JPH01105533A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の微細加工技術に関し、半導体ウ
ェハのレジストパターン形成に適用して特に有効な技術
に関するものであ゛る。

〔従来の技術〕

遠紫外光を利用したレジスト硬化技術は、超ＬＳＩ製造
のフォトリングラフィ工程などにおいて近年利用される
ようになった技術であり、例えば、株式会社サイエンス
フォーラム、昭和６０年７月発行のｒＵＬｓｒＪＰ３３
〜Ｐ３７に説明されている。

その概要は、半導体ウェハ（以下、ウェハという）の表
面に被着されたフォトレジストを露光、現像して所定、
のレジストパターンを形成した後、波長２５０〜３５０
ｍｍ程度の遠紫外光をこのレジストパターンに照射して
フォトレジストを硬化させるものである すなわち、レジストパターン形成後のドライエツチング
工程においては、ウェハが高エネルギーのイオンなどに
よって加熱されるため、フォトレジスト材料である樹脂
が軟化溶融してレジストパターンが変形を引き起こし易
くなり、特に、ポジ形フォトレジストの場合には、高解
像度を得るために低分子量の樹脂を使用しているため、
この傾向が顕著である。

そこで、現像後のレジストパターンに遠紫外光を照射し
てやれば、樹脂の重合反応が促進してその耐熱性が向上
するため、ドライエツチング工程でのレジストパターン
の熱変形、いわゆるブレを有効に防止することができる
というものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者は、上記遠紫外光の照射によるフォトレジスト
の硬化技術において、次のような問題が生じていること
を見出した。

すなわち、所定の膜厚のフォトレジストに遠紫外光を照
射すると、その表面から硬化が開始され、次第に内部に
硬化が進行していくが、ウェハ表面に被着されたレジス
トパターンは、その位置によって面積や膜厚が異なるた
め、微細なパターンや薄膜パターンはど速やかに硬化が
完了する反面、大面積パターンや厚膜パターンは、その
中心部に未硬化部が残存し易くなる。

レジストパターンの中心部にこのような未硬化部が残存
していると、ドライエツチング工程でウェハが加熱され
る際にこの未硬化部が軟化溶融するため、表面と中心部
との熱膨張の差などによってレジストパターンがブレを
引き起こす。

このブレを防止するために、遠紫外光を過剰に照射する
と、微細なパターンが過剰に硬化して変質してしまい、
ドライエツチング工程後のフォトレジスト除去処理にお
いて除去に長時間を要したり、ウェハ表面にフォトレジ
スト残渣が残留するなどの問題が生ずる。

また、プラズマエツチング工程においては、イオンがレ
ジストパターンに衝突する際にフォトレジストから発生
するガスがエツチングパターンの側壁に堆積してそこに
保護膜が形成されるようになっているが、過剰に硬化し
たフォトレジストからはこのガスが発生しないため、エ
ツチングパターンの側壁が過剰にエツチングされてしま
うという問題が生ずる。

ゝ・　　　　　このように、遠紫外光の照射によってウ
ェハ表面のレジストパターンを硬化させる際には、大面
積パターンや厚膜パターンの中心部に未硬化部を残存さ
せず、しかも過剰な硬化が最小限となるような最適の照
射条件を設定する必要があるが、従来、照射条件の最適
値を定量化する技術が′見出されていなかったため、レ
ジストパターンのブレや過剰な硬化に起因するエツチン
グパターンの精度低下を有効に防止することができなか
った。

本発明の目的は、上記遠紫外光の照射によってフォトレ
ジストを硬化させる際に、その照射条件の最適値を設定
することのできる技術を提供することにある。

本発明の前北並びにその他の目的と新規な特徴は、本明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、ウェハの表面に被着されたフォトレジストを
露光、現像して所定のレジストパターンを形成した後、
このレジストパターンに遠紫外光を照射してフォトレジ
ストを硬化させるに際し、上記フォトレジストを用いて
その面積または膜厚の少なくとも一方が段階的に変化す
るモニターパターンを回路形成領域の全領域に形成する
ものである。

〔作用〕

上記モニターパターンが形成されたウェハの表面に所定
量の遠紫外光が照射されると、各回路形成領域のレジス
トパターン右よび全領域のモニターパターンは、いずれ
も面積の小さい部分や膜厚の薄い部分か、ら順次硬化が
進行し、最後に大面積部分や厚膜部分の中心部が硬化す
る。

そこで、このウェハをドライエツチング処理した後、モ
ニターパターンのブレやレジスト焼けの程度を目視検査
すれば、各回路形成領域のレジストパターンのブレやレ
ジスト焼けの程度を直ち゛に判定することが可能となり
、これにより、遠紫外光の照射量の過不足を定量的に判
定することができる。

〔実施例１〕 第１図（ａ）は本発明の一実施例におけるモニターパタ
ーンを示す平面図、第１図υはこのモニターパターンの
断面図、第２図はフォトリングラフィ工程におけるウェ
ハを示す平面図である。

本実施例１の半導体装置は、ウェハ状態でのフォトリン
グラフィ工程において、第２図に示すように、ウェハ１
の表面の回路形成領域２の全領域に設けられた７８０部
３の一部にモニターパターン４が形成される。

上記モニターパターン４は、ポジ形ノボラック系フェノ
ール樹脂などのフォトレジスト材料によって構成され、
第１図（ａ）、（ハ）に示すように、表面積が僅かずつ
異なる矩形の小片４ａ〜４ｅをそれらの一端から表面積
が次第に増加するように離間配設したものである。

上記モニターパターン４を形成するには、ウェハ１の所
定領域に八１などの導電層を蒸着した後、ウェハ１の表
面に前記フォトレジストを被着してプリベークし、次い
で、レジストパターンおよびモニターパターン４に対応
するパターンが形成されたマスクを用いて露光を行った
後、現像処理すればよく、これにより、各回路形成領域
２にレジストパターンが、また、７８０部３の一部にモ
ニターパターン４が同時に形成される。

なお、上記モニターパターン４は、各小片４ａ〜４ｅの
膜厚が均一になっており、また、最小面積の小片４ａの
幅が回路形成領域２に形成されたレジストパターン中の
最小のパターン幅に等しく、最大面積の小片４ｅの幅が
レジストパターン中の最大のパターン幅に等しくなって
いる。

上記のようにして各回路形成領域２にレジストパターン
が、また、７８０部３の一部にモニターパターン４がそ
れぞれ形成されると、次いで、常法に従ってこのウェハ
１の表面に波長２５０〜３５０ｍｍ程度の遠紫外光が照
射され、レジストパターンおよびモニターパターン４の
硬化処理が行われる。

遠紫外光の光源は、通常、ポストベーク炉内に組み込ま
れたＨｇ−Ｘｅランプあるいはマイクロ波励起無電極ラ
ンプなどであり、ここで遠紫外光の照射による硬化処理
とウェハ１の加熱によるポストベーク処理とが行われる
。

上記硬化処理が完了したウェハ１は、ドライエツチング
工程に搬送され、プラズマエツチング装置内などにおい
て常法に従ってドライエツチング処理が施され、各回路
形成領域２の導電層に前記レジストパターンに対応する
エツチングパターンが形成される。

次に、上記エツチング処理が完了したウェハ１は、検査
工程に搬送され、ここでモニターパターン４のブレやレ
ジスト焼けの程度が目視検査される。

すなわち、前記ポストベーク炉内において、ウェハ１の
表面に遠紫外光が照射されると、各回路形成領域２のレ
ジストパターンは、その微細なパターンから順次硬化が
進行し、最後に大面積パターンの中心部−が硬化するが
、この遠紫外光の照射量が不足すると大面積パターンの
中心部に未硬化部が残存するため、前記ドライエツチン
グ工程でウェハ１が加熱されたときにこの未硬化部が軟
化。

溶融してそこにブレが発生する。

逆に、遠紫外光の照射量が過剰であっ°た場合には、微
細なパターンが過剰に硬化してそこにレジスト焼けが発
生する。

一方、７８０部３に形成されたモニターパターン４は、
前述したように、表面積が僅かずっ異なる小片４ａ〜４
ｅをその一端から表面積が次第に増加するように離間配
設したものであり、しかも、最小面積の小片４ａの幅が
レジストパターン中の最小のパターン幅に等しく、かつ
、最大面積の小片４ｅの幅がレジストパターン中の最大
のパターン幅に等しくなっているため、遠紫外光の照射
量が不足した場合に発生するブレの程度はレジストパタ
ーンのそれに対応しており、また、遠紫外光の照射量が
過剰であった場合に発生するレジスト焼けの程度もレジ
ストパターンのそれに対応している。

そこで、モニターパターン４の各小片４ａ〜４ｅのダレ
やレジスト焼けの程度を目視検査することにより、各回
路形成領域２のレジストパターンのダレやレジスト焼け
の程度が直ちに判定され、これにより、前記ポストベー
ク炉内での遠紫外光の照射量がどの程度過不足であった
かを定量的に判定することができる。

なお、各小片４ａ〜４ｅのダレやレジスト焼けの程度は
、目視によって容易に判定可能であるが、顕微鏡を用い
てシワの有無や変色の程度を検査すれば、より正確な判
定が可能となる。

このように、本実施例１によれば、次の効果を得ること
ができる。

（１）１表面積が僅かずつ異なる小片４ａ〜４ｅをそれ
らの表面積が次第に増加するように離間配設したモニタ
ーパターン４をＴＥＧ部３の一部に形成した後、ウェハ
１の表面に遠紫外光を照射してレジストパターン右よび
モニターパターン４を硬化させ、引き続き、ウェハ１の
表面をドライエツチングした後、各小片４ａ〜４ｅのダ
レやレジスト焼けの程度を目視検査することによって、
各回路形成領域２のレジストパターンのダレやレジスト
焼けの程度を直ちに判定することが可能となる。

これにより、遠紫外光の照射量がどの程度過不足であっ
たかを定量的に判定することができるため、他のウェハ
１の表面に遠紫外光を照射してレジストパターンを硬化
させる際に、大面積パターンの中心部に未硬化部を残存
させず、しかも、過剰な硬化が最小になるような最適の
照射条件をあらかじめ設定することが可能となる。

（２）、上記（１）により、回路形成領域２に形成され
たレジストパターンのダレおよびレジスト焼けを有効に
防止できるため、ドライエツチング工程における歩留ま
りが向上し、高精度の回路パターンを形成することがで
きる。

（３）６上記（２）により、回路パターンの微細化が促
進され、高密度、高集積度の半導体装置を・製造するこ
とができる。

〔実施例２〕 第３図（ａ）は本発明の他の実施例におけるモニターパ
ターンを示す平面図、第３図Ｑ：１）はこのモニターパ
ターンの断面図である。

前記実施例１のモニターパターン４は、その表面積が僅
かずつ異なる複数の小片４ａ〜４ｅによって構成されて
いたが、本実施例２のモニターパターン５は、第３図（
ａ）、（ハ）に示すように、膜厚が僅かずつ異なる矩形
の小片５ａ〜５ｅをその一端から膜厚が次第に増加する
ように一体形成したものである。

このモニターパターン５を形成するには、例えば、あら
かじめＴＥＧ部３の一部に高さが僅かず・つ異なる階段
状の段差部を設け、ウェハ１の表面に実施例１と同様の
方法でフォトレジストを被着すればよい。

このようなモニターパターン５が形成されたウェハ１に
遠紫外光が照射されると、各回路形成領域２のレジスト
パターンおよびモニターパターン５は、いずれも膜厚の
薄い部分から順次硬化が進行し、最後に厚膜部分の中心
部が硬化するため、このウェハ１をドライエツチング処
理した後、各小片５ａ〜５ｅのダレやレジスト焼けの程
度を目視検査するだけで各回路形成領域２のレジストパ
ターンのダレやレジスト焼けの程度が直ちに判定でき、
これにより、前記実施例１と同様の効果を得ることがで
きる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例１．２に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変更可能であることはいうまでもない。

例えば、実施例のモニターパターンは、その表面積（実
施例１）または膜厚〈実施例２）が僅かずつ異なる小片
によって構成されていたが、表面積および膜厚のいずれ
もが僅かずつ異なるような複数の小片によってモニター
パターンを構成することも可能であり、その際、各小片
の数や形状も任意に変更してよい。

また、モニターパターンを形成する位置は、ＴＥＧ部内
に限定されるものではなく、回路形成領域の余領域の任
意の個所でよい。

さらに、フォトレジストは、ポジ形ノボラック系フェノ
ール樹脂に限定されるものではなく、遠紫外光の照射に
よって樹脂の硬化が促進されるものであれば、他の組成
のものを使用してよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野であるドライエツチング用レジストパタ
ーンの硬化技術に適用した場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、例えば、イオン注入用レ
ジストパターンの硬化技術に適用することもできる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、ウニ八表面の回路形成領域に所定のレジスト
パターンを形成するとともに、回路形成領域の余領域に
その面積または１１軍の少なくとも一方が段階的に変化
するモニターパターンを形成し、このウェハの表面に遠
紫外光を照射して上記レジストパターンおよびモニター
パターンを硬化させ、次いで、ウェハの表面をドライエ
ツチングした後、このドライエツチングによるモニター
パターンのブレやレジスト焼けの程度を目視検査するこ
とによって、前記遠紫外光の照射量の過不足を定量的に
判定することが可能となり、これにより、レジストパタ
ーンを硬化させる際における遠紫外光の照射条件の最適
値を設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例におけるモニターパタ
ーンを示す平面図、 第１１！ｌ（ハ）はこのモニターパターンの断面図、第
２図はフォトリングラフィ工程におけるウェハを示す平
面図、 第３図（ａ）は本発明の他の実施例におけるモニターパ
ターンを示す平面図、 第３図（ハ）はこのモニターパターンの断面図である。 １・・半導体ウェハ、２・・・回路形成領域、３・・・
ＴＥＧ部、４．５・・・モニターパターン、４ａ〜４ｅ
、５ａ〜５ｅ・・・小片。 第３図 １・・・半導体ウニ八 ２・・・回路形成領域 ３・・・ＴＥＧ部 ４．５・・・モニターパターン ４ａ〜４ｅ、　５ａ〜５ｅ・・・小片 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハの表面に被着されたフォトレジストを
   露光、現像して所定のレジストパターンを形成した後、
   前記レジストパターンに遠紫外光を照射してフォトレジ
   ストを硬化させるに際し、前記フォトレジストからなり
   、その面積または膜厚の少なくとも一方が段階的に変化
   するモニターパターンを回路形成領域の余領域に形成す
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、面積が段階的に変化する複数の小片を離間配設した
   モニターパターンであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ３、モニターパターンを回路形成領域の余領域に設けら
   れた段差部の表面に形成することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ４、モニターパターンをＴＥＧ部内に形成することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造
   方法。