JP2011233749A - Pattern formation method and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern formation method with which it becomes possible to precisely and simply inspect the quality of a process for patterning a photosensitive resin film using a semiconductor lithography technique.SOLUTION: A pattern formation method includes: a process in which a photosensitive resin film is formed in an inspection target area on a principal plane of a substrate 1; an exposure process in which exposure light passed through a precursor pattern formed for a mask is irradiated to a surface of the photosensitive resin film using a projection optical system; and a development process in which an inspection target pattern 2 corresponding to the precursor pattern is formed by performing development processing on the photosensitive resin film. The inspection target pattern 2 has inclined structures 2sa and 2sb, each of which has a thickness changing along a direction from one end side to the other end side. The precursor pattern has a light transmittance distribution corresponding to a thickness distribution of the inspection target pattern 2.

Description

本発明は、半導体リソグラフィ技術を用いて感光性樹脂膜をパターニングする工程の良否を検査する技術に関し、特に、露光工程や現像工程の良否を検査する技術に関する。   The present invention relates to a technique for inspecting the quality of a process for patterning a photosensitive resin film using a semiconductor lithography technique, and particularly to a technique for inspecting the quality of an exposure process and a development process.

LSI(大規模集積回路;Large Scale Integrated circuit)の品質向上のためにその製造工程では様々な検査が実行される。一般にLSIの製造工程では、半導体ウェハ上に複数層の回路パターンが形成されるが、これら複数層のうち、半導体リソグラフィ工程で使用される投影露光装置の解像限界に近い加工線幅を有する層(レイヤ)は、クリティカルレイヤと呼ばれ、クリティカルレイヤと比べると大きな加工線幅を有する層は、ラフレイヤと呼ばれている。ラフレイヤに対しては、たとえば光学顕微鏡像を用いた目視による簡易検査が一般に行われている。一方、ゲート電極などの微細構造を含むクリティカルレイヤに対しては、たとえば走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)像や透過電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)像を用いた検査を実行してそのパターン寸法の高精度な管理を行う必要があるが、検査コストが嵩むという問題がある。   Various inspections are performed in the manufacturing process in order to improve the quality of LSI (Large Scale Integrated Circuit). In general, in the LSI manufacturing process, a plurality of layers of circuit patterns are formed on a semiconductor wafer. Of these layers, a layer having a processing line width close to the resolution limit of a projection exposure apparatus used in a semiconductor lithography process. (Layer) is called a critical layer, and a layer having a larger processing line width than a critical layer is called a rough layer. For the rough layer, a simple visual inspection using, for example, an optical microscope image is generally performed. On the other hand, for a critical layer including a fine structure such as a gate electrode, an inspection using a scanning electron microscope (SEM) image or a transmission electron microscope (TEM) image is performed, for example. Although it is necessary to perform highly accurate management of pattern dimensions, there is a problem that inspection costs increase.

各層の加工線幅の精度は、たとえば、半導体リソグラフィ工程で形成されるレジストパターンの寸法精度に依存するが、半導体リソグラフィ工程でマスク(レチクル)の原版パターンをレジスト膜に転写するときの露光量が適正量からずれたり、現像の不足または過多(たとえば、現像時間が適正時間からずれること)が生じたりすると所望の寸法精度を持つレジストパターンを形成することができず、LSIの歩留まり低下を招く。このため、半導体リソグラフィ工程のうちの露光工程や現像工程の良否を検査することも重要である。   The accuracy of the processing line width of each layer depends on, for example, the dimensional accuracy of the resist pattern formed in the semiconductor lithography process, but the exposure amount when the mask (reticle) original pattern is transferred to the resist film in the semiconductor lithography process. If the amount deviates from an appropriate amount, or the development is insufficient or excessive (for example, the development time deviates from the appropriate time), a resist pattern having a desired dimensional accuracy cannot be formed, leading to a decrease in LSI yield. For this reason, it is also important to inspect the quality of the exposure process and the development process in the semiconductor lithography process.

図1(A)は、ポジ型レジスト膜を使用する半導体リソグラフィ工程の一部を概略的に示す断面図である。この半導体リソグラフィ工程では、図1(A)に示されるように塗上面にレジスト膜101が塗布された半導体ウェハ100を投影露光装置のウェハステージ(図示せず)上に配置する。ウェハステージの上方には、原版であるマスク(レチクル)110が配置されている。マスク110は、石英基板110Aと、この石英基板110Aの表面に形成された遮光膜110Bとからなる。露光工程では、マスク110を介して露光光120をレジスト膜101に照射することによりマスク110の原版パターンをレジスト膜101に転写する。この後の現像工程で、現像液を用いて露光部101eを溶解することでレジストパターンが形成される。露光工程での露光量過多や現像工程での現像過多が生じると、図1(B)に示されるように、形成されたレジストパターン101Pの開口部102a,102bのサイズが大きくなり、加工線幅Wdが目標パターンの加工線幅Wtよりも小さくなる。一方、露光量不足や現像不足が生ずると、図1(C)に示されるように、形成されたレジストパターン101Pの開口部102a,102bのサイズが小さくなり、加工線幅Woが目標パターンの加工線幅Wtよりも大きくなる。また、開口部102a,102bの底部にレジスト膜材料101a,101bが残存し、オープン不良(配線の断線)を招くおそれがある。   FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a part of a semiconductor lithography process using a positive resist film. In this semiconductor lithography process, as shown in FIG. 1A, a semiconductor wafer 100 having a coating surface coated with a resist film 101 is placed on a wafer stage (not shown) of a projection exposure apparatus. Above the wafer stage, a mask (reticle) 110 as an original is arranged. The mask 110 includes a quartz substrate 110A and a light shielding film 110B formed on the surface of the quartz substrate 110A. In the exposure step, the original pattern of the mask 110 is transferred to the resist film 101 by irradiating the resist film 101 with exposure light 120 through the mask 110. In the subsequent development process, a resist pattern is formed by dissolving the exposed portion 101e using a developer. If an excessive exposure amount in the exposure step or an excessive development amount in the developing step occurs, the size of the openings 102a and 102b of the formed resist pattern 101P increases as shown in FIG. Wd becomes smaller than the processing line width Wt of the target pattern. On the other hand, when the exposure amount is insufficient or the development is insufficient, as shown in FIG. 1C, the size of the openings 102a and 102b of the formed resist pattern 101P becomes small, and the processing line width Wo becomes the target pattern processing. It becomes larger than the line width Wt. Further, the resist film materials 101a and 101b remain at the bottoms of the openings 102a and 102b, which may cause open defects (wiring disconnection).

レジストパターンの良否検査に関する先行技術文献としては、たとえば、特開平1−129414号公報(特許文献1)や特開昭60−140346号公報(特許文献2)が挙げられる。特許文献1には、縦横両方向ともに一定間隔で次第に線幅が細くなる複数の検査用フォトレジストパターンを基板上に形成する技術が開示されている。エッチングを受けて残存する検査用レジストパターンの状態をチェックすることにより、露光工程における露光量が適正であるか否かを判断することができる。一方、特許文献2には、同一の基準線上に配列された頂点を有する複数の正方形状の単位パターン(検査用フォトレジストパターン)を所定ピッチで形成する技術が開示されている。単位パターンの頂点同士の接触、非接触を視覚的に認識することにより、露光工程における露光時間が適正であるか否かを判断することができる。   Examples of prior art documents relating to resist pattern quality inspection include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-129414 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-140346 (Patent Document 2). Patent Document 1 discloses a technique for forming on a substrate a plurality of inspection photoresist patterns whose line widths gradually narrow at regular intervals in both the vertical and horizontal directions. By checking the state of the resist pattern for inspection remaining after the etching, it can be determined whether or not the exposure amount in the exposure process is appropriate. On the other hand, Patent Document 2 discloses a technique for forming a plurality of square unit patterns (inspection photoresist patterns) having apexes arranged on the same reference line at a predetermined pitch. By visually recognizing the contact and non-contact between the vertices of the unit pattern, it is possible to determine whether or not the exposure time in the exposure process is appropriate.

特開平1−129414号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-129414 特開昭60−140346号公報JP-A-60-140346

ラフレイヤ用のレジストパターンの良否、すなわちラフレイヤに適用される半導体リソグラフィ工程の良否は、レジストパターンの光学顕微鏡像を限度見本(品質の限界を示す見本)と見比べる簡易検査により判定することができる。しかしながら、この簡易検査では、その判定精度に限界がある。たとえば、特許文献1や特許文献2の検査用レジストパターンを使用しても、上記の目標パターンの線幅に対する加工線幅の誤差が許容範囲内か否かの判定を光学顕微鏡像に基づいて正確に行うことは難しいという問題がある。また、レジストパターンの開口部の底部に残存する薄いレジスト膜を光学顕微鏡像から見つけ出すことも難しかった。特許文献1の技術を用いて、線幅が非常に細い高アスペクト比(レジスト膜厚/パターン線幅)の検査用フォトレジストパターンを形成することが可能であれば、加工線幅の誤差が許容範囲内か否かの判定を行うことができるが、実際に高アスペクト比の検査用フォトレジストパターンを形成しようとすると、露光工程の後に実行される現像工程や乾燥工程の影響を受けてレジストパターンが倒れること(レジスト倒れ)が起きるという問題がある。   The quality of the resist pattern for the rough layer, that is, the quality of the semiconductor lithography process applied to the rough layer can be determined by a simple inspection comparing the optical microscopic image of the resist pattern with a limit sample (sample showing the limit of quality). However, in this simple inspection, there is a limit to the determination accuracy. For example, even if the inspection resist patterns of Patent Document 1 and Patent Document 2 are used, it is accurately determined based on the optical microscope image whether or not the error of the processing line width with respect to the line width of the target pattern is within an allowable range. There is a problem that it is difficult to do. In addition, it is difficult to find a thin resist film remaining at the bottom of the opening of the resist pattern from the optical microscope image. If it is possible to form a photoresist pattern for inspection having a very thin line width and a high aspect ratio (resist film thickness / pattern line width) using the technique of Patent Document 1, an error in the processing line width is allowed. Although it can be determined whether or not it is within the range, if an actual photoresist pattern for inspection with a high aspect ratio is to be formed, the resist pattern is affected by the development process and drying process performed after the exposure process. There is a problem that falls (resist fall) occurs.

上述したSEM像やTEM像を用いる検査によれば、レジストパターンの加工線幅の誤差が許容範囲内か否かを正確に判定することができ、レジストパターンの開口部の底部に残存するレジスト膜を容易に検出することができるが、検査コストが大幅に増加するという問題がある。   According to the inspection using the SEM image or TEM image described above, it is possible to accurately determine whether or not the error in the processing line width of the resist pattern is within an allowable range, and the resist film remaining at the bottom of the opening of the resist pattern Can be easily detected, but there is a problem that the inspection cost is greatly increased.

上記に鑑みて本発明の目的は、半導体リソグラフィ技術を用いて感光性樹脂膜をパターニングする工程の良否を正確且つ簡易に検査することができるパターン形成方法及び半導体装置の製造方法を提供することである。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a pattern forming method and a semiconductor device manufacturing method capable of accurately and easily inspecting the quality of a process of patterning a photosensitive resin film using a semiconductor lithography technique. is there.

本発明によるパターン形成方法は、基板の主面上の被検査領域に感光性樹脂膜を形成する工程と、投影光学系を用いて、マスクに形成された原版パターンを透過した露光光を前記感光性樹脂膜の表面に投影する露光工程と、前記感光性樹脂膜に現像処理を施して前記原版パターンに対応する被検査パターンを形成する現像工程と、を備え、前記被検査パターンは、当該被検査パターンの前記主面に沿った所定方向一端側から他端側に向かうにつれて厚みが変化する傾斜構造を有し、前記原版パターンは、前記被検査パターンの厚み分布に応じた光透過率分布を有することを特徴とする。   The pattern forming method according to the present invention includes a step of forming a photosensitive resin film in a region to be inspected on a main surface of a substrate, and exposure light transmitted through an original pattern formed on a mask using a projection optical system. An exposure step of projecting onto the surface of the photosensitive resin film, and a development step of performing a development process on the photosensitive resin film to form an inspected pattern corresponding to the original pattern. The inspection pattern has an inclined structure in which the thickness changes from one end side to the other end side in a predetermined direction along the main surface, and the original pattern has a light transmittance distribution corresponding to the thickness distribution of the inspection pattern. It is characterized by having.

本発明による半導体装置の製造方法は、半導体ウェハの主面上における半導体素子が形成される素子形成領域と被検査領域とにそれぞれ感光性樹脂膜を同時に形成する工程と、投影光学系を用いて、マスクに形成された検査用原版パターンを透過した露光光を前記被検査領域に形成された当該感光性樹脂膜の表面に投影すると同時に、前記マスクに形成された回路用原版パターンを透過した露光光を前記素子形成領域に形成された当該感光性樹脂膜の表面に照射する露光工程と、前記感光性樹脂膜に現像処理を施して前記検査用原版パターン及び前記回路用原版パターンにそれぞれ対応する被検査パターン及び回路形成用パターンを形成する現像工程と、を備え、前記被検査パターンは、当該被検査パターンの前記主面に沿った所定方向一端側から他端側に向かうにつれて厚みが変化する傾斜構造を有し、前記原版パターンは、前記被検査パターンの厚み分布に応じた光透過率分布を有することを特徴とする。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of simultaneously forming a photosensitive resin film in an element formation region and a region to be inspected on a main surface of a semiconductor wafer, and a projection optical system. The exposure light transmitted through the inspection original pattern formed on the mask is projected onto the surface of the photosensitive resin film formed on the inspection area, and at the same time, the exposure light transmitted through the circuit original pattern formed on the mask An exposure step of irradiating light onto the surface of the photosensitive resin film formed in the element formation region, and development processing is performed on the photosensitive resin film to correspond to the inspection original pattern and the circuit original pattern, respectively. A developing step for forming a pattern to be inspected and a pattern for forming a circuit, wherein the pattern to be inspected is one end in a predetermined direction along the main surface of the pattern to be inspected Has a gradient structure in which the thickness is changed toward the other end from the original pattern is characterized by having a light transmittance distribution according to the thickness distribution of the pattern to be inspected.

本発明によれば、被検査パターンの外観を観察することにより露光工程や現像工程の異常を正確に検出することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately detect abnormalities in the exposure process and the development process by observing the appearance of the pattern to be inspected.

半導体リソグラフィ工程の一部を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of semiconductor lithography process roughly. 本発明に係る実施の形態1の方法で形成された被検査パターンを概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the to-be-inspected pattern formed with the method of Embodiment 1 which concerns on this invention. 半導体ウェハ(基板)の平面図である。It is a top view of a semiconductor wafer (substrate). 実施の形態1の半導体リソグラフィ工程で被検査パターンを形成するために使用されるマスクの検査用原版パターンの一例を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of an original pattern for inspection of a mask used for forming an inspection pattern in the semiconductor lithography process of the first embodiment. 実施の形態1に係るパターン形成工程の一部を概略的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing a part of the pattern forming process according to the first embodiment. 実施の形態1に係る露光工程により感光性樹脂膜中に形成された露光部と未露光部を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the exposed part and unexposed part which were formed in the photosensitive resin film by the exposure process which concerns on Embodiment 1. FIG. 半導体リソグラフィ工程のプロセス条件が適正ではない場合に形成される実施の形態1に係る被検査パターンの一例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly an example of the to-be-inspected pattern based on Embodiment 1 formed when the process conditions of a semiconductor lithography process are not appropriate. 本発明に係る実施の形態2の方法で形成された被検査パターン及び基準パターンを概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the to-be-inspected pattern and reference | standard pattern formed with the method of Embodiment 2 which concerns on this invention. 実施の形態2の半導体リソグラフィ工程で被検査パターン及び基準パターンを形成するために使用されるマスクの原版パターンの一例を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of an original pattern of a mask used for forming a pattern to be inspected and a reference pattern in the semiconductor lithography process of the second embodiment. 実施の形態2に係る露光工程により感光性樹脂膜中に形成された露光部と未露光部を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the exposed part and unexposed part formed in the photosensitive resin film by the exposure process which concerns on Embodiment 2. FIG. 半導体リソグラフィ工程のプロセス条件が適正ではない場合に形成される実施の形態2に係る被検査パターン及び基準パターンの一例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly an example of the to-be-inspected pattern and reference | standard pattern which concern on Embodiment 2 formed when the process conditions of a semiconductor lithography process are not appropriate. 半導体リソグラフィ工程のプロセス条件が適正ではない場合に形成される実施の形態2に係る被検査パターン及び基準パターンの他の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the other example of the to-be-inspected pattern and reference | standard pattern which concern on Embodiment 2 formed when the process conditions of a semiconductor lithography process are not appropriate. 本発明に係る実施の形態3の方法で形成された被検査パターンを概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the to-be-inspected pattern formed with the method of Embodiment 3 which concerns on this invention. 実施の形態3の半導体リソグラフィ工程で被検査パターンを形成するために使用されるマスクの検査用原版パターンの一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the test | inspection original pattern of the mask used in order to form a to-be-inspected pattern in the semiconductor lithography process of Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る露光工程により感光性樹脂膜中に形成された露光部と未露光部を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the exposure part and unexposed part formed in the photosensitive resin film by the exposure process which concerns on Embodiment 3. FIG. 半導体リソグラフィ工程のプロセス条件が適正ではない場合に形成される実施の形態3に係る被検査パターンの一例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly an example of the to-be-inspected pattern based on Embodiment 3 formed when the process conditions of a semiconductor lithography process are not appropriate. 半導体リソグラフィ工程のプロセス条件が適正ではない場合に形成される実施の形態3に係る被検査パターンの他の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the other example of the to-be-inspected pattern based on Embodiment 3 formed when the process conditions of a semiconductor lithography process are not appropriate.

以下、本発明に係る種々の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図2(A),(B)は、本発明に係る実施の形態1の方法で形成された被検査パターン2を概略的に示す図である。図2(A)は、半導体ウェハ1の主面に対して垂直な方向から見た被検査パターン2の平面図(上面視図)であり、図2(B)は、図2(A)に示す被検査パターン2のIIb−IIb線に沿った断面図である。この被検査パターン2は、マスク(レチクル)を原版として用いる半導体リソグラフィ工程(以下、単に「リソグラフィ工程」と呼ぶ。)により半導体ウェハまたは基板の主面上に形成される。
Embodiment 1 FIG.
2A and 2B are diagrams schematically showing an inspection pattern 2 formed by the method according to the first embodiment of the present invention. 2A is a plan view (top view) of the pattern 2 to be inspected as viewed from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor wafer 1. FIG. 2B is a plan view of FIG. It is sectional drawing along the IIb-IIb line | wire of the to-be-inspected pattern 2 shown. The pattern 2 to be inspected is formed on the main surface of a semiconductor wafer or substrate by a semiconductor lithography process (hereinafter simply referred to as “lithography process”) using a mask (reticle) as an original.

リソグラフィ工程のうち露光工程を、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(ステッパ)を用いて実行する場合、投影露光装置は、基板の主面上の露光領域(ショット領域と呼ばれる。)を走査しつつ、各ショット領域にマスクを介して露光光を照射する。図3(A)は、半導体ウェハ(基板)1の主面上のショット領域10,10,…の概略を示す平面図である。図3(B)に示されるように各ショット領域10に、1個の半導体チップが形成される素子形成領域12と、グリッドライン(ダイシング領域)11とを設けることができる。グリッドライン11は、半導体チップを半導体ウェハ1から分離(個片化)するための切断領域である。被検査パターン2が形成される被検査領域13は、このグリッドライン11内に設けられている。なお、1つのショット領域10に複数個の素子形成領域12が設けられる場合もある。図3(C)は、1つのショット領域10に設けられた4個の素子形成領域12,12,12,12を示す図である。この場合は、ショット領域10の周縁部を構成するグリッドライン11内に被検査領域13を設けることができる。   When performing an exposure process in a lithography process using a so-called step-and-scan projection exposure apparatus (stepper), the projection exposure apparatus uses an exposure area (referred to as a shot area) on the main surface of the substrate. While scanning, exposure light is irradiated to each shot region through a mask. 3A is a plan view showing an outline of the shot regions 10, 10,... On the main surface of the semiconductor wafer (substrate) 1. FIG. As shown in FIG. 3B, each shot region 10 can be provided with an element formation region 12 in which one semiconductor chip is formed and a grid line (dicing region) 11. The grid line 11 is a cutting area for separating (dividing into individual pieces) semiconductor chips from the semiconductor wafer 1. The inspection area 13 where the inspection pattern 2 is formed is provided in the grid line 11. In some cases, a plurality of element formation regions 12 are provided in one shot region 10. FIG. 3C is a diagram showing four element formation regions 12, 12, 12, 12 provided in one shot region 10. In this case, the inspected area 13 can be provided in the grid line 11 that forms the peripheral edge of the shot area 10.

リソグラフィ工程では、まず、各ショット領域10における素子形成領域12と被検査領域13とにそれぞれ感光性樹脂膜を同時に塗布する。次の露光工程では、マスクを透過した露光光を投影光学系を用いて感光性樹脂に照射することにより、マスクに形成された回路用原版パターン及び検査用原版パターンを感光性樹脂膜に一括して転写する。ここで、回路用原版パターンを透過した露光光は、素子形成領域12の感光性樹脂膜の表面に照射され、検査用原版パターンを透過した露光光は、被検査領域13の感光性樹脂膜に照射される。その後の現像工程で、感光性樹脂膜に現像処理を施すことにより、素子形成領域12にレジストパターンまたは絶縁膜パターンが形成され、被検査領域13には被検査パターン2が形成される。なお、露光光として、たとえばg線やi線を使用することができるが、これらに限定されるものではない。   In the lithography process, first, a photosensitive resin film is simultaneously applied to the element formation region 12 and the inspection region 13 in each shot region 10. In the next exposure step, exposure light transmitted through the mask is irradiated onto the photosensitive resin using a projection optical system, so that the circuit original pattern and the inspection original pattern formed on the mask are collectively put on the photosensitive resin film. And transcribe. Here, the exposure light transmitted through the circuit original pattern is irradiated onto the surface of the photosensitive resin film in the element forming region 12, and the exposure light transmitted through the inspection original pattern is applied to the photosensitive resin film in the inspection region 13. Irradiated. In the subsequent development step, the photosensitive resin film is subjected to development processing, whereby a resist pattern or an insulating film pattern is formed in the element formation region 12 and the inspection pattern 2 is formed in the inspection region 13. For example, g-line or i-line can be used as the exposure light, but is not limited to these.

本実施の形態に係る被検査パターン2は、図2(A),(B)に示されるように、長さL1の長辺と幅W1の短辺とを持つ矩形状の底面2bを有し、X軸方向(半導体ウェハ1の主面に沿った所定方向)一端側から他端側に向かうにつれて厚みが変化する傾斜構造2sa,2sbを有する。被検査パターン2は、5つの段差を構成する第1層21、第2層22、第3層23、第4層24及び第5層25からなる。最下層である第1層21は、被検査パターン2の底面2bの長辺方向両端からほぼ垂直に立ち上がる側面21a,21bを有している。これら側面21a,21bは、図2(A)に示されるように光学顕微鏡像で識別可能な境界線(エッジ)を構成する。同様に、第2層22は側面22a,22bを有し、第3層23は側面23a,23bを有し、第4層24は側面24a,24bを有し、第5層25は側面25a,25bを有しており、これら側面22a,22b,23a,23b,24a,24b,25a,25bは、階段状の段差を形成し、いずれも光学顕微鏡像で視認可能な境界線を構成する。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the pattern 2 to be inspected according to the present embodiment has a rectangular bottom surface 2b having a long side having a length L1 and a short side having a width W1. The inclined structures 2sa and 2sb have thicknesses that change from one end side to the other end side in the X-axis direction (predetermined direction along the main surface of the semiconductor wafer 1). The pattern 2 to be inspected includes a first layer 21, a second layer 22, a third layer 23, a fourth layer 24, and a fifth layer 25 that constitute five steps. The first layer 21 that is the lowest layer has side surfaces 21 a and 21 b that rise substantially vertically from both ends in the long side direction of the bottom surface 2 b of the pattern 2 to be inspected. These side surfaces 21a and 21b constitute boundary lines (edges) that can be identified by an optical microscope image as shown in FIG. Similarly, the second layer 22 has side surfaces 22a and 22b, the third layer 23 has side surfaces 23a and 23b, the fourth layer 24 has side surfaces 24a and 24b, and the fifth layer 25 has side surfaces 25a and 23b. 25b, and these side surfaces 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, and 25b form stepped steps, all of which form a boundary line that is visible in an optical microscope image.

傾斜構造2sa,2sbの側面間隔Lsと層間隔(段差)Hsは、光学顕微鏡像において側面21a,21b,22a,22b,23a,23b,24a,24b,25a,25bのエッジパターンを識別することができる大きさであればよい。たとえば、側面間隔Lsを2μm程度、被検査パターン2の層間隔(段差)Hsを2μm程度にすることができるが、これに限定されるものではない。   The side surface interval Ls and the layer interval (step) Hs of the inclined structures 2sa and 2sb can identify the edge patterns of the side surfaces 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, and 25b in the optical microscope image. Any size can be used. For example, the side surface distance Ls can be about 2 μm, and the layer distance (step) Hs of the pattern 2 to be inspected can be about 2 μm, but is not limited thereto.

図4(A),(B)は、本実施の形態のリソグラフィ工程で被検査パターン2を形成するために使用されるマスク3の検査用原版パターンの一例を概略的に示す図である。図4(A)は、マスク3の表面の一部を示す平面図であり、図4(B)は、図4(A)のマスク3のIVb−IVb線に沿った断面図である。マスク3には、検査用原版パターンの他に回路用原版パターンも形成されているが、説明の便宜上、この回路用原版パターンは図示されていない。マスク3は、ガラス基板や石英基板などの透光性基板31と、この透光性基板31の一方の主面上に形成された遮光膜のパターン(遮光パターン)32とを含む。遮光パターン32の構成材料としては、たとえば、クロム、酸化クロムあるいはタンタルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   4A and 4B are diagrams schematically showing an example of an original pattern for inspection of the mask 3 used for forming the inspection pattern 2 in the lithography process of the present embodiment. 4A is a plan view showing a part of the surface of the mask 3, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line IVb-IVb of the mask 3 in FIG. 4A. The mask 3 is formed with a circuit original pattern in addition to the inspection original pattern, but this circuit original pattern is not shown for convenience of explanation. The mask 3 includes a light transmitting substrate 31 such as a glass substrate or a quartz substrate, and a light shielding film pattern (light shielding pattern) 32 formed on one main surface of the light transmitting substrate 31. Examples of the constituent material of the light shielding pattern 32 include, but are not limited to, chromium, chromium oxide, and tantalum.

遮光パターン32は、図4(A)に示されるように透光性基板31上の矩形状の領域に形成されている。この遮光パターン32は、被検査パターン2の傾斜構造2sa,2sbの高さに対応する開口密度(粗密)を有しており、この開口密度は、当該領域の中央部から長辺方向両端部に向かうにつれて段階的に低くなるように設計されている。この遮光パターン32は、形成すべき被検査パターン2の傾斜構造2sa,2sbの厚み分布に応じた光透過率分布(2次元分布)を有する。遮光パターン32は、被検査パターン2の第1層21の高さに対応する光透過率を有する透過領域321a,321bと、第2層22の高さに対応する光透過率を有する透過領域322a,322bと、第3層23の高さに対応する光透過率を有する透過領域323a,323bと、第4層24の高さに対応する光透過率を有する透過領域324a,324bと、第5層25の高さに対応する光透過率を有する透過領域325とを有している。   The light shielding pattern 32 is formed in a rectangular region on the translucent substrate 31 as shown in FIG. The light shielding pattern 32 has an opening density (roughness) corresponding to the height of the inclined structures 2sa and 2sb of the pattern 2 to be inspected. The opening density is from the center of the region to both ends in the long side direction. It is designed to be lowered step by step as you head. The light shielding pattern 32 has a light transmittance distribution (two-dimensional distribution) corresponding to the thickness distribution of the inclined structures 2sa and 2sb of the pattern 2 to be inspected. The light shielding pattern 32 includes transmission regions 321 a and 321 b having light transmittance corresponding to the height of the first layer 21 of the pattern 2 to be inspected, and a transmission region 322 a having light transmittance corresponding to the height of the second layer 22. , 322b, transmission regions 323a and 323b having light transmittance corresponding to the height of the third layer 23, transmission regions 324a and 324b having light transmittance corresponding to the height of the fourth layer 24, and fifth A transmission region 325 having a light transmittance corresponding to the height of the layer 25.

透過領域の321a〜324a,325,321b〜324bの各々においては、図4(A)に示されるように、線状(帯状)の遮光膜が周期的に配列されている。遮光膜と遮光膜との間にはスリット状の開口部すなわち光透過孔が形成される。なお、本実施の形態では、マスク3に形成される開口部の形状はスリット形状であるが、これに限定されるものではない。たとえばドット形状の開口部が形成されるように遮光パターンを設計してもよい。   In each of the transmission regions 321a to 324a, 325, and 321b to 324b, as shown in FIG. 4A, linear (strip-shaped) light shielding films are periodically arranged. A slit-shaped opening, that is, a light transmission hole is formed between the light shielding film and the light shielding film. In the present embodiment, the shape of the opening formed in the mask 3 is a slit shape, but is not limited to this. For example, the light shielding pattern may be designed so that a dot-shaped opening is formed.

図5は、被検査パターン2を形成するためのリソグラフィ工程の一部を概略的に示す図である。半導体ウェハ1の主面上にポジ型の感光性樹脂膜を塗布した後、この半導体ウェハ1は投影露光装置内に配置される。図5に示されるように、投影露光装置では、露光光源(図示せず)から放射された露光光35がマスク3及び投影光学系4を透過し、投影光学系4によって半導体ウェハ1上の感光性樹脂膜の表面に照射される。図6は、この感光性樹脂膜20の露光部20eと未露光部20nとを概略的に示す断面図である。感光性樹脂膜20は、露光光35の強度に応じた深さまで感光するので、現像液に対する感光性樹脂膜20の可溶領域の深さは、露光光強度に応じて変化する。図6に示されるように、露光工程により、感光性樹脂膜20の中には、現像液に可溶な露光部20eと、階段状の上面を有する未露光部20nとが形成される。その後の現像工程では、現像液に対して露光部20eが溶解し、未露光部20nは溶解しないので、結果として、半導体ウェハ1の被検査領域13に傾斜構造2sa,2sbを有する被検査パターン2(図2(A)及び(B))が形成される。   FIG. 5 schematically shows a part of the lithography process for forming the pattern 2 to be inspected. After applying a positive photosensitive resin film on the main surface of the semiconductor wafer 1, the semiconductor wafer 1 is placed in a projection exposure apparatus. As shown in FIG. 5, in the projection exposure apparatus, exposure light 35 emitted from an exposure light source (not shown) passes through the mask 3 and the projection optical system 4, and is exposed to light on the semiconductor wafer 1 by the projection optical system 4. The surface of the conductive resin film is irradiated. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an exposed portion 20e and an unexposed portion 20n of the photosensitive resin film 20. As shown in FIG. Since the photosensitive resin film 20 is exposed to a depth corresponding to the intensity of the exposure light 35, the depth of the soluble region of the photosensitive resin film 20 with respect to the developer changes according to the exposure light intensity. As shown in FIG. 6, the exposure step forms an exposed portion 20 e soluble in the developer and an unexposed portion 20 n having a stepped upper surface in the photosensitive resin film 20. In the subsequent development process, the exposed portion 20e is dissolved in the developer and the unexposed portion 20n is not dissolved. As a result, the inspection pattern 2 having the inclined structures 2sa and 2sb in the inspection region 13 of the semiconductor wafer 1 is obtained. (FIGS. 2A and 2B) are formed.

なお、遮光パターン32を設計する際には、投影光学系4の解像限界を考慮して、遮光パターン32を構成する帯状遮光膜のパターンあるいはスリット状開口部のパターンが露光工程で感光性樹脂膜20に完全に転写されないように設計する必要がある。   When the light shielding pattern 32 is designed, in consideration of the resolution limit of the projection optical system 4, the pattern of the band-shaped light shielding film or the pattern of the slit-shaped opening constituting the light shielding pattern 32 is a photosensitive resin in the exposure process. It is necessary to design so that the film 20 is not completely transferred.

図7(A)は、リソグラフィ工程で露光量不足及び現像不足が生じた場合に形成される被検査パターン2の一例を概略的に示す断面図である。図6(A)に示されるように、主に現像不足に起因して半導体ウェハ1の主面上に被検査パターン2以外の感光性樹脂膜29が残り、被検査パターン2の第1層21の側面21a,21bが感光性樹脂膜29によってほとんど消失している。この被検査パターン2の光学顕微鏡像には、第1層21よりも上層22〜25の側面22a,22b,23a,23b,24a,24b,25a,25bのエッジが明瞭に現れるが、第1層21の側面21a,21bのエッジは明瞭に現れない。このような場合、半導体ウェハ1の素子形成領域12では、図1(C)に示したように開口部102a,102bの底部に感光性樹脂膜101a,101bが残存していると判断することができる。また、露光量がほぼ適正量となるように制御されていても、現像不足が生じた場合には、その現像不足の程度が大きいほど、被検査パターン2の消失する層数は多くなる。たとえば、光学顕微鏡像において2層分の側面24a,24b,25a,25bのエッジしか確認されなかった場合は、4層分の側面22a〜25a,22b〜25bのエッジが確認された場合よりも現像不足の程度が大きいと判断することができる。   FIG. 7A is a cross-sectional view schematically showing an example of a pattern 2 to be inspected that is formed when an exposure amount is insufficient and a development is insufficient in a lithography process. As shown in FIG. 6A, the photosensitive resin film 29 other than the pattern to be inspected 2 remains on the main surface of the semiconductor wafer 1 mainly due to insufficient development, and the first layer 21 of the pattern 2 to be inspected. The side surfaces 21 a and 21 b are almost disappeared by the photosensitive resin film 29. In the optical microscope image of the pattern 2 to be inspected, the edges of the side surfaces 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, and 25b of the upper layers 22 to 25 than the first layer 21 clearly appear. The edges of the side surfaces 21a and 21b of 21 do not appear clearly. In such a case, in the element formation region 12 of the semiconductor wafer 1, it is determined that the photosensitive resin films 101a and 101b remain at the bottoms of the openings 102a and 102b as shown in FIG. it can. Even if the exposure amount is controlled to be approximately an appropriate amount, when insufficient development occurs, the number of layers in which the pattern to be inspected 2 disappears increases as the degree of insufficient development increases. For example, when only the edges of the side surfaces 24a, 24b, 25a, and 25b for two layers are confirmed in the optical microscope image, the development is performed more than when the edges of the side surfaces 22a to 25a and 22b to 25b for four layers are confirmed. It can be determined that the degree of shortage is large.

一方、図7(B)は、リソグラフィ工程で露光量過多及び現像過多が生じた場合に形成される被検査パターン2の一例を概略的に示す断面図である。図7(B)に示されるように、主に露光量過多に起因して、被検査パターン2の層数(段数)は適正条件時の図2(B)の被検査パターン2の層数よりも1つ少ない。このため、この被検査パターン2の光学顕微鏡像には、4層分の側面22a〜25a,22b〜25bのエッジが明瞭に現れる。このような場合、半導体ウェハ1の素子形成領域12では、図1(B)に示したように開口部102a,102bのサイズが大きく、加工線幅Wdが目標パターンの加工線幅Wtよりも小さいと判断することができる。さらなる露光量過多が生じたときは、光学顕微鏡像に現れる被検査パターン2の層数はさらに少なくなる。したがって、光学顕微鏡像に現れる被検査パターン2のエッジを観察することで、露光工程や現像工程のプロセス条件が適正条件からどの程度ずれているのかを容易且つ正確に判断することができる。   On the other hand, FIG. 7B is a cross-sectional view schematically showing an example of a pattern to be inspected 2 formed when excessive exposure and excessive development occur in the lithography process. As shown in FIG. 7B, the number of layers (the number of steps) of the pattern 2 to be inspected is more than the number of layers of the pattern 2 to be inspected in FIG. Is one less. For this reason, the edges of the side surfaces 22a to 25a and 22b to 25b for four layers appear clearly in the optical microscope image of the pattern 2 to be inspected. In such a case, in the element forming region 12 of the semiconductor wafer 1, as shown in FIG. 1B, the sizes of the openings 102a and 102b are large, and the processing line width Wd is smaller than the processing line width Wt of the target pattern. It can be judged. When further overexposure occurs, the number of layers of the pattern 2 to be inspected appearing in the optical microscope image is further reduced. Therefore, by observing the edge of the pattern to be inspected 2 appearing in the optical microscope image, it is possible to easily and accurately determine how much the process conditions of the exposure process and the development process deviate from the appropriate conditions.

以上に説明したように実施の形態1に係る被検査パターン2の光学顕微鏡像を目視で観察することにより、リソグラフィ工程における露光工程や現像工程のプロセス条件が適正条件からどの程度ずれているのかを判断することができる。この判断に基づいて、リソグラフィ工程で素子形成領域12に形成されるレジストパターンや絶縁膜パターンの寸法精度を精確に推定することができ、そのプロセス条件が許容範囲内にあるか否か、あるいは規格に適合しているか否かを低コストで検査することができる。特に、ラフレイヤ用に形成されるレジストパターンや絶縁膜パターンの寸法精度の良否について正確に且つ低コストで外観検査することが可能である。たとえば、ウェハレベルCSP(Wafer−level Chip Scale Packaging)の製造工程において、半導体ウェハ上に再配線層を形成するための絶縁膜パターンの寸法精度の良否を低コストで検査することができる。   As described above, by visually observing the optical microscope image of the pattern 2 to be inspected according to Embodiment 1, how much the exposure process and development process conditions in the lithography process deviate from the appropriate conditions. Judgment can be made. Based on this determination, it is possible to accurately estimate the dimensional accuracy of the resist pattern or insulating film pattern formed in the element formation region 12 in the lithography process, and whether the process conditions are within an allowable range or whether It can be inspected at low cost whether or not it conforms to. In particular, it is possible to accurately and inexpensively inspect the appearance of the resist pattern and insulating film pattern formed for the rough layer with respect to dimensional accuracy. For example, in a wafer level CSP (Wafer-Level Chip Scale Packaging) manufacturing process, it is possible to inspect at a low cost whether or not the dimensional accuracy of an insulating film pattern for forming a redistribution layer on a semiconductor wafer is low.

さらに、本実施の形態に係る被検査パターン2は傾斜構造2sa,2sbを有するので、上記の特許文献1,2に開示されているような基板の面内方向に展開するレジストパターン群と比べると、被検査パターン2が形成される領域の面積を小さくし、レイアウト設計の自由度を向上させることができる。   Furthermore, since the pattern 2 to be inspected according to the present embodiment has the inclined structures 2sa and 2sb, compared to the resist pattern group developed in the in-plane direction of the substrate as disclosed in Patent Documents 1 and 2 above. The area of the region where the pattern to be inspected 2 is formed can be reduced, and the degree of freedom in layout design can be improved.

なお、上記実施の形態1の被検査パターン2は5段の層21〜25を有するが、段数は5段に限定されるものではなく、少なくとも2段あればよい。   The inspected pattern 2 of the first embodiment includes the five layers 21 to 25, but the number of steps is not limited to five, and it is sufficient that there are at least two.

実施の形態2.
次に、本発明に係る実施の形態2について説明する。図8(A),(B)は、実施の形態2の方法で形成された被検査パターン5及び基準パターン6を概略的に示す図である。図8(A)は、半導体ウェハ1の主面に対して垂直な方向から見た被検査パターン5及び基準パターン6の平面図(上面視図)であり、図8(B)は、図8(A)の基準パターン6のVIIIb−VIIIb線に沿った断面図であり、図8(C)は、図8(A)の被検査パターン5のVIIIc−VIIIc線に沿った断面図である。これら被検査パターン5及び基準パターン6は、実施の形態1の被検査パターン2の場合と同様に、マスク(レチクル)を原版として用いるリソグラフィ工程により半導体ウェハまたは基板の主面上に形成される。また、図3(B)または図3(C)に示したショット領域10内の被検査領域13に本実施の形態に係る被検査パターン5及び基準パターン6を形成することができる。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. 8A and 8B are diagrams schematically showing the pattern 5 to be inspected and the reference pattern 6 formed by the method of the second embodiment. FIG. 8A is a plan view (top view) of the pattern 5 to be inspected and the reference pattern 6 as viewed from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor wafer 1, and FIG. FIG. 8A is a cross-sectional view taken along line VIIIb-VIIIb of the reference pattern 6 in FIG. 8A, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along line VIIIc-VIIIc in the pattern 5 to be inspected in FIG. Similar to the pattern 2 to be inspected in the first embodiment, the pattern 5 to be inspected and the reference pattern 6 are formed on the main surface of the semiconductor wafer or substrate by a lithography process using a mask (reticle) as an original plate. Further, the inspected pattern 5 and the reference pattern 6 according to the present embodiment can be formed in the inspected area 13 in the shot area 10 shown in FIG. 3B or 3C.

本実施の形態に係る被検査パターン5は、図8(A),(C)に示されるように、長さL2の長辺と幅W2の短辺とを持つ矩形状の底面5bと、この底面5bの長辺方向一端からほぼ垂直に立ち上がる側面5wとを有する。底面5bの長さL2は、たとえば20μm〜30μm程度に、側面5wの高さHwは、たとえば10μm程度にすることができる。また、被検査パターン5は、X軸方向(半導体ウェハ1の主面に沿った所定方向)一端側から他端側に向かって漸次厚みが変化する傾斜構造5sを有している。また、この傾斜構造5sの表面は、一端側から他端側に向かうにつれて漸次高さが変化する傾斜面を構成している。図8(A)に示されるようにこの傾斜構造5sの一端5gと側面5wとは、光学顕微鏡像で識別可能な境界線(エッジ)を構成する。   As shown in FIGS. 8A and 8C, the pattern 5 to be inspected according to the present embodiment includes a rectangular bottom surface 5b having a long side having a length L2 and a short side having a width W2. And a side surface 5w that rises substantially vertically from one end in the long side direction of the bottom surface 5b. The length L2 of the bottom surface 5b can be set to about 20 μm to 30 μm, for example, and the height Hw of the side surface 5w can be set to about 10 μm, for example. Further, the pattern 5 to be inspected has an inclined structure 5s whose thickness gradually changes from one end side to the other end side in the X-axis direction (a predetermined direction along the main surface of the semiconductor wafer 1). Further, the surface of the inclined structure 5s forms an inclined surface whose height gradually changes from one end side to the other end side. As shown in FIG. 8A, the one end 5g and the side surface 5w of the inclined structure 5s constitute a boundary line (edge) that can be identified by an optical microscope image.

一方、基準パターン6は、図8(A),(B)に示されるように、長さL2の長辺と幅W2の短辺とを持つ矩形状の底面6bを有する。図8(A)に示されるように、基準パターン6は、底面6bからほぼ垂直に立ち上がる両側面6wa,6wbを有しており、これら両側面6wa,6wbは、光学顕微鏡像で識別可能な境界線(エッジ)を構成する。また、図8(B)に示されるようにこの基準パターン6の断面は、長さL2と高さHwとを持つ矩形状を有する。基準パターン6の底面6bの形状は、被検査パターン5の底面5bの形状と同一であり、基準パターン6の高さHwは、被検査パターン5の側面5wの高さHwと同じである。基準パターン6の一方の側面6waと被検査パターン5の側面5wとは一直線上に揃えられ、基準パターン6の他方の側面6wbと被検査パターン5の先端5gも一直線上に揃えられている。これは、被検査パターン5と基準パターン6とを対比観察しやすくするためである。   On the other hand, as shown in FIGS. 8A and 8B, the reference pattern 6 has a rectangular bottom surface 6b having a long side having a length L2 and a short side having a width W2. As shown in FIG. 8A, the reference pattern 6 has both side surfaces 6wa and 6wb that rise substantially perpendicularly from the bottom surface 6b, and these both side surfaces 6wa and 6wb are boundaries that can be identified by an optical microscope image. Configure a line (edge). Further, as shown in FIG. 8B, the cross section of the reference pattern 6 has a rectangular shape having a length L2 and a height Hw. The shape of the bottom surface 6b of the reference pattern 6 is the same as the shape of the bottom surface 5b of the inspection pattern 5, and the height Hw of the reference pattern 6 is the same as the height Hw of the side surface 5w of the inspection pattern 5. One side surface 6wa of the reference pattern 6 and the side surface 5w of the pattern to be inspected 5 are aligned on a straight line, and the other side surface 6wb of the reference pattern 6 and the tip 5g of the pattern to be inspected 5 are also aligned on a straight line. This is for facilitating comparative observation of the pattern 5 to be inspected and the reference pattern 6.

図9(A)〜(C)は、本実施の形態のリソグラフィ工程で被検査パターン5及び基準パターン6を形成するために使用されるマスク7の原版パターンの一例を概略的に示す図である。図9(A)は、このマスク7の表面の一部を示す平面図である。図9(B)は、図9(A)のマスク7のIXb−IXb線に沿った断面図であり、図9(C)は、図9(A)のマスク7のIXc−IXc線に沿った断面図である。マスク7には、検査用原版パターンの他に回路用原版パターンも形成されているが、説明の便宜上、回路用原版パターンは図示されていない。このマスク7は、ガラス基板や石英基板などの透光性基板71と、この透光性基板71の一方の主面上に形成された遮光膜のパターン(遮光パターン)72,73とからなる。一方の遮光パターン72は、被検査パターン5を形成するためのパターンであり、他方の遮光パターン73は、基準パターン6を形成するためのパターンである。遮光パターン72,73の構成材料としては、たとえば、クロム、酸化クロムあるいはタンタルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   FIGS. 9A to 9C are diagrams schematically showing an example of an original pattern of a mask 7 used for forming the inspection pattern 5 and the reference pattern 6 in the lithography process of the present embodiment. . FIG. 9A is a plan view showing a part of the surface of the mask 7. 9B is a cross-sectional view taken along the line IXb-IXb of the mask 7 in FIG. 9A, and FIG. 9C is taken along the line IXc-IXc of the mask 7 in FIG. 9A. FIG. The mask 7 is formed with a circuit original pattern in addition to the inspection original pattern, but the circuit original pattern is not shown for convenience of explanation. The mask 7 includes a light transmitting substrate 71 such as a glass substrate or a quartz substrate, and light shielding film patterns (light shielding patterns) 72 and 73 formed on one main surface of the light transmitting substrate 71. One light shielding pattern 72 is a pattern for forming the pattern 5 to be inspected, and the other light shielding pattern 73 is a pattern for forming the reference pattern 6. Examples of the constituent material of the light shielding patterns 72 and 73 include chromium, chromium oxide, and tantalum, but are not limited thereto.

一方の遮光パターン72は、図9(A)に示されるように透光性基板71上の矩形状の領域に形成されている。遮光パターン72は、形成すべき被検査パターン5の傾斜構造5sの高さに対応する開口密度(粗密)を有しており、この開口密度は、当該領域の長辺方向一端から他端へ向かうにつれて次第に低くなるように設計されている。この遮光パターン72は、被検査パターン5の傾斜構造5sの厚み分布に応じた光透過率分布(2次元分布)を有する。図9(A)に示されるように、マスク7の長辺方向に沿って線状(帯状)の遮光膜が配列され、遮光パターン72を構成している。遮光膜と遮光膜との間にはスリット状の開口部すなわち光透過孔が形成されている。本実施の形態では、マスク7に形成される開口部の形状はスリット形状であるが、これに限定されず、たとえばドット形状の開口部が形成されるように遮光パターンを設計してもよい。   One light shielding pattern 72 is formed in a rectangular region on the translucent substrate 71 as shown in FIG. The light shielding pattern 72 has an opening density (rough density) corresponding to the height of the inclined structure 5 s of the pattern 5 to be inspected, and this opening density is directed from one end to the other end in the long side direction of the region. It is designed to become gradually lower. The light shielding pattern 72 has a light transmittance distribution (two-dimensional distribution) corresponding to the thickness distribution of the inclined structure 5s of the pattern 5 to be inspected. As shown in FIG. 9A, linear (strip-shaped) light shielding films are arranged along the long side direction of the mask 7 to constitute a light shielding pattern 72. A slit-shaped opening, that is, a light transmission hole is formed between the light shielding film and the light shielding film. In the present embodiment, the shape of the opening formed in the mask 7 is a slit shape. However, the shape is not limited to this. For example, the light shielding pattern may be designed so that a dot-shaped opening is formed.

他方の遮光パターン73は、基準パターン6を形成するために図9(B)に示されるように矩形状の領域全体に亘って一定の厚みを有している。   The other light shielding pattern 73 has a constant thickness over the entire rectangular region as shown in FIG. 9B in order to form the reference pattern 6.

被検査パターン5及び基準パターン6は、実施の形態1の被検査パターン2の形成方法と同様の方法により形成される。すなわち、半導体ウェハ1の主面上にポジ型の感光性樹脂膜を塗布した後、この半導体ウェハ1を投影露光装置内に配置する。投影露光装置では、露光光源(図示せず)から放射された露光光がマスク7の遮光パターン72及び投影光学系を透過し、投影光学系によって感光性樹脂膜の表面に照射される。図10は、この感光性樹脂膜50の露光部50eと未露光部50nとを概略的に示す断面図である。感光性樹脂膜50は、露光光の強度に応じた深さまで感光するので、現像液に対する感光性樹脂膜50の可溶領域の深さは、露光光強度に応じて変化する。図10に示されるように、露光工程により、感光性樹脂膜50の中には、現像液に可溶な露光部50eと、傾斜構造を有する未露光部50nとが形成される。その後の現像工程では、現像液に対して露光部50eが溶解し、未露光部50nは溶解しない。結果として、半導体ウェハ1の被検査領域13に傾斜構造5sを有する被検査パターン5と基準パターン6とが形成される。   The pattern 5 to be inspected and the reference pattern 6 are formed by the same method as the method for forming the pattern 2 to be inspected in the first embodiment. That is, after a positive photosensitive resin film is applied on the main surface of the semiconductor wafer 1, the semiconductor wafer 1 is placed in the projection exposure apparatus. In the projection exposure apparatus, exposure light emitted from an exposure light source (not shown) passes through the light shielding pattern 72 of the mask 7 and the projection optical system, and is irradiated onto the surface of the photosensitive resin film by the projection optical system. FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an exposed portion 50e and an unexposed portion 50n of the photosensitive resin film 50. As shown in FIG. Since the photosensitive resin film 50 is exposed to a depth corresponding to the intensity of the exposure light, the depth of the soluble region of the photosensitive resin film 50 with respect to the developer changes according to the exposure light intensity. As shown in FIG. 10, the exposure process forms an exposed portion 50e soluble in the developer and an unexposed portion 50n having an inclined structure in the photosensitive resin film 50. In the subsequent development process, the exposed portion 50e is dissolved in the developer, and the unexposed portion 50n is not dissolved. As a result, the inspection pattern 5 and the reference pattern 6 having the inclined structure 5 s are formed in the inspection region 13 of the semiconductor wafer 1.

なお、遮光パターン72を設計する際には、投影光学系の解像限界を考慮して、遮光パターン72を構成する帯状遮光膜のパターンあるいはスリット状開口部のパターンが露光工程で感光性樹脂膜50に完全に転写されないように設計する必要がある。   When designing the light-shielding pattern 72, in consideration of the resolution limit of the projection optical system, the strip-shaped light-shielding film pattern or the slit-shaped opening pattern constituting the light-shielding pattern 72 is a photosensitive resin film in the exposure process. It is necessary to design so that it is not completely transferred to 50.

図11(A),(B)は、リソグラフィ工程で露光量不足及び現像不足のうち少なくとも一方が生じた場合に形成される被検査パターン5及び基準パターン6の一例を概略的に示す断面図である。図11(A),(B)に示されるように、半導体ウェハ1の主面上に被検査パターン5及び基準パターン6以外の感光性樹脂膜59が残っている。このため、被検査パターン5の全体の長さL2aは、適正なプロセス条件でリソグラフィ工程が実行された場合の長さL2(図8(A))と比べて短い。したがって、光学顕微鏡像に現れる被検査パターン5を観察することで、露光工程や現像工程のプロセス条件が適正であるか否かを容易に判定することができる。   11A and 11B are cross-sectional views schematically showing an example of the pattern 5 to be inspected and the reference pattern 6 formed when at least one of insufficient exposure and insufficient development occurs in the lithography process. is there. As shown in FIGS. 11A and 11B, the photosensitive resin film 59 other than the pattern to be inspected 5 and the reference pattern 6 remains on the main surface of the semiconductor wafer 1. For this reason, the entire length L2a of the pattern to be inspected 5 is shorter than the length L2 (FIG. 8A) when the lithography process is performed under appropriate process conditions. Therefore, by observing the inspection pattern 5 appearing in the optical microscope image, it can be easily determined whether or not the process conditions of the exposure process and the development process are appropriate.

また、光学顕微鏡像に現れる被検査パターン5及び基準パターン6の両者を観察することで、正確な判定を下すことができる。すなわち、被検査パターン5の先端と基準パターン6の端面6wbとの差Δaに応じて、露光工程や現像工程のプロセス条件が適正条件からどの程度ずれているのかを容易且つ正確に判断することができる。   In addition, it is possible to make an accurate determination by observing both the inspected pattern 5 and the reference pattern 6 appearing in the optical microscope image. That is, it is possible to easily and accurately determine how much the process conditions of the exposure process and the development process deviate from appropriate conditions according to the difference Δa between the tip of the pattern 5 to be inspected and the end face 6wb of the reference pattern 6. it can.

一方、図12(A),(B)は、リソグラフィ工程で主に露光量過多が生じた場合に形成される被検査パターン5及び基準パターン6の一例を概略的に示す断面図である。図12(A),(B)に示されるように、被検査パターン5の全体の長さL2bは、適正なプロセス条件でリソグラフィ工程が実行された場合の長さL2(図8(A))と比べて短い。したがって、光学顕微鏡像に現れる被検査パターン5を観察することで、露光工程や現像工程のプロセス条件が適正であるか否かを容易に判定することができる。また、光学顕微鏡像に現れる被検査パターン5及び基準パターン6の両者を観察し、被検査パターン5の先端と基準パターン6の端面6wbとの差Δbに応じて、露光工程や現像工程のプロセス条件が適正条件からどの程度ずれているのかを容易且つ正確に判断することができる。   On the other hand, FIGS. 12A and 12B are cross-sectional views schematically showing an example of the pattern to be inspected 5 and the reference pattern 6 that are formed mainly when an excessive amount of exposure occurs in the lithography process. As shown in FIGS. 12A and 12B, the entire length L2b of the pattern 5 to be inspected is the length L2 when the lithography process is performed under appropriate process conditions (FIG. 8A). Short compared to Therefore, by observing the inspection pattern 5 appearing in the optical microscope image, it can be easily determined whether or not the process conditions of the exposure process and the development process are appropriate. Further, both the inspected pattern 5 and the reference pattern 6 appearing in the optical microscope image are observed, and the process conditions of the exposure process and the developing process are determined according to the difference Δb between the front end of the inspected pattern 5 and the end face 6wb of the reference pattern 6. It is possible to easily and accurately determine how much is deviated from the appropriate condition.

以上に説明したように実施の形態2に係る被検査パターン5の光学顕微鏡像を目視で観察することにより、リソグラフィ工程における露光工程や現像工程のプロセス条件が適正であるか否かを容易に判断することができる。また、被検査パターン5と基準パターン6とを対比観察することで、プロセス条件が適正条件からどの程度ずれているのかを正確に判断することができる。この判断に基づいて、リソグラフィ工程で素子形成領域12に形成されるレジストパターンや絶縁膜パターンの寸法精度を精確に推定することができ、そのプロセス条件が許容範囲内にあるか否か、あるいは規格に適合しているか否かを容易に判定することもできる。   As described above, by visually observing the optical microscope image of the pattern 5 to be inspected according to Embodiment 2, it is easily determined whether or not the process conditions of the exposure process and the development process in the lithography process are appropriate. can do. Further, by comparing and inspecting the pattern 5 to be inspected and the reference pattern 6, it is possible to accurately determine how much the process condition is deviated from the appropriate condition. Based on this determination, it is possible to accurately estimate the dimensional accuracy of the resist pattern or insulating film pattern formed in the element formation region 12 in the lithography process, and whether the process conditions are within an allowable range or whether It is also possible to easily determine whether or not it conforms to.

さらに、本実施の形態に係る被検査パターン5は傾斜構造5sを有するので、上記特許文献1,2に開示されているような半導体ウェハの面内方向に展開するレジストパターン群と比べると、被検査パターン5及び基準パターン6が形成される領域の面積を小さくし、レイアウト設計の自由度を向上させることができる。上記実施の形態2では、被検査パターン5と基準パターン6とは分離しているが、被検査パターン5と基準パターン6とが互いに連続し一体化していてもよい。   Further, since the pattern to be inspected 5 according to the present embodiment has the inclined structure 5s, the pattern to be inspected is compared with the resist pattern group developed in the in-plane direction of the semiconductor wafer as disclosed in Patent Documents 1 and 2 above. The area of the region where the inspection pattern 5 and the reference pattern 6 are formed can be reduced, and the degree of freedom in layout design can be improved. In the second embodiment, the inspected pattern 5 and the reference pattern 6 are separated, but the inspected pattern 5 and the reference pattern 6 may be continuous with each other and integrated.

実施の形態3.
次に、本発明に係る実施の形態3について説明する。図13(A),(B)は、実施の形態3の方法で形成された被検査パターン8を概略的に示す図である。図13(A)は、半導体ウェハ1の主面に対して垂直な方向から見た被検査パターン8の平面図(上面視図)であり、図13(B)は、図13(A)の被検査パターン8のXIIIb−XIIIb線に沿った断面図である。この被検査パターン8は、実施の形態1の被検査パターン2の場合と同様に、マスク(レチクル)を原版として用いるリソグラフィ工程により半導体ウェハまたは基板の主面上に形成される。また、図3(B)または図3(C)に示したショット領域10内の被検査領域13に本実施の形態に係る被検査パターン8を形成することができる。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. FIGS. 13A and 13B are diagrams schematically showing an inspection pattern 8 formed by the method of the third embodiment. 13A is a plan view (top view) of the pattern 8 to be inspected as viewed from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor wafer 1, and FIG. 13B is a plan view of FIG. It is sectional drawing along the XIIIb-XIIIb line | wire of the to-be-inspected pattern 8. FIG. This inspected pattern 8 is formed on the main surface of the semiconductor wafer or substrate by a lithography process using a mask (reticle) as an original, as in the inspected pattern 2 of the first embodiment. Further, the inspection pattern 8 according to the present embodiment can be formed in the inspection region 13 in the shot region 10 shown in FIG. 3B or FIG.

本実施の形態に係る被検査パターン8は、図13(A),(B)に示されるように、長さL3の長辺と幅W3の短辺とを持つ矩形状の底面8bと、この底面8bの長辺方向一端からほぼ垂直に立ち上がる側面8wとを有する。底面8bの長さL3は、たとえば20μm〜30μm程度にし、側面8wの高さHvは、たとえば10μm程度にすることができる。また、被検査パターン8は、X軸方向(半導体ウェハ1の主面に沿った所定方向)一端側から他端側に向かうにつれて厚みが変化する傾斜構造(傾斜面)8sを有している。また、傾斜構造8sの表面は、一端側から他端側に向かうにつれて漸次高さが変化する複数の傾斜面8aa,8ab,8acを含み、これら傾斜面8aa,8ab,8acのうち隣り合う傾斜面間に段差が形成されている。図13(A)に示されるように、この傾斜構造8sの先端8gと側面8wとは、光学顕微鏡像で識別可能な境界線(エッジ)を構成する。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the inspected pattern 8 according to the present embodiment includes a rectangular bottom surface 8b having a long side having a length L3 and a short side having a width W3. And a side surface 8w that rises substantially vertically from one end in the long side direction of the bottom surface 8b. The length L3 of the bottom surface 8b can be set to about 20 μm to 30 μm, for example, and the height Hv of the side surface 8w can be set to about 10 μm, for example. The pattern 8 to be inspected has an inclined structure (inclined surface) 8s whose thickness changes from one end side to the other end side in the X-axis direction (a predetermined direction along the main surface of the semiconductor wafer 1). Further, the surface of the inclined structure 8s includes a plurality of inclined surfaces 8aa, 8ab, 8ac whose height gradually changes from one end side to the other end side, and adjacent inclined surfaces among these inclined surfaces 8aa, 8ab, 8ac. A step is formed between them. As shown in FIG. 13A, the tip 8g and the side surface 8w of the inclined structure 8s form a boundary line (edge) that can be identified by an optical microscope image.

被検査パターン8の傾斜構造8sは階段形状を有している。この傾斜構造8sは、段差を構成する2つの側面8d,8eを有し、先端8gと側面8dとの間に第1の傾斜面8aaを有し、側面8d,8e間に第2の傾斜面8abを有し、側面8eと側面8wとの間に第3の傾斜面8acを有する。リソグラフィ工程のプロセス条件が適正条件であるとき、これら傾斜面8aa,8ab,8acの水平方向(X軸方向)長さΔL,ΔL,ΔLは同一である。図13(A)に示されるように、被検査パターン8の傾斜構造8sの側面8d,8eは、光学顕微鏡像で識別可能な境界線(エッジ)を構成する。 The inclined structure 8s of the pattern to be inspected 8 has a staircase shape. The inclined structure 8s has two side surfaces 8d and 8e constituting a step, has a first inclined surface 8aa between the tip 8g and the side surface 8d, and a second inclined surface between the side surfaces 8d and 8e. 8ab, and a third inclined surface 8ac is provided between the side surface 8e and the side surface 8w. When the process conditions of the lithography process are appropriate conditions, the horizontal directions (X-axis direction) lengths ΔL 1 , ΔL 2 , and ΔL 3 of these inclined surfaces 8aa, 8ab, and 8ac are the same. As shown in FIG. 13A, the side surfaces 8d and 8e of the inclined structure 8s of the pattern to be inspected 8 constitute a boundary line (edge) that can be identified by an optical microscope image.

図14(A),(B)は、本実施の形態のリソグラフィ工程で被検査パターン8を形成するために使用されるマスク9の検査用原版パターンの一例を概略的に示す図である。図14(A)は、このマスク9の表面の一部を示す平面図であり、図14(B)は、図14(A)のマスク9のXIVb−XIVb線に沿った断面図である。マスク9には、検査用原版パターンの他に回路用原版パターンも形成されているが、説明の便宜上、回路用原版パターンは図示されていない。このマスク9は、ガラス基板や石英基板などの透光性基板91と、この透光性基板91の一方の主面上に形成された遮光膜のパターン(遮光パターン)92とからなる。遮光パターン92の構成材料としては、たとえば、クロム、酸化クロムあるいはタンタルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   FIGS. 14A and 14B are diagrams schematically showing an example of an original pattern for inspection of a mask 9 used for forming an inspection pattern 8 in the lithography process of the present embodiment. FIG. 14A is a plan view showing a part of the surface of the mask 9, and FIG. 14B is a cross-sectional view of the mask 9 in FIG. 14A taken along line XIVb-XIVb. The mask 9 is formed with a circuit original pattern in addition to the inspection original pattern, but the circuit original pattern is not shown for convenience of explanation. The mask 9 includes a light-transmitting substrate 91 such as a glass substrate or a quartz substrate, and a light-shielding film pattern (light-shielding pattern) 92 formed on one main surface of the light-transmitting substrate 91. Examples of the constituent material of the light shielding pattern 92 include, but are not limited to, chromium, chromium oxide, and tantalum.

遮光パターン92は、図14(A)に示されるように透光性基板91上の矩形状の領域に形成されている。遮光パターン92は、形成すべき被検査パターン8の傾斜構造8sの高さに対応する開口密度(粗密)を有しており、この開口密度は、当該領域の長辺方向一端から他端へ向かうにつれて次第に低くなるように設計されている。この遮光パターン92は、被検査パターン8の傾斜構造8sの厚み分布に応じた光透過率分布(2次元分布)を有する。図14(A)に示されるように、遮光パターン92は、被検査パターン8の傾斜面8aaの高さ分布に対応する光透過率分布を有する透過領域921と、傾斜面8abの高さ分布に対応する光透過率分布を有する透過領域922と、傾斜面8acの高さ分布に対応する光透過率分布を有する透過領域923とを含む。これら透過領域921〜923の各々においては、線状(帯状)の遮光膜がマスク9の長辺方向に配列され、遮光膜と遮光膜との間にはスリット状の開口部すなわち光透過孔が形成されている。なお、本実施の形態では、マスク9に形成される開口部の形状はスリット形状であるが、これに限定されず、たとえばドット形状の開口部が形成されるように遮光パターンを設計してもよい。   The light shielding pattern 92 is formed in a rectangular region on the translucent substrate 91 as shown in FIG. The light shielding pattern 92 has an opening density (rough density) corresponding to the height of the inclined structure 8s of the pattern to be inspected 8 to be formed, and this opening density is directed from one end to the other end in the long side direction of the region. It is designed to become gradually lower. The light shielding pattern 92 has a light transmittance distribution (two-dimensional distribution) corresponding to the thickness distribution of the inclined structure 8 s of the pattern 8 to be inspected. As shown in FIG. 14A, the light shielding pattern 92 has a transmission region 921 having a light transmittance distribution corresponding to the height distribution of the inclined surface 8aa of the pattern 8 to be inspected, and a height distribution of the inclined surface 8ab. A transmission region 922 having a corresponding light transmittance distribution and a transmission region 923 having a light transmittance distribution corresponding to the height distribution of the inclined surface 8ac are included. In each of these transmission regions 921 to 923, a linear (band-like) light shielding film is arranged in the long side direction of the mask 9, and a slit-shaped opening, that is, a light transmission hole is formed between the light shielding film and the light shielding film. Is formed. In the present embodiment, the shape of the opening formed in the mask 9 is a slit shape. However, the shape is not limited to this. For example, the light shielding pattern may be designed so that a dot-shaped opening is formed. Good.

被検査パターン8は、実施の形態1の被検査パターン2の形成方法と同様の方法により形成される。すなわち、半導体ウェハ1の主面上の被検査領域13にポジ型の感光性樹脂膜を塗布した後、この半導体ウェハ1を投影露光装置内に配置する。投影露光装置では、露光光源(図示せず)から放射された露光光がマスク9の遮光パターン92及び投影光学系を透過し、投影光学系によって感光性樹脂膜の表面に照射される。図15は、この感光性樹脂膜80の露光部80eと未露光部80nとを概略的に示す断面図である。感光性樹脂膜80は、露光光の強度に応じた深さまで感光するので、現像液に対する感光性樹脂膜80の可溶領域の深さは、露光光強度に応じて変化する。図15に示されるように、露光工程により、感光性樹脂膜80の中には、現像液に可溶な露光部80eと、傾斜構造を有する未露光部80nとが形成される。その後の現像工程では、現像液に対して露光部80eが溶解し、未露光部80nは溶解しない。結果として、半導体ウェハ1の被検査領域13に傾斜構造8sを有する被検査パターン8が形成される。   The pattern 8 to be inspected is formed by the same method as the method for forming the pattern 2 to be inspected in the first embodiment. That is, after a positive photosensitive resin film is applied to the inspection region 13 on the main surface of the semiconductor wafer 1, the semiconductor wafer 1 is placed in the projection exposure apparatus. In the projection exposure apparatus, exposure light emitted from an exposure light source (not shown) passes through the light shielding pattern 92 of the mask 9 and the projection optical system, and is irradiated onto the surface of the photosensitive resin film by the projection optical system. FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing an exposed portion 80e and an unexposed portion 80n of the photosensitive resin film 80. As shown in FIG. Since the photosensitive resin film 80 is exposed to a depth corresponding to the intensity of the exposure light, the depth of the soluble region of the photosensitive resin film 80 with respect to the developer changes according to the exposure light intensity. As shown in FIG. 15, the exposure process forms an exposed portion 80e soluble in the developer and an unexposed portion 80n having an inclined structure in the photosensitive resin film 80. In the subsequent development process, the exposed portion 80e is dissolved in the developer, and the unexposed portion 80n is not dissolved. As a result, the inspection pattern 8 having the inclined structure 8 s is formed in the inspection region 13 of the semiconductor wafer 1.

なお、遮光パターン92を設計する際には、投影光学系の解像限界を考慮して、遮光パターン92を構成する帯状遮光膜のパターンあるいはスリット状開口部のパターンが露光工程で感光性樹脂膜80に完全に転写されないように設計する必要がある。   When designing the light-shielding pattern 92, in consideration of the resolution limit of the projection optical system, the strip-shaped light-shielding film pattern or the slit-shaped opening pattern constituting the light-shielding pattern 92 is a photosensitive resin film in the exposure process. It is necessary to design so that it is not completely transferred to 80.

図16(A),(B)は、リソグラフィ工程で露光量不足及び現像不足が生じた場合に形成される被検査パターン8の一例を概略的に示す断面図である。図16(A)に示されるように、半導体ウェハ1の主面上に被検査パターン8以外の感光性樹脂膜88が残り、主に現像不足に起因して被検査パターン8の傾斜面8aaの水平方向長さΔLは傾斜面8abの水平方向長さΔLよりも短い。このときの被検査パターン8の光学顕微鏡像においては、先端8g及び側面8d,8e,8wの各エッジが現れ、先端8gと側面8dの間の距離ΔLは、側面8d,8e間の距離ΔLよりも短い。さらなる現像不足が生じたときは、図16(B)に示されるように、感光性樹脂膜89が残ることにより傾斜面8aaは消失し、側面8dの大部分が消失している。このときの被検査パターン8の光学顕微鏡像では、先端8gのエッジは現れず、側面8d,8e,8wの各エッジが現れる。また、側面8dのエッジは、側面8e,8wのエッジと比べて不明瞭となる。 FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views schematically showing an example of a pattern 8 to be inspected that is formed when an exposure amount is insufficient and a development is insufficient in a lithography process. As shown in FIG. 16A, the photosensitive resin film 88 other than the pattern to be inspected 8 remains on the main surface of the semiconductor wafer 1, and the inclined surface 8aa of the pattern to be inspected 8aa mainly due to insufficient development. The horizontal length ΔL 1 is shorter than the horizontal length ΔL 2 of the inclined surface 8ab. In the optical microscope image of the test pattern 8 at this time, the tip 8g and side 8d, 8e, appear each edge of 8w, distance [Delta] L 1 between the front end 8g and side 8d is a side 8d, the distance between 8e [Delta] L Shorter than 2 . When further development shortage occurs, as shown in FIG. 16B, the inclined surface 8aa disappears due to the photosensitive resin film 89 remaining, and most of the side surface 8d disappears. In the optical microscope image of the pattern 8 to be inspected at this time, the edge of the tip 8g does not appear, but the edges of the side surfaces 8d, 8e, and 8w appear. Further, the edge of the side surface 8d becomes unclear compared to the edges of the side surfaces 8e and 8w.

一方、図17(A),(B)は、リソグラフィ工程で露光量過多及び現像過多が生じた場合に形成される被検査パターン8の一例を概略的に示す断面図である。図17(A)に示されるように、被検査パターン8の傾斜面8aaの水平方向長さΔLは傾斜面8abの水平方向長さΔLよりも短い。このときの被検査パターン8の光学顕微鏡像においては、先端8g及び側面8d,8e,8wの各エッジが現れ、先端8gと側面8dの間の距離ΔLは、側面8d,8e間の距離ΔLよりも短い。さらなる露光量過多及び現像過多が生じたときは、図17(B)に示されるように、先端8g及び傾斜面8aaが消失している。このときの被検査パターン8の光学顕微鏡像では、先端8gのエッジは現れず、側面8d,8e,8wの各エッジが現れる。 On the other hand, FIGS. 17A and 17B are cross-sectional views schematically showing an example of a pattern 8 to be inspected that is formed when excessive exposure and excessive development occur in a lithography process. As shown in FIG. 17 (A), the horizontal direction length [Delta] L 1 of the inclined surface 8aa of the inspected pattern 8 is shorter than the horizontal length [Delta] L 2 of the inclined surface 8ab. In the optical microscope image of the test pattern 8 at this time, the tip 8g and side 8d, 8e, appear each edge of 8w, distance [Delta] L 1 between the front end 8g and side 8d is a side 8d, the distance between 8e [Delta] L Shorter than 2 . When further overexposure and overexposure occur, the tip 8g and the inclined surface 8aa disappear as shown in FIG. In the optical microscope image of the pattern 8 to be inspected at this time, the edge of the tip 8g does not appear, but the edges of the side surfaces 8d, 8e, and 8w appear.

以上に説明したように実施の形態3に係る被検査パターン8の光学顕微鏡像を目視で観察することにより、リソグラフィ工程における露光工程や現像工程のプロセス条件が適正条件からどの程度ずれているのかを容易且つ正確に判断することができる。この判断に基づいて、リソグラフィ工程で素子形成領域12に形成されるレジストパターンや絶縁膜パターンの寸法精度を精確に推定することができ、そのプロセス条件が許容範囲内にあるか否か、あるいは規格に適合しているか否かを容易に判定することもできる。また、被検査パターン8は、半導体ウェハ1の主面に対して傾斜する傾斜構造8sを有するので、上記特許文献1,2に開示されているような半導体ウェハの面内方向に展開するレジストパターン群と比べると、被検査パターン8が形成される領域の面積を小さくし、レイアウト設計の自由度を向上させることができる。   As described above, by observing the optical microscope image of the pattern 8 to be inspected according to Embodiment 3 with the naked eye, how much the process conditions of the exposure process and the development process in the lithography process deviate from the appropriate conditions. Judgment can be made easily and accurately. Based on this determination, it is possible to accurately estimate the dimensional accuracy of the resist pattern or insulating film pattern formed in the element formation region 12 in the lithography process, and whether the process conditions are within an allowable range or whether It is also possible to easily determine whether or not it conforms to. Further, since the pattern 8 to be inspected has an inclined structure 8 s that is inclined with respect to the main surface of the semiconductor wafer 1, a resist pattern developed in the in-plane direction of the semiconductor wafer as disclosed in Patent Documents 1 and 2 above. Compared with the group, the area of the region where the pattern to be inspected 8 is formed can be reduced, and the degree of freedom in layout design can be improved.

さらに、本実施の形態に係る被検査パターン8の傾斜構造8sは、傾斜面8aa,8ab,8acと、段差を構成する側面8d,8eとを有するので、実施の形態1,2に係る被検査パターン2,5と比べると、適正条件からのずれをより正確に判断することができる。   Furthermore, since the inclined structure 8s of the pattern 8 to be inspected according to the present embodiment includes the inclined surfaces 8aa, 8ab, and 8ac and the side surfaces 8d and 8e that form steps, the object to be inspected according to the first and second embodiments. Compared with the patterns 2 and 5, the deviation from the appropriate condition can be determined more accurately.

実施の形態1〜3の変形例.
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な形態を採用することもできる。上記実施の形態1〜3では、被検査パターン2,5,8をグリッドライン11内の被検査領域13に形成することができるが、この代わりに、素子形成領域12内に、回路形成用のレジストパターンまたは絶縁膜パターンとともに被検査パターン2,5,8を形成してもよい。
Modifications of the first to third embodiments.
Although various embodiments according to the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and various forms other than the above can be adopted. In the first to third embodiments, the inspected patterns 2, 5, and 8 can be formed in the inspected area 13 in the grid line 11, but instead, the circuit forming area 12 is used for circuit formation. Inspected patterns 2, 5, and 8 may be formed together with the resist pattern or the insulating film pattern.

1 半導体ウェハ、 2,5,8 被検査パターン、 4 投影光学系、 6 基準パターン、 2sa,2sb,5s,8s 傾斜構造、 3,7,9 マスク(レチクル)、 10 ショット領域、 11 グリッドライン(ダイシング領域)、 12 素子形成領域、 13 被検査領域、 31,71,91 透光性基板、 32,72,73,92 遮光パターン(検査用原版パターン)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor wafer, 2, 5, 8 Pattern to be inspected, 4 Projection optical system, 6 Reference pattern, 2sa, 2sb, 5s, 8s Inclined structure, 3, 7, 9 Mask (reticle), 10 shot area, 11 Grid line ( Dicing area), 12 element formation area, 13 area to be inspected, 31, 71, 91 translucent substrate, 32, 72, 73, 92 light-shielding pattern (original pattern for inspection).

Claims (12)

基板の主面上の被検査領域に感光性樹脂膜を形成する工程と、
投影光学系を用いて、マスクに形成された原版パターンを透過した露光光を前記感光性樹脂膜の表面に照射する露光工程と、
前記感光性樹脂膜に現像処理を施して前記原版パターンに対応する被検査パターンを形成する現像工程と、
を備え、
前記被検査パターンは、当該被検査パターンの前記主面に沿った所定方向一端側から他端側に向かうにつれて厚みが変化する傾斜構造を有し、
前記原版パターンは、前記被検査パターンの厚み分布に応じた光透過率分布を有する、
ことを特徴とするパターン形成方法。
Forming a photosensitive resin film in a region to be inspected on the main surface of the substrate;
An exposure step of irradiating the surface of the photosensitive resin film with exposure light transmitted through an original pattern formed on a mask using a projection optical system;
A development step of performing development processing on the photosensitive resin film to form a pattern to be inspected corresponding to the original pattern;
With
The pattern to be inspected has an inclined structure in which the thickness changes from one end side in a predetermined direction along the main surface of the pattern to be inspected toward the other end side,
The original pattern has a light transmittance distribution corresponding to a thickness distribution of the pattern to be inspected.
The pattern formation method characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載のパターン形成方法であって、前記傾斜構造の表面は、階段形状を有することを特徴とするパターン形成方法。   2. The pattern forming method according to claim 1, wherein a surface of the inclined structure has a step shape. 請求項2に記載のパターン形成方法であって、前記傾斜構造の段差の数は2以上であることを特徴とするパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 2, wherein the number of steps of the inclined structure is two or more. 請求項1に記載のパターン形成方法であって、前記傾斜構造の表面は、前記一端側から前記他端側に向かうにつれて漸次高さが変化する傾斜面を有することを特徴とするパターン形成方法。   2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the surface of the inclined structure has an inclined surface whose height gradually changes from the one end side toward the other end side. 請求項1に記載のパターン形成方法であって、
前記傾斜構造の表面は、前記一端側から前記他端側に向かうにつれて漸次高さが変化する複数の傾斜面を含み、
前記複数の傾斜面のうち隣り合う傾斜面間に段差が形成されている、
ことを特徴とするパターン形成方法。
The pattern forming method according to claim 1,
The surface of the inclined structure includes a plurality of inclined surfaces whose height gradually changes from the one end side toward the other end side,
A step is formed between adjacent inclined surfaces of the plurality of inclined surfaces.
The pattern formation method characterized by the above-mentioned.
請求項1から5のうちのいずれか1項に記載のパターン形成方法であって、前記被検査パターンは、前記主面からほぼ垂直に立ち上る側面を有することを特徴とするパターン形成方法。   6. The pattern forming method according to claim 1, wherein the pattern to be inspected has a side surface that rises substantially perpendicularly from the main surface. 請求項1から6のうちのいずれか1項に記載のパターン形成方法であって、
前記基板は半導体ウェハであり、
前記被検査用領域は、半導体素子が形成されるべき素子形成領域以外の領域に設けられる
ことを特徴とするパターン形成方法。
A pattern forming method according to any one of claims 1 to 6,
The substrate is a semiconductor wafer;
The pattern formation method, wherein the region to be inspected is provided in a region other than an element formation region in which a semiconductor element is to be formed.
請求項7に記載のパターン形成方法であって、被検査用領域は、前記半導体ウェハのダイシング領域上に形成されることを特徴とするパターン形成方法。   8. The pattern forming method according to claim 7, wherein the region to be inspected is formed on a dicing region of the semiconductor wafer. 半導体ウェハの主面上における半導体素子が形成される素子形成領域と被検査領域とにそれぞれ感光性樹脂膜を同時に形成する工程と、
投影光学系を用いて、マスクに形成された検査用原版パターンを透過した露光光を前記被検査領域に形成された当該感光性樹脂膜の表面に照射すると同時に、前記マスクに形成された回路用原版パターンを透過した露光光を前記素子形成領域に形成された当該感光性樹脂膜の表面に照射する露光工程と、
前記感光性樹脂膜に現像処理を施して前記検査用原版パターン及び前記回路用原版パターンにそれぞれ対応する被検査パターン及び回路形成用パターンを形成する現像工程と、
を備え、
前記被検査パターンは、当該被検査パターンの前記主面に沿った所定方向一端側から他端側に向かうにつれて厚みが変化する傾斜構造を有し、
前記原版パターンは、前記被検査パターンの厚み分布に応じた光透過率分布を有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Simultaneously forming a photosensitive resin film in each of an element formation region and a region to be inspected on which a semiconductor element is formed on a main surface of a semiconductor wafer;
The projection optical system is used to irradiate the surface of the photosensitive resin film formed in the inspection area with exposure light transmitted through the inspection original pattern formed on the mask, and at the same time for the circuit formed on the mask. An exposure step of irradiating the surface of the photosensitive resin film formed in the element formation region with exposure light transmitted through the original pattern;
A development step of performing development processing on the photosensitive resin film to form a pattern to be inspected and a circuit forming pattern corresponding to the original pattern for inspection and the original pattern for circuit, respectively,
With
The pattern to be inspected has an inclined structure in which the thickness changes from one end side in a predetermined direction along the main surface of the pattern to be inspected toward the other end side,
The original pattern has a light transmittance distribution corresponding to a thickness distribution of the pattern to be inspected.
A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項9に記載の半導体装置の製造方法であって、前記傾斜構造の表面は、階段形状を有することを特徴とするパターン形成方法。   10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the surface of the inclined structure has a step shape. 請求項9に記載の半導体装置の製造方法であって、前記傾斜構造の表面は、前記一端側から前記他端側に向かうにつれて漸次高さが変化する傾斜面を有することを特徴とするパターン形成方法。   10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the surface of the inclined structure has an inclined surface whose height gradually changes from the one end side toward the other end side. Method. 請求項9に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記傾斜構造の表面は、前記一端側から前記他端側に向かうにつれて漸次高さが変化する複数の傾斜面を含み、
前記複数の傾斜面のうち隣り合う傾斜面間に段差が形成されている、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9,
The surface of the inclined structure includes a plurality of inclined surfaces whose height gradually changes from the one end side toward the other end side,
A step is formed between adjacent inclined surfaces of the plurality of inclined surfaces.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0627636A (en) * 1992-07-10 1994-02-04 Seiko Epson Corp Photomask and production of photomask as well as etching method and exposing method
JPH06186412A (en) * 1992-12-18 1994-07-08 Olympus Optical Co Ltd Formation of fine pattern
JP2002025895A (en) * 2000-07-07 2002-01-25 Toshiba Corp Exposure measurement method and exposure measurement device
JP2006041549A (en) * 2005-09-09 2006-02-09 Toshiba Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2006332177A (en) * 2005-05-24 2006-12-07 Elpida Memory Inc Semiconductor wafer, manufacturing method thereof and mask

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0627636A (en) * 1992-07-10 1994-02-04 Seiko Epson Corp Photomask and production of photomask as well as etching method and exposing method
JPH06186412A (en) * 1992-12-18 1994-07-08 Olympus Optical Co Ltd Formation of fine pattern
JP2002025895A (en) * 2000-07-07 2002-01-25 Toshiba Corp Exposure measurement method and exposure measurement device
JP2006332177A (en) * 2005-05-24 2006-12-07 Elpida Memory Inc Semiconductor wafer, manufacturing method thereof and mask
JP2006041549A (en) * 2005-09-09 2006-02-09 Toshiba Corp Method of manufacturing semiconductor device

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