235896A

JP2005235896A - フォーカス確認方法

Info

Publication number: JP2005235896A
Application number: JP2004041098A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sugawara; 健一菅原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】フォーカス管理用パターンと半導体装置の回路パターンの形状が異なることから、フォーカス特性が乖離し、最も重要な回路パターンのフォーカス安定性に欠ける問題点を有していた。
【解決手段】ウエハ上に形成した、段差低部領域１と段差高部領域２の段差量Ｄを測定する。次に、ウエハ上にフォーカス確認用パターン３を形成する。次に段差低部領域１上に形成されたフォーカス確認パターン３の寸法Ｌ１と、段差高部領域２上に形成されたフォーカス確認パターン３の寸法Ｌ２を寸法測定装置によって測定する。
次に前記段差量Ｄと前記寸法Ｌ１及びＬ２の関係から、予めフォーカス確認用パターンの焦点位置とパターン寸法の関係を測定し算出した焦点寸法理論曲線１１と比較することにより、最適フォーカス位置を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造に際して、露光装置におけるフォーカス条件を設定するのに適したフォーカス確認方法に関する。

近年、半導体のデザインルールは微細化され、従来問題の無かった露光時のフォーカスずれも致命的な欠陥発生の原因となってきている。例えば、フォーカス位置が０．１５μｍシフトすると２０ｎｍ以上の寸法変動が発生しデザインルールが０．２μｍの回路パターンでは１０％の寸法変動に相当し、デバイス性能に致命的な影響を与える原因となっている。

以下図面を参照しながら、上記した従来のフォーカス確認方法の一例について説明する。図５は従来のフォーカス確認方法の一例を示す概略図で、フォーカスずれに応じてパターン寸法の変わるフォーカス確認パターンを有するマスク１０２を用いてウエハ１０４上にパターンを転写し、パターン転写時にフォーカス測定装置１０５による位置情報を取得し、ウエハ１０４上に形成されたフォーカス確認パターン１０６を寸法測定装置により計測し、取得された位置情報と寸法の関係からフォーカス位置ずれ量及び位置ずれ方向を求めている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−３５１８５３号公報

しかしながら上記のような構成では、フォーカス管理用パターンと半導体装置の回路パターンの形状が異なることから、フォーカス特性が乖離し、最も重要な回路パターンのフォーカス安定性に欠ける問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、ウエハ表面の回路パターンに最適なフォーカス値を精度良く測定し歩留まり向上、品質向上および生産性向上を実現することができるフォーカス確認方法を提供するものである。

上記問題点を解決するために本発明のフォーカス確認方法は、半導体基板上に高低差をもつ段差を形成し、最適化を行うパターンと同等のパターンを、前記の段差の段差高部と段差低部にフォーカス管理マークを形成し、各パターンの寸法を計測し、段差の高低差を計測し、あらかじめ計測したフォーカス位置と寸法の関係から最適フォーカス位置を算出することによりフォーカス位置を求める。

以上のように本発明は、最適化を行うパターンと同等のパターンをフォーカス管理に用いることで、半導体製造における歩留まり向上、品質向上および生産性向上を実現することができる。

次に以下本発明の一実施の形態のフォーカス確認方法について説明する。

まず、本発明のフォーカス確認方法について、第一の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるフォーカス確認パターンの要部の平面図を示すものである。１は下地パターン上に堆積させたプラズマＴＥＯＳ等で構成された基板凹部で段差低部領域である。２は下地パターン上に堆積させたプラズマＴＥＯＳ等で構成された基板凸部で段差高部領域である。３はフォーカス確認パターンである。４ａ、４ｂ、４ｃはアルミ等をエッチングして形成された下地パターンである。

図２は本発明の実施の形態におけるフォーカス確認パターンの要部の断面図を示すものである。段差Ｄは段差低部領域１と段差高部領域２の高低差によって形成される。５はプラズマＴＥＯＳ等で構成される層間膜である。

図３はＣＭＰのパターンピッチと研磨量の特性である。

図４はフォーカス確認用パターンの焦点位置とパターン寸法の関係を測定し算出した焦点寸法理論曲線である。

まず、段差測定装置（走査型プローブ顕微鏡）によりウエハ上に形成した、段差低部領域１と段差高部領域２の段差量Ｄを測定する。段差低部領域１と段差高部領域２の形成方法の概要の一例として酸化膜で構成される基板低部最上層膜上に、アルミ積層膜を堆積後、積層膜の一部をエッチングにより除去し形成する。４ａ、４ｂ、４ｃ間は所望の間隔に形成する。その後、プラズマＴＥＯＳ等の酸化膜を堆積後、ＣＭＰにて研磨する。ＣＭＰはその研磨特性から、４ａ、４ｂ、４ｃのパターンピッチと研磨量には図３の関係があり、所望の段差Ｄを形成することが出来る。本実施の形態では前記段差低部領域１と段差高部領域２の段差量Ｄを１００ｎｍに調整した。

次に、ウエハ上にフォーカス確認用パターン３を形成する。フォーカス確認用パターンは投影露光後２８０ｎｍに形成されるように拡大マスク（レチクル）上に形成している。フォーカス確認用パターン３の形成方法の概要の一例として、上記段差を形成したウエハ上にポジ型レジストを厚さ５１０ｎｍにスピンコートし、その上にさらに上層反射防止膜を厚さ４３ｎｍにスピンコートする。その後、上記マスクを用いて露光波長２４８ｎｍで縮小投影露光を行いパターンの転写を実施する。次に、ウエハを１００℃９０秒でポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）した後、２．３８％濃度のアルカリ現像液にて６０秒現像を行い、フォーカス確認用パターンを形成する。

次に段差低部領域１上に形成されたフォーカス確認パターン３の寸法Ｌ１と、段差高部領域２上に形成されたフォーカス確認パターン３の寸法Ｌ２を寸法測定装置（電子顕微鏡）によって測定する。

次に前記段差量Ｄと前記寸法Ｌ１及びＬ２の関係から、予めフォーカス確認用パターンの焦点位置とパターン寸法の関係を測定し算出した焦点寸法理論曲線１１と比較することにより、ウエハ基準面の焦点位置を算出する。ウエハ基準面の焦点位置の算出方法の一例としては、寸法Ｌ１と焦点寸法理論曲線１１を比較することによりデフォーカスの絶対値｜Ｆ１｜が求まる。また、段差高部のフォーカス値は｜Ｆ１｜より段差量Ｄだけ負のデフォーカス値となるのでＦ２およびＦ２’となる。このデフォーカス値Ｆ２およびＦ２’での理論曲線の寸法Ｌ０およびＬ０’と、寸法Ｌ２とを比較した結果、寸法Ｌ０と同等であることからデフォーカス値の符号を判断できた。そして先に求めたデフォーカス絶対値の値と組み合わせて、符号を含めたフォーカス位置ずれ量を求めることができる。

次に、前述のウエハ基準面の焦点位置と、フォーカス位置ずれ量から、露光時のフォーカス位置の補正を行い、次ロットのウエハ露光を実施したところ、最適のフォーカス位置で露光する事ができた。

以上のように本実施の形態によれば、半導体装置に高低差をもつ段差を形成し、その段差部にフォーカス確認パターンを転写して、段差量とパターン寸法を計測することによりフォーカス状態からのずれ量およびずれた方向を高精度かつ簡便に検出することができ露光精度の向上、歩留り向上を実現することが可能となる。

また、本実施の形態の段差、およびフォーカス確認パターンを露光区画のセンターと４隅に形成することによりレベリングの管理にも適用することができる。

なお、本実施の形態ではフォーカス確認パターンにラインアンドスペースパターンを使用したが、単独のラインパターンまたはスペースパターンを使用しても良い。また、フォーカス確認パターンは段差間で独立していても良い。

本発明にかかるフォーカス確認方法は、最適化を行うパターンと同等のパターンをフォーカス管理に用いる手段を有し、半導体装置の製造に際して、露光装置におけるフォーカス条件を設定するのに適したフォーカス確認方法に関する方法として有用である。

本発明のフォーカス確認パターンの要部の平面図本発明のフォーカス確認パターンの要部の断面図ＣＭＰのパターンピッチと研磨量の特性を示した図フォーカス確認用パターンの焦点位置とパターン寸法の関係を示した図フォーカスモニタ方法の従来例を説明する図

符号の説明

１段差低部領域
２段差高部領域
３フォーカス確認パターン
１１焦点寸法理論曲線
１０４ウエハ
１０６フォーカス確認パターン

Claims

半導体基板上に２段以上の段差を形成する工程と、各段差上にフォーカス確認パターンを形成する工程と、前記段差上に形成された前記フォーカス確認パターンの寸法を計測する工程と、半導体基板上に形成された前記段差の段差量を計測する工程と、計測された各段差におけるパターン寸法と段差量に基づいてフォーカス位置を求める工程を含むことを特徴とするフォーカス確認方法。
予め前記フォーカス確認パターンを複数のフォーカス設定値で半導体基板上に形成し、基板上のパターン寸法とフォーカス位置との関係を求めておき、この関係に基づいて、前記計測されたパターン寸法に対するフォーカス位置を求めることを特徴とする請求項１記載のフォーカス確認方法。
フォーカス確認パターンを露光区画内に２カ所以上配置することを特徴とする請求項１記載のフォーカス確認方法。
前記フォーカス確認パターンは少なくとも１つのラインパターンまたはスペースパターンからなることを特徴とする請求項１記載のフォーカス確認方法。
前記フォーカス確認パターンは段差毎に分離している事を特徴とする請求項１記載のフォーカス確認方法。