JP3776176B2 - フォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体プロセスのフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法に関し、特に、微小なデフォーカスが発生した際でもそのデフォーカスを高感度、高精度、簡便に検出し得る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスのフォトリソグラフィー工程におけるレジストパターン形成後の検査として、線幅測定、アライメント計測、表面検査、斜光検査等が通常行われている。線幅測定は、形成したレジストパターンが所望の管理寸法幅内にあるか否かを検査することを目的としており、寸法管理が必要なフォトリソグラフィー工程において、光学式線幅測定機、もしくは電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて行われる。アライメント計測は、形成したレジストパターンと下層パターンとの間の合わせずれが許容範囲内にあるか否かを検査することを目的としており、線幅測定と同様に、光学式線幅測定機や電子顕微鏡（ＳＥＭ）、もしくはウェハ上に焼き付けたアライメントバーニャを用いて行われる。
【０００３】
ところで、フォトリソグラフィー工程においては、例えば露光装置のウェハステージに異物が付着し、ウェハとウェハステージ間に異物が介在して局所的に凸部が生じることにより、露光時にデフォーカス（焦点ズレ）現象が発生することがある。そこで、表面検査は、ウェハ表面のミスト、異物付着、レジスト塗布むら等に加えて、デフォーカス発生等の異常を検査することを目的としており、一般的には顕微鏡が多用される。また、斜光検査では、ウェハに対してブロードバンドの可視光線を斜めに照射し、ウェハ上で生じる干渉模様を観察することによってデフォーカスの有無を検査している。
【０００４】
また、デフォーカスの有無を検査する別の手法として、通常の製品ウェハを検査するのではなく、一定期間毎もしくは一定処理枚数毎にウェハ上にライン＆スペース（ラインとスペースを交互に配置したパターンのこと）からなるレジストパターンを焼き付け、顕微鏡または斜光検査によって検査を行うという方法が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、顕微鏡を用いた従来のデフォーカス検査では、特開平５−８２４１５号公報記載の露光方法に示されるように、同一階層の露光を複数回に分けて行うため、ウェハ全面を検査するには極めて多くの時間を必要とし、処理能力の低下をきたしていた。したがって、比較的短時間で多量のウェハを検査できる方法として、斜光検査が多用されてきた。
【０００６】
例えば、ウェハ上に焼き付けたレジストパターンがライン＆スペースが主体となる配線工程等の場合、軽度のデフォーカス現象が生じた際にはレジストパターンの線幅が一定にならず、場所によって変動してしまう。また、デフォーカス現象が重度の場合にはレジストパターンが太くなって隣り合うライン同士が繋がってしまったり、もしくはパターンが形成されずに局所的に露光領域部（ポジ型レジスト使用において）に大面積のレジスト残りが生じる。したがって、このようなデフォーカス現象が生じた場合には斜光検査を行うと、可視光線による干渉模様が顕著に観察されるため、デフォーカスの発生を比較的容易に検出することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、フォトリソグラフィー工程の中でも工程によってはデフォーカスの検出が困難な場合があった。例えば、ポジ型レジストを用いたコンタクト孔形成工程のように、露光領域が微小なレジストパターンの形成に際してデフォーカス現象が生じた場合には、レジスト残存領域が大半を占めているために余程重度のデフォーカスによるコンタクト孔の未開口が発生しない限り、デフォーカスの検出は不可能であった。自工程の顕微鏡検査または斜光検査でデフォーカスが検出できず、見落しがあった場合、特に生産ラインにおいては多量の不良に結びつくことになる。また、デフォーカス現象でコンタクト孔径が規定寸法以下になり、ウェハテスト工程でも不良として検出されなかったような場合、本製品の信頼性の低下が危惧される、という問題を抱えていた。
【０００８】
したがって、前述のように、一定期間毎もしくは一定処理枚数毎にウェハ上にライン＆スペースパターンを焼き付け、顕微鏡または斜光検査により検査を行うのである。ところが、この方法においても、微小なデフォーカスの場合には線幅変動が微小であるためにデフォーカス検出感度が低い、デフォーカス現象が単発的に発生した場合には検出が困難である、といった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、特に微小なデフォーカスが発生した際の検出率を高めることのできるデフォーカス検出方法、およびそれに用いるレチクルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有し、未露光領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、未露光領域内で複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有し、露光領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、露光領域内で複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有するポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、ポジ型レジスト用製品レチクルの未露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量以上の露光エネルギーでレジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、未露光領域内で複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項４に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有するポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、ポジ型レジスト用製品レチクルの未露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以上の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量未満の露光エネルギーでレジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、未露光領域内で複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項５に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有するネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、ネガ型レジスト用製品レチクルの露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量以上の露光エネルギーでレジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、露光領域内で複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項６に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有するネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、ネガ型レジスト用製品レチクルの露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以上の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量未満の露光エネルギーでレジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、露光領域内で複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明のデフォーカス検出方法は、ポジ型レジスト、ネガ型レジストのいずれを用いる場合もそれぞれに対応する上記デフォーカス検出用のレチクルを用いて露光を行い、残存させるレジストパターンに凹部を形成し、顕微鏡検査または斜光検査によりその凹部を検出する、というものである。
【００２１】
すなわち、本発明のレチクルを用いると、例えばコンタクト孔等の実際に製品パターンを形成すべき個所では正常な露光が行われ、その後の現像処理でレジストが除去される部分は完全に半導体基板表面に達する。それに対して、露光装置の限界解像力以下の幅を有する複数のスリットまたは線状パターンが設けられた領域では、露光光の強度が０％〜１００％の中間の値を取るような不充分な露光となるため、その後の現像処理でレジストが除去される部分はレジストコートの表面から深さ方向の途中までとなる。つまり、レジストパターンのうち、複数のスリットや線状パターンを設けた領域はそれ以外の領域よりも窪んだ凹部となる。ところが、ベストフォーカス点では最も解像力が高く、デフォーカスが発生すると解像力が低下するため、デフォーカスが発生した領域ではデフォーカスが発生していない領域に比べてより不充分な露光状態となり、デフォーカスが発生していない領域に比べて凹部の深さは浅くなる。
【００２２】
したがって、レジストパターン上のデフォーカスの生じていない領域にはある程度の深さの凹部が形成される一方、例えば露光装置のウェハステージとウェハ基板間に異物が介在したような場合にはその近傍の領域でデフォーカスが生じ、実質的にはほとんど凹部が形成されない状態となる。その結果、顕微鏡検査や斜光検査によってデフォーカスの有無を容易に検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
本実施の形態は、コンタクト孔形成工程用の製品レチクルにデフォーカス検出機能を付加したレチクルを用いる場合の方法を例に採り、説明する。また、本方法はポジ型レジストに対応するものである。
【００２４】
図１（ａ）は本実施の形態で用いるレチクルの平面図、図１（ｂ）は断面図である。これらの図に示すように、レチクル１は、ガラス基板上にクロムパターンが設けられた未露光領域３と、クロムパターンが存在しない露光領域２を有している。ポジ型レジストを用いる場合、未露光領域３は後でレジストが残存する領域であり、露光領域２はレジストが残存しない、つまりコンタクト孔を形成すべき領域である。そして、未露光領域３内には、使用する露光装置の限界解像力以下の幅を有する露光光透過領域として、複数本のスリット４が近接して設けられている。例えば露光波長λ＝４３６ｎｍ、開口数ＮA ＝０．５５、限界解像力＝０．６５μｍの露光装置を用いる場合、スリット４の幅は０．３μｍ程度に設定する。ただし、この寸法に関しては、この値に限定されるものではなく、使用する露光装置によって異なるのは勿論のこと、露光時の露光エネルギー、後でレジストパターンに形成する凹部の所望の深さ、等に応じて適宜設定することができる。
【００２５】
次に、上記構成のレチクル１を用いて半導体基板表面に形成したシリコン酸化膜上のレジストコートに露光を行う（露光工程）。この時の露光条件として、露光エネルギーの値はＥth（露光によりレジストが抜けきる最低露光量）以上に設定する。ここで、図２を用いて、上記レチクルを用いたフォトリソグラフィー工程における露光光の状態を説明する。図２は上記レチクルを透過した露光光の強度分布を示すものであり、縦軸は露光光の強度（Intensity:単位％）を示し、横軸はレチクル上の位置を示す。この図を見ると、コンタクト孔を形成すべき露光領域２では完全に光が透過するので、光強度は１００％である。一方、未露光領域３内で複数のスリット４が設けられた領域では限界解像力以下の幅を有するスリット４を通して露光が行われるが、各スリット４を透過した光は解像される光強度までには至らず、０％超１００％未満の光強度分布が得られ、本実施の形態の場合、光強度は約１５％となる。また、未露光領域３内でもスリット４以外の領域は光が完全に遮断されるので、光強度は０％である。
【００２６】
その後、レジストコートに現像処理を施すことによって、複数のスリット４が設けられた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンが形成される（現像工程）。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれシリコン酸化膜８表面上のレジスト７の露光状態と現像後の状態を示すものである。この図に示すように、レジスト７のうち、コンタクト孔を形成すべき露光領域２に相当する部分５では光強度が１００％であるから、現像処理を行うとレジスト７が完全に除去されてシリコン酸化膜８表面が露出する。一方、複数のスリット４が設けられた領域に相当する部分６は光強度が１５％程度しかない個所であるから、現像処理後に多くのレジスト７が残り、わずかに窪んだ凹部６ａが形成される。本実施の形態の場合、上記露光装置とレチクル、また、膜厚＝１．２μｍ、Ｅth＝８５ｍｊ、Ｅopt （レチクル寸法と仕上がりレジスト寸法が同一寸法となる露光量）＝１４５ｍｊのレジストを用いると、現像後に形成されるレジストパターン７ａの凹部６ａの寸法は、幅Ｗが０．３μｍ以下、深さＤが０．２μｍ程度となる。
【００２７】
ところが、上記図３（ｂ）に示すような凹部６ａが形成されるのは、露光時のフォーカスの状態がベストフォーカス近傍の場合である。仮に、デフォーカスが発生した場合には、ベストフォーカス時に比べて解像力が低下するため、複数のスリット４が設けられた領域では光強度が１５％からさらに低下し、それに伴って凹部６ａの深さは極めて浅くなる。つまり、レジストパターン７ａ上でデフォーカスの生じていない領域には深さ０．２μｍ程度の凹部６ａが形成される一方、例えば露光装置のウェハステージとウェハ基板間に異物が介在したような場合にはその近傍の領域でデフォーカスが生じ、その領域は実質的にほとんど平坦な状態となる。その結果、デフォーカスの生じた部分と生じていない部分で光の反射状態が異なるため、顕微鏡検査や斜光検査によってデフォーカスの有無を容易に検出することができる（検査工程）。
【００２８】
従来、コンタクト孔形成工程のようにレジスト残存領域が大半を占める工程では余程重度のデフォーカスが発生しない限り、デフォーカスの検出は不可能であった。また、一定期間毎もしくは一定処理枚数毎にウェハ上にライン＆スペースパターンを焼き付け、顕微鏡または斜光検査により検査を行う方法でも、微小なデフォーカスの場合には線幅変動が微小であるためにデフォーカス検出感度が低い、という問題があった。これに対して、本実施の形態の方法では、レジストパターン７ａに凹部６ａを設けるようにし、微小なフォーカス変動であってもその変動がレジストパターン表面の凹部の有無といった形で現れるようにした。その結果、本実施の形態のデフォーカス検出方法においては、微小なデフォーカスの発生も顕微鏡検査や斜光検査等で確実に検出することができ、デフォーカスの検出を高感度、高精度、かつ簡便なものとすることができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、ポジ型レジストを用いる場合について説明したが、ネガ型レジストを用いてもよい。その場合には、本実施の形態とパターンの白黒が反転したレチクル、すなわち、コンタクト孔を形成すべき領域が未露光領域、それ以外の部分が露光領域であり、露光領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する線状パターンを複数本設けたレチクルを用いればよい。
【００３０】
以下、本発明の第２の実施の形態について図４および図５を用いて説明する。
第１の実施の形態が実際の製品用レチクルにデフォーカス検出機能を付加したレチクルを用いた例であったのに対して、本実施の形態の方法は、通常の製品用レチクルをそのまま用い、それとは別にデフォーカス検出専用のレチクルを併用する例である。また、本実施の形態もポジレジスト対応の例として説明する。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、製品用レチクル１１は、レジストを残存させる未露光領域３と、コンタクト孔を形成すべき露光領域２を有している。まず、この製品用レチクル１１を用いて半導体基板表面に形成したシリコン酸化膜上のレジストコートに露光を行う（製品パターン露光工程）。この時の露光条件は全く通常通りでよい。この工程では、図４（ｂ）に示すように、コンタクト孔を形成すべき露光領域２では完全に光が透過するので、光強度は１００％であり、この部分５ではレジスト全体が露光された状態となる。
【００３２】
次に、図５（ａ）に示すように、デフォーカス検出専用レチクル１２は、前記製品用レチクル１１の未露光領域３に対応する位置に、使用する露光装置の限界解像力以下の幅を有する複数本のスリット４が近接して設けられている。第１の実施の形態と同一の露光装置を使用する場合、スリット４の寸法は第１の実施の形態と同一でよい。そして、このデフォーカス検出専用レチクル１２を用いてレジストコートに再度、露光を行う（検出パターン露光工程）。この時の露光条件として、露光エネルギーの値はＥth以上に設定する。この工程では、限界解像力以下の幅を有するスリット４を通して露光が行われるが、各スリット４を透過した光は解像される光強度までには至らず、光強度は１５％程度となる。したがって、図５（ｂ）に示すように、レジスト７表面から膜厚にして１５％程度の部分６のみが露光された状態となる。
【００３３】
このレチクルを変えた２回の露光工程を経た後、レジストコート７に現像処理を施すことによって、複数のスリット４が設けられた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となる第１の実施の形態と同様のレジストパターンが形成される（現像工程）。以降は、第１の実施の形態と同様、顕微鏡検査または斜光検査による検査工程を経てデフォーカスの有無を容易に検出することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態の検出パターン露光工程においては、デフォーカス検出専用レチクル１２に限界解像力以下の幅を有するスリット４を設け、露光エネルギーをＥth以上として露光を行ったが、この方法に代えて、デフォーカス検出専用レチクルのスリットの幅を限界解像力以上とし、露光エネルギーをＥth未満としても同様のレジストパターンを形成することができる。本実施の形態の方法の場合、検出パターン露光工程の露光条件はコンタクト孔形成には影響を及ぼさないため、このような方法に代えることもできる。
【００３５】
そして、本実施の形態では、製品パターン露光工程を先に、検出パターン露光工程を後に行うようにしたが、これら露光工程の順番を逆にしても同様のレジストパターンを得ることができる。また、第１の実施の形態と同様、本実施の形態とパターンの白黒が反転したレチクルを用いて本方法をネガ型レジスト対応とすることもできる。さらに、本方法を適用する工程はコンタクト孔形成工程に限るものではなく、他の種々の工程に適用することができる。上記実施の形態で用いたスリットの寸法、露光条件、レジスト特性等の具体的な数値に関しても適宜変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、微少なデフォーカスの発生も顕微鏡検査や斜光検査等で確実に検出することができ、フォトリソグラフィー工程におけるデフォーカスの検出を高感度、高精度、かつ簡便なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態で用いるレチクルを示す、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、である。
【図２】 同、レチクル上の位置と光強度の関係を示すグラフである。
【図３】 同、レチクルを用いて露光を行った際の（ａ）レジストの露光状態、（ｂ）現像後のレジストパターンの断面形状、をそれぞれ示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態で用いる製品レチクルを示す、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図およびレジストの露光状態、を示す図である。
【図５】 同、実施の形態で用いるデフォーカス検出専用レチクルを示す、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図およびレジストの露光状態、を示す図である。
【符号の説明】
１ レチクル
２ 露光領域
３ 未露光領域
４ スリット
５ レジストのうちの露光領域に相当する部分
６ スリットが設けられた領域に相当する部分
６ａ 凹部
７ レジスト
７ａ レジストパターン
８ シリコン酸化膜
１１ 製品用レチクル
１２ デフォーカス検出専用レチクル
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体プロセスのフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法に関し、特に、微小なデフォーカスが発生した際でもそのデフォーカスを高感度、高精度、簡便に検出し得る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスのフォトリソグラフィー工程におけるレジストパターン形成後の検査として、線幅測定、アライメント計測、表面検査、斜光検査等が通常行われている。線幅測定は、形成したレジストパターンが所望の管理寸法幅内にあるか否かを検査することを目的としており、寸法管理が必要なフォトリソグラフィー工程において、光学式線幅測定機、もしくは電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて行われる。アライメント計測は、形成したレジストパターンと下層パターンとの間の合わせずれが許容範囲内にあるか否かを検査することを目的としており、線幅測定と同様に、光学式線幅測定機や電子顕微鏡（ＳＥＭ）、もしくはウェハ上に焼き付けたアライメントバーニャを用いて行われる。
【０００３】
ところで、フォトリソグラフィー工程においては、例えば露光装置のウェハステージに異物が付着し、ウェハとウェハステージ間に異物が介在して局所的に凸部が生じることにより、露光時にデフォーカス（焦点ズレ）現象が発生することがある。そこで、表面検査は、ウェハ表面のミスト、異物付着、レジスト塗布むら等に加えて、デフォーカス発生等の異常を検査することを目的としており、一般的には顕微鏡が多用される。また、斜光検査では、ウェハに対してブロードバンドの可視光線を斜めに照射し、ウェハ上で生じる干渉模様を観察することによってデフォーカスの有無を検査している。
【０００４】
また、デフォーカスの有無を検査する別の手法として、通常の製品ウェハを検査するのではなく、一定期間毎もしくは一定処理枚数毎にウェハ上にライン＆スペース（ラインとスペースを交互に配置したパターンのこと）からなるレジストパターンを焼き付け、顕微鏡または斜光検査によって検査を行うという方法が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、顕微鏡を用いた従来のデフォーカス検査では、特開平５−８２４１５号公報記載の露光方法に示されるように、同一階層の露光を複数回に分けて行うため、ウェハ全面を検査するには極めて多くの時間を必要とし、処理能力の低下をきたしていた。したがって、比較的短時間で多量のウェハを検査できる方法として、斜光検査が多用されてきた。
【０００６】
例えば、ウェハ上に焼き付けたレジストパターンがライン＆スペースが主体となる配線工程等の場合、軽度のデフォーカス現象が生じた際にはレジストパターンの線幅が一定にならず、場所によって変動してしまう。また、デフォーカス現象が重度の場合にはレジストパターンが太くなって隣り合うライン同士が繋がってしまったり、もしくはパターンが形成されずに局所的に露光領域部（ポジ型レジスト使用において）に大面積のレジスト残りが生じる。したがって、このようなデフォーカス現象が生じた場合には斜光検査を行うと、可視光線による干渉模様が顕著に観察されるため、デフォーカスの発生を比較的容易に検出することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、フォトリソグラフィー工程の中でも工程によってはデフォーカスの検出が困難な場合があった。例えば、ポジ型レジストを用いたコンタクト孔形成工程のように、露光領域が微小なレジストパターンの形成に際してデフォーカス現象が生じた場合には、レジスト残存領域が大半を占めているために余程重度のデフォーカスによるコンタクト孔の未開口が発生しない限り、デフォーカスの検出は不可能であった。自工程の顕微鏡検査または斜光検査でデフォーカスが検出できず、見落しがあった場合、特に生産ラインにおいては多量の不良に結びつくことになる。また、デフォーカス現象でコンタクト孔径が規定寸法以下になり、ウェハテスト工程でも不良として検出されなかったような場合、本製品の信頼性の低下が危惧される、という問題を抱えていた。
【０００８】
したがって、前述のように、一定期間毎もしくは一定処理枚数毎にウェハ上にライン＆スペースパターンを焼き付け、顕微鏡または斜光検査により検査を行うのである。ところが、この方法においても、微小なデフォーカスの場合には線幅変動が微小であるためにデフォーカス検出感度が低い、デフォーカス現象が単発的に発生した場合には検出が困難である、といった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、特に微小なデフォーカスが発生した際の検出率を高めることのできるデフォーカス検出方法、およびそれに用いるレチクルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有し、未露光領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、未露光領域内で複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有し、露光領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、露光領域内で複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有するポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、ポジ型レジスト用製品レチクルの未露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量以上の露光エネルギーでレジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、未露光領域内で複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項４に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有するポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、ポジ型レジスト用製品レチクルの未露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以上の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量未満の露光エネルギーでレジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、未露光領域内で複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項５に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有するネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、ネガ型レジスト用製品レチクルの露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量以上の露光エネルギーでレジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、露光領域内で複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項６に記載のフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法は、未露光領域と露光領域を有するネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、ネガ型レジスト用製品レチクルの露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以上の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量未満の露光エネルギーでレジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、露光領域内で複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明のデフォーカス検出方法は、ポジ型レジスト、ネガ型レジストのいずれを用いる場合もそれぞれに対応する上記デフォーカス検出用のレチクルを用いて露光を行い、残存させるレジストパターンに凹部を形成し、顕微鏡検査または斜光検査によりその凹部を検出する、というものである。
【００２１】
すなわち、本発明のレチクルを用いると、例えばコンタクト孔等の実際に製品パターンを形成すべき個所では正常な露光が行われ、その後の現像処理でレジストが除去される部分は完全に半導体基板表面に達する。それに対して、露光装置の限界解像力以下の幅を有する複数のスリットまたは線状パターンが設けられた領域では、露光光の強度が０％〜１００％の中間の値を取るような不充分な露光となるため、その後の現像処理でレジストが除去される部分はレジストコートの表面から深さ方向の途中までとなる。つまり、レジストパターンのうち、複数のスリットや線状パターンを設けた領域はそれ以外の領域よりも窪んだ凹部となる。ところが、ベストフォーカス点では最も解像力が高く、デフォーカスが発生すると解像力が低下するため、デフォーカスが発生した領域ではデフォーカスが発生していない領域に比べてより不充分な露光状態となり、デフォーカスが発生していない領域に比べて凹部の深さは浅くなる。
【００２２】
したがって、レジストパターン上のデフォーカスの生じていない領域にはある程度の深さの凹部が形成される一方、例えば露光装置のウェハステージとウェハ基板間に異物が介在したような場合にはその近傍の領域でデフォーカスが生じ、実質的にはほとんど凹部が形成されない状態となる。その結果、顕微鏡検査や斜光検査によってデフォーカスの有無を容易に検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
本実施の形態は、コンタクト孔形成工程用の製品レチクルにデフォーカス検出機能を付加したレチクルを用いる場合の方法を例に採り、説明する。また、本方法はポジ型レジストに対応するものである。
【００２４】
図１（ａ）は本実施の形態で用いるレチクルの平面図、図１（ｂ）は断面図である。これらの図に示すように、レチクル１は、ガラス基板上にクロムパターンが設けられた未露光領域３と、クロムパターンが存在しない露光領域２を有している。ポジ型レジストを用いる場合、未露光領域３は後でレジストが残存する領域であり、露光領域２はレジストが残存しない、つまりコンタクト孔を形成すべき領域である。そして、未露光領域３内には、使用する露光装置の限界解像力以下の幅を有する露光光透過領域として、複数本のスリット４が近接して設けられている。例えば露光波長λ＝４３６ｎｍ、開口数ＮA ＝０．５５、限界解像力＝０．６５μｍの露光装置を用いる場合、スリット４の幅は０．３μｍ程度に設定する。ただし、この寸法に関しては、この値に限定されるものではなく、使用する露光装置によって異なるのは勿論のこと、露光時の露光エネルギー、後でレジストパターンに形成する凹部の所望の深さ、等に応じて適宜設定することができる。
【００２５】
次に、上記構成のレチクル１を用いて半導体基板表面に形成したシリコン酸化膜上のレジストコートに露光を行う（露光工程）。この時の露光条件として、露光エネルギーの値はＥth（露光によりレジストが抜けきる最低露光量）以上に設定する。ここで、図２を用いて、上記レチクルを用いたフォトリソグラフィー工程における露光光の状態を説明する。図２は上記レチクルを透過した露光光の強度分布を示すものであり、縦軸は露光光の強度（Intensity:単位％）を示し、横軸はレチクル上の位置を示す。この図を見ると、コンタクト孔を形成すべき露光領域２では完全に光が透過するので、光強度は１００％である。一方、未露光領域３内で複数のスリット４が設けられた領域では限界解像力以下の幅を有するスリット４を通して露光が行われるが、各スリット４を透過した光は解像される光強度までには至らず、０％超１００％未満の光強度分布が得られ、本実施の形態の場合、光強度は約１５％となる。また、未露光領域３内でもスリット４以外の領域は光が完全に遮断されるので、光強度は０％である。
【００２６】
その後、レジストコートに現像処理を施すことによって、複数のスリット４が設けられた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンが形成される（現像工程）。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれシリコン酸化膜８表面上のレジスト７の露光状態と現像後の状態を示すものである。この図に示すように、レジスト７のうち、コンタクト孔を形成すべき露光領域２に相当する部分５では光強度が１００％であるから、現像処理を行うとレジスト７が完全に除去されてシリコン酸化膜８表面が露出する。一方、複数のスリット４が設けられた領域に相当する部分６は光強度が１５％程度しかない個所であるから、現像処理後に多くのレジスト７が残り、わずかに窪んだ凹部６ａが形成される。本実施の形態の場合、上記露光装置とレチクル、また、膜厚＝１．２μｍ、Ｅth＝８５ｍｊ、Ｅopt （レチクル寸法と仕上がりレジスト寸法が同一寸法となる露光量）＝１４５ｍｊのレジストを用いると、現像後に形成されるレジストパターン７ａの凹部６ａの寸法は、幅Ｗが０．３μｍ以下、深さＤが０．２μｍ程度となる。
【００２７】
ところが、上記図３（ｂ）に示すような凹部６ａが形成されるのは、露光時のフォーカスの状態がベストフォーカス近傍の場合である。仮に、デフォーカスが発生した場合には、ベストフォーカス時に比べて解像力が低下するため、複数のスリット４が設けられた領域では光強度が１５％からさらに低下し、それに伴って凹部６ａの深さは極めて浅くなる。つまり、レジストパターン７ａ上でデフォーカスの生じていない領域には深さ０．２μｍ程度の凹部６ａが形成される一方、例えば露光装置のウェハステージとウェハ基板間に異物が介在したような場合にはその近傍の領域でデフォーカスが生じ、その領域は実質的にほとんど平坦な状態となる。その結果、デフォーカスの生じた部分と生じていない部分で光の反射状態が異なるため、顕微鏡検査や斜光検査によってデフォーカスの有無を容易に検出することができる（検査工程）。
【００２８】
従来、コンタクト孔形成工程のようにレジスト残存領域が大半を占める工程では余程重度のデフォーカスが発生しない限り、デフォーカスの検出は不可能であった。また、一定期間毎もしくは一定処理枚数毎にウェハ上にライン＆スペースパターンを焼き付け、顕微鏡または斜光検査により検査を行う方法でも、微小なデフォーカスの場合には線幅変動が微小であるためにデフォーカス検出感度が低い、という問題があった。これに対して、本実施の形態の方法では、レジストパターン７ａに凹部６ａを設けるようにし、微小なフォーカス変動であってもその変動がレジストパターン表面の凹部の有無といった形で現れるようにした。その結果、本実施の形態のデフォーカス検出方法においては、微小なデフォーカスの発生も顕微鏡検査や斜光検査等で確実に検出することができ、デフォーカスの検出を高感度、高精度、かつ簡便なものとすることができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、ポジ型レジストを用いる場合について説明したが、ネガ型レジストを用いてもよい。その場合には、本実施の形態とパターンの白黒が反転したレチクル、すなわち、コンタクト孔を形成すべき領域が未露光領域、それ以外の部分が露光領域であり、露光領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する線状パターンを複数本設けたレチクルを用いればよい。
【００３０】
以下、本発明の第２の実施の形態について図４および図５を用いて説明する。
第１の実施の形態が実際の製品用レチクルにデフォーカス検出機能を付加したレチクルを用いた例であったのに対して、本実施の形態の方法は、通常の製品用レチクルをそのまま用い、それとは別にデフォーカス検出専用のレチクルを併用する例である。また、本実施の形態もポジレジスト対応の例として説明する。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、製品用レチクル１１は、レジストを残存させる未露光領域３と、コンタクト孔を形成すべき露光領域２を有している。まず、この製品用レチクル１１を用いて半導体基板表面に形成したシリコン酸化膜上のレジストコートに露光を行う（製品パターン露光工程）。この時の露光条件は全く通常通りでよい。この工程では、図４（ｂ）に示すように、コンタクト孔を形成すべき露光領域２では完全に光が透過するので、光強度は１００％であり、この部分５ではレジスト全体が露光された状態となる。
【００３２】
次に、図５（ａ）に示すように、デフォーカス検出専用レチクル１２は、前記製品用レチクル１１の未露光領域３に対応する位置に、使用する露光装置の限界解像力以下の幅を有する複数本のスリット４が近接して設けられている。第１の実施の形態と同一の露光装置を使用する場合、スリット４の寸法は第１の実施の形態と同一でよい。そして、このデフォーカス検出専用レチクル１２を用いてレジストコートに再度、露光を行う（検出パターン露光工程）。この時の露光条件として、露光エネルギーの値はＥth以上に設定する。この工程では、限界解像力以下の幅を有するスリット４を通して露光が行われるが、各スリット４を透過した光は解像される光強度までには至らず、光強度は１５％程度となる。したがって、図５（ｂ）に示すように、レジスト７表面から膜厚にして１５％程度の部分６のみが露光された状態となる。
【００３３】
このレチクルを変えた２回の露光工程を経た後、レジストコート７に現像処理を施すことによって、複数のスリット４が設けられた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となる第１の実施の形態と同様のレジストパターンが形成される（現像工程）。以降は、第１の実施の形態と同様、顕微鏡検査または斜光検査による検査工程を経てデフォーカスの有無を容易に検出することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態の検出パターン露光工程においては、デフォーカス検出専用レチクル１２に限界解像力以下の幅を有するスリット４を設け、露光エネルギーをＥth以上として露光を行ったが、この方法に代えて、デフォーカス検出専用レチクルのスリットの幅を限界解像力以上とし、露光エネルギーをＥth未満としても同様のレジストパターンを形成することができる。本実施の形態の方法の場合、検出パターン露光工程の露光条件はコンタクト孔形成には影響を及ぼさないため、このような方法に代えることもできる。
【００３５】
そして、本実施の形態では、製品パターン露光工程を先に、検出パターン露光工程を後に行うようにしたが、これら露光工程の順番を逆にしても同様のレジストパターンを得ることができる。また、第１の実施の形態と同様、本実施の形態とパターンの白黒が反転したレチクルを用いて本方法をネガ型レジスト対応とすることもできる。さらに、本方法を適用する工程はコンタクト孔形成工程に限るものではなく、他の種々の工程に適用することができる。上記実施の形態で用いたスリットの寸法、露光条件、レジスト特性等の具体的な数値に関しても適宜変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、微少なデフォーカスの発生も顕微鏡検査や斜光検査等で確実に検出することができ、フォトリソグラフィー工程におけるデフォーカスの検出を高感度、高精度、かつ簡便なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態で用いるレチクルを示す、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、である。
【図２】 同、レチクル上の位置と光強度の関係を示すグラフである。
【図３】 同、レチクルを用いて露光を行った際の（ａ）レジストの露光状態、（ｂ）現像後のレジストパターンの断面形状、をそれぞれ示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態で用いる製品レチクルを示す、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図およびレジストの露光状態、を示す図である。
【図５】 同、実施の形態で用いるデフォーカス検出専用レチクルを示す、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図およびレジストの露光状態、を示す図である。
【符号の説明】
１ レチクル
２ 露光領域
３ 未露光領域
４ スリット
５ レジストのうちの露光領域に相当する部分
６ スリットが設けられた領域に相当する部分
６ａ 凹部
７ レジスト
７ａ レジストパターン
８ シリコン酸化膜
１１ 製品用レチクル
１２ デフォーカス検出専用レチクル
Claims (6)
- 未露光領域と露光領域を有し、前記未露光領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う露光工程と、
露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、前記未露光領域内で前記複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、
顕微鏡検査もしくは斜光検査によって前記レジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法。 - 未露光領域と露光領域を有し、前記露光領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う露光工程と、
露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、前記露光領域内で前記複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、
顕微鏡検査もしくは斜光検査によって前記レジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法。 - 未露光領域と露光領域を有するポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、
該製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、前記ポジ型レジスト用製品レチクルの未露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量以上の露光エネルギーで前記レジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、
露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、前記未露光領域内で前記複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、
顕微鏡検査もしくは斜光検査によって前記レジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法。 - 未露光領域と露光領域を有するポジ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、
該製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、前記ポジ型レジスト用製品レチクルの未露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以上の幅を有する露光光透過領域として近接した複数のスリットを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量未満の露光エネルギーで前記レジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、
露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、前記未露光領域内で前記複数のスリットを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、
顕微鏡検査もしくは斜光検査によって前記レジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法。 - 未露光領域と露光領域を有するネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、
該製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、前記ネガ型レジスト用製品レチクルの露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以下の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量以上の露光エネルギーで前記レジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、
露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、前記露光領域内で前記複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、
顕微鏡検査もしくは斜光検査によって前記レジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法。 - 未露光領域と露光領域を有するネガ型レジスト用製品レチクルを用いて、半導体基板上のレジストコートに露光を行う製品パターン露光工程と、
該製品パターン露光工程の直前または直後に設けられ、前記ネガ型レジスト用製品レチクルの露光領域に相当する領域内に露光装置の限界解像力以上の幅を有する遮光領域として近接した複数の線状パターンを設けたデフォーカス検出専用レチクルを用いて、露光によりレジストコートが抜けきる最低露光量未満の露光エネルギーで前記レジストコートに露光を行う検出パターン露光工程と、
露光後のレジストコートに現像処理を施すことにより、前記露光領域内で前記複数の線状パターンを設けた領域がそれ以外の領域より窪んだ凹部となるレジストパターンを形成する現像工程と、
顕微鏡検査もしくは斜光検査によって前記レジストパターンの表面を観察する検査工程、を有することを特徴とするフォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法。
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