JP2007303971A - 薬液起因の欠陥検出方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来のレジストパターンの欠陥検査装置では検出不可能となるほど微細な欠陥の起因となる薬液中の異物の検出が可能な、薬液起因の欠陥検出方法を提供すること。
【解決手段】薬液起因の欠陥検出方法は、薬液をマスクの表面に塗布する工程（ステップＳ１０１）と、前記薬液が塗布された前記マスクに露光ビームを照射することによって、検査用基板の表面に形成されたレジスト膜に拡大投影露光を行う工程（ステップＳ１０２）と、拡大投影露光された前記レジスト膜に対して欠陥の検査を行う工程（ステップＳ１０３）と、前記検査結果が予め定められた基準を満たすかどうかを判定する工程（ステップＳ１０４）とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造工程に使用される薬液に起因する欠陥の検出方法及び半導体装置の製造方法に関する。
従来、レジスト用薬液の品質保証をするためには、例えば、液中パーティクルカウンターを用いて検査していた（例えば、特許文献１参照。）。これによって、薬液中の粒子を大きさごとに計測し、その計測結果を用いて品質を管理していた。具体的には、レジスト薬液を、光透過性を有する細い管の中の上から下に流し、光を照射してその散乱光を観測することによってパーティクルの有無を計測する。
しかしながら、従来の手法で薬液中の粒子を測定した場合、現状では直径０.１５μm以上の粒子しか測定することができない。即ち、実際にデバイスを製造する上で計測することが必要な微細な粒子、例えば直径０.０５μm〜０.１５μmの数を管理することはできない。
また、半導体基板上にレジストパターンを作製した場合に観察される欠陥と液中パーティクルカウンターでモニターできる異物は必ずしも対応しているわけではない。従って、半導体基板上に所望のレジストパターンを形成した後に、欠陥検査装置によって欠陥検査を行うのが本来望ましい。
とはいえ、欠陥検査装置によって検出可能な欠陥のサイズは、検査装置の仕様により制限されている。一方、デバイスサイズはさらに微細化する流れにある。従って、半導体基板上にレジストパターンを作製したときに発生する、歩留まりに影響を及ぼすが、現状の欠陥検査装置によって観察できないサイズの欠陥を検出することが必要となってきている。
特開２００５−３００４２１号公報
本発明は、従来の液中パーティクルカウンターあるいはレジストパターンの欠陥検査装置では検出不可能となるほど微細な欠陥の起因となる薬液中の異物の検出が可能な、薬液起因の欠陥検出方法を提供する。
この発明の第１の態様に係る薬液起因の欠陥検出方法は、薬液をマスクの表面に塗布する工程と、前記薬液が塗布された前記マスクに露光ビームを照射することによって、検査用基板の表面に形成されたレジスト膜に拡大投影露光を行う工程と、拡大投影露光された前記レジスト膜に対して欠陥の検査を行う工程と、前記検査結果が予め定められた基準を満たすかどうかを判定する工程とを含む。
この発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法は、レジストとして使用する薬液をマスクの表面に塗布する工程と、前記薬液が塗布された前記マスクに露光ビームを照射することによって、検査用基板の表面に形成されたレジスト膜に拡大投影露光を行う工程と、拡大投影露光された前記レジスト膜に対して欠陥の検査を行う工程と、前記検査結果が予め定められた基準を満たすかどうかを判定する工程と、前記基準を満たす場合に前記薬液をレジスト溶液として被処理基板上に塗布してパターン形成用レジスト膜を形成する工程と、前記パターン形成用レジスト膜を露光する工程と、前記パターン形成用レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを含む。
本発明によれば、従来のレジストパターンの欠陥検査装置では検出不可能となるほど微細な欠陥の起因となる薬液中の異物の検出が可能な、薬液起因の欠陥検出方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一の機能を有する要素については、同一符号を付す。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る薬液の欠陥検出方法を、図１に示したフローチャートを用いて説明する。
光リソグラフィーに用いられる薬液であるレジスト溶液、例えばＡｒＦ用化学増幅型レジスト溶液を、フォトマスクとして用いる、例えばガラスマスク１２の表面に塗布する（ステップＳ１０１）。ガラスマスク１２は石英等でできており、パターンは形成されていない。このとき、レジスト溶液以外の欠陥起因を排除するために、できるだけ清浄な状態でレジスト溶液を塗布する。塗布後に加熱処理することにより、図２に示すようにガラスマスク１２の表面にレジスト膜１４が形成される。
レジスト膜１４が表面に成膜されたガラスマスク１２を用いて、図３に示すように、露光装置で、別のレジスト膜１６が表面に形成されている半導体基板１０（検査用基板）の上に拡大投影露光を行う（ステップＳ１０２）。図３の露光装置は、例えば、光源１、コンデンサレンズ１８、投影レンズ１９を備えている。露光は、例えば、ステップアンドリピート法もしくはスキャンアンドリピート法で行い、別のレジスト膜１６にマスクを転写し、拡大率は例えば１０倍である。
その後、半導体基板１０の上の拡大投影露光された別のレジスト膜１６を現像し、図４に示すように、欠陥検査装置３０によって、別のレジスト膜１６の欠陥検査を行う(ステップＳ１０３）。欠陥検査装置３０は、例えば、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、ＣＣＤカメラ、画像解析装置、或いはそれらを組み合わせたものであり、装置の仕様等によって予め定められた大きさ以上の欠陥を自動的にカウントできる。
別のレジスト膜１６の欠陥は、レジスト膜１４の中の欠陥が投影レンズ１９によって拡大されたものとなっている。従って、別のレジスト膜１６の欠陥検査を行うことにより、レジスト膜１４を形成したレジスト溶液中の欠陥の検出検査を行うことができる。
欠陥検査の結果が予め定められた基準、例えば、ある大きさ以上の欠陥が基板１０上の別のレジスト膜１６に所定の個数以下しか存在しない、等を満たすかどうかを判定する（ステップＳ１０４）。この基準は、例えば、特定の精度のパターン形成に対して所望の歩留まりを達成できるように定められてよい。
上記基準を満たせば、レジスト溶液は出荷される（ステップＳ１０５）。しかし、基準を満たさないと判定された場合には、レジスト溶液の精製、例えばフィルタリング（濾過）を行い（ステップＳ１０６）、レジスト溶液を再度マスクに塗布して同様の検査を繰り返す。
本実施形態においては、欠陥検出の対象であるレジスト液を塗布するマスクとして、パターンの形成されていない透明なガラスマスク１２を用いたが、図５に示すように予めパターンが形成されたマスクを用いてもよい。
例えば、４５nmのラインアンドスペースのパターンを形成しようとした場合、直径１０nmの欠陥が基板上のレジスト膜に転写されても許容されるが、直径３５nmの欠陥は許容出来ないというような状況があり得る。その場合、例えば４５nmのラインアンドスペースパターンが転写されるように、図５に示すラインパターン５０１をガラスマスク５０２の上に形成したものをマスクとして用いる。このマスクの上にレジスト溶液を塗布して成膜後、拡大投影露光を行う。
そして、ステップＳ１０４において、半導体基板１０の上の拡大投影露光された別のレジスト膜１６の表面を、例えば、ＣＣＤカメラによる撮影を行って画像解析装置に処理させる。検査対象であるレジスト液に許容できない欠陥が存在する場合は、転写されたパターンのライン同士が繋がっている或いは繋がりそうになっており、その画像に基づいて画像解析装置は、基準を満たさないと判断する。即ち、レジスト溶液の品質判断の基準をこのようにマスク上に設けてもよい。
半導体製造工程のリソグラフィー工程における欠陥の検査は、半導体基板上に所望のレジストパターンを作成した後、欠陥検査装置で検査をするのが本来望ましい。しかし、レジスト溶液に起因する欠陥の場合は、検査環境の不十分さ、検査にかかる時間が膨大になることから、従来、液中パーティクルカウンターで管理されていた。
しかしながら、液中パーティクルカウンターによるレジスト溶液中の異物数の計測では、測定できる異物の大きさに限界があり、デバイス製造のために検出しなければならない微細な異物まで測定することができない。また、半導体基板上に形成されたレジストパターンの欠陥はレジスト材料に起因する欠陥であったとしても、その大きさおよび形態から液中パーティクルカウンターでは必ずしもモニターできないという欠点があった。
本実施形態においては、レジスト溶液をマスクに塗布してレジスト中の欠陥を拡大投影露光することによって、半導体基板上での欠陥の検出が、従来の欠陥検査装置をそのまま用いて容易に可能となる。
これにより、レジスト溶液の品質評価に通常使用している液中パーティクルカウンターでは従来検出できなかった微細な異物の検出、及び液中パーティクルカウンターでは評価できないレジスト材料に起因する欠陥の検出が出来るようになる。
さらに、微細な異物であるために、それを含んだレジスト溶液を用いて基板上にレジストパターンを形成した後、欠陥検査装置でも検出できなかった微細な異物も検出できるようになる。従って、本実施形態の欠陥検出方法を用いて、レジスト溶液の再精製を行えば薬液の品質を向上させることが可能である。
なお、本実施形態においては、薬液としてレジスト溶液を例にとって説明したが、ＡＲＣ（反射防止膜）用の薬液、低誘電体材含有溶液、強誘電体材含有溶液等、他の薬液であってもかまわない。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を、図６に示したフローチャートを用いて説明する。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法のステップＳ６０１〜Ｓ６０４の工程は、第１の実施形態に係る薬液の欠陥検出方法の図１に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０４の工程と同じである。
ステップＳ６０４において、第１の実施形態と同様に、欠陥検査の結果が予め定められた基準を満たすかどうかを判定する。この基準は、例えば、ある大きさ以上の欠陥が図３に示す検査用の基板１０上の別のレジスト膜１６に所定の個数以下しか存在しない、等であって、特定の精度のパターン形成に対して所望の歩留まりを達成できるように定められてよい。
上記基準を満たせば、レジスト溶液をあらかじめ下地構造が形成されている被処理基板である半導体基板上に、レジスト塗布工程により塗布する（ステップＳ６０５）。さらに熱処理してレジスト膜を形成する。
次に所望のパターンが形成されたマスクを用いて、このレジスト膜を露光し（ステップＳ６０６）、さらに現像を行って、所望のレジストパターンを形成する（ステップＳ６０７）。この後、エッチング工程、レジスト剥離工程を経ることにより、所望のパターンを被処理基板上に形成する。
一方、ステップＳ６０４で基準を満たさないと判定された場合には、このレジスト溶液は使用せず（ステップＳ６０８）、再精製を行う(ステップＳ６０９）。
本実施形態によれば、被処理基板にレジスト溶液を塗布する工程においてレジスト溶液に混在する異物粒子を含む欠陥の数が、所定の歩留まりを達成するために必要な基準以下になっている。即ち、所望精度でのデバイスの製造に適したレジスト溶液が選択されている。
そのため、レジスト溶液の欠陥に起因する、ライン系パターンにおけるラインショート、コンタクトホール系パターンにおける開口不良、等の問題を低減することができる。従って、デバイスの信頼性を高めて歩留まりを向上させることが可能となる。
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
第１の実施形態に係る薬液起因の欠陥検出方法のフローチャート。 第１の実施形態に係る薬液起因の欠陥検出方法の一工程を示す図。 図２に続く薬液起因の欠陥検出方法の工程を示す図。 図３に続く薬液起因の欠陥検出方法の工程を示す図。 第１の実施形態に係る薬液起因の欠陥検出方法の別の例で用いるフォトマスク。 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャート。
符号の説明
１…光源、１０…半導体基板、１２、５０２…ガラスマスク、１４…レジスト膜、１６…別のレジスト膜、１８…コンデンサレンズ、１９…投影レンズ、３０…欠陥検査装置、Ｓ１０１〜Ｓ１０６、Ｓ６０１〜Ｓ６０８…ステップ、５０１…ラインパターン。

Claims (5)

  1. 薬液をマスクの表面に塗布する工程と、
    前記薬液が塗布された前記マスクに露光ビームを照射することによって、検査用基板の表面に形成されたレジスト膜に拡大投影露光を行う工程と、
    拡大投影露光された前記レジスト膜に対して欠陥の検査を行う工程と、
    前記検査結果が予め定められた基準を満たすかどうかを判定する工程とを含む
    ことを特徴とする薬液起因の欠陥検出方法。
  2. 前記検査結果が予め定められた基準を満たさないと判定された場合に、前記薬液を精製する工程をさらに含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の薬液起因の欠陥検出方法。
  3. 前記マスクは、ガラスマスクである、或いは予めパターンが形成されている
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薬液起因の欠陥検出方法。
  4. レジストとして使用する薬液をマスクの表面に塗布する工程と、
    前記薬液が塗布された前記マスクに露光ビームを照射することによって、検査用基板の表面に形成されたレジスト膜に拡大投影露光を行う工程と、
    拡大投影露光された前記レジスト膜に対して欠陥の検査を行う工程と、
    前記検査結果が予め定められた基準を満たすかどうかを判定する工程と、
    前記基準を満たす場合に前記薬液をレジスト溶液として被処理基板上に塗布してパターン形成用レジスト膜を形成する工程と、
    前記パターン形成用レジスト膜を露光する工程と、
    前記パターン形成用レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを含む
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記マスクは、ガラスマスクである、或いは予めパターンが形成されている
    ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
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