JPS63107115A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、半導体装置の製造技術に関するもので、例え
ば、半導体集積回路パターンの形成に利用して有効な技
術に関する。

［従来の技術］ 半導体装置の高集積化に伴って、レジストの露光に用い
られるステッパの高ＮＡ　（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡ　ｐ
ｅｒｔｕｒｅ）化が図られてきた。しかし、反面、この
高ＮＡ化にともなってステッパの対物レンズの焦点合せ
が益々厳しくなっている。これは、ＮＡ（開口数）の増
加にともなって対物レンズの焦点深度が浅くなることに
起因する。

そこで、本発明者は、上記ステッパの対物レンズの焦点
位置を正確に求めるため、レジストパターンの評価方法
について検討した。以下は、公知とされた技術ではない
が、本発明者によって検討された技術であり、その概要
は次のとおりである。

即ち、この技術は、レチクル上に形成されたテストパタ
ーンをレジスト上に転写してレジストパターンを形成し
、このレジストパターンを走査型電子顕微鏡にて観察し
、これによって、ステッパにおける対物レンズのベスト
フォーカス位置を求めようとするものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような方法では、下記のような問題
点がある。

即ち、この方法では、定在波パターンによって、半導体
ウェハ上のレジストパターンを評価するため、目視によ
ってそのレジストパターンを評価するのが困難である。

したがって、電子写真を取り。

この写真によってレジストパターンの評価を行なう必要
があるが、このようにすると、その評価に長時間を要す
るという問題点が惹起されることになる。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、レジストパ
ターンの評価が容易かつ迅速にでき、ひいては半導体装
置の製造ラインのスループットの向上を図ることができ
る半導体装置の製造方法を提供することを目的としてい
る。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
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
を説明すれば、下記のとおりである。

即ち、レチクル上に形成された複数個の朝日形パターン
を、対物レンズのフォーカス位置を段階的に変えながら
、レジスト上の所定位置に複数回転写してレジストパタ
ーンを形成し、レジストパターン所定部分の最小径を各
回毎に測定し、この各回毎の最小径測定値より、対物レ
ンズのベストフォーカス位置を求めるようにしたもので
ある。

［作用コ 上記の手段によれば、朝日形パターンのレジスト上への
転写により形成されたレジストパターン所定部分の最小
径を検出するだけで、レジストパターンの評価ができる
ので、レジストパターンの評価を迅速にし、半導体装置
の製造ラインのスループットの向上を図るという上記目
的を達成できる。

［実施例コ 第１図には本発明に係る半導体装置の癲造方法の実施例
に用いられるレチクルが示されている。

このレチクルには、第２図に示すように、各々の間隔が
径方向外側に向かって徐々に広くなる放射状パターン即
ち円周方向の空間周波数が中心に近づくにしたがって高
くなっているいわゆる朝日形パターン１が、第１図に示
すように、適当な距離をおいて複数個形成されている。

また、第２図に示すように各朝日形パターン１の周りに
は位置合せ用の矩形状枠パターン２が形成されている。

また、第３図には本発明に係る半導体装置の製造方法の
実施例に用いられる光学装置が示されている。

この光学装置は、ハロゲンランプ３からの光をハーフミ
ラ−４および対物レンズ５を介して半導体ウェハ６上の
レジストパターン７に投射し、レジストパターン７から
の反射像を、対物レンズ５およびハーフミラ−４を介し
て集光範囲設定スリット８上に一旦結像し、さらに、リ
レーレンズ９およびシリンドリカルレンズ１０を介して
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ
）　１１上に結像するようにされている。なお、第３図
では、ＣＧＤＩＩは受光素子１１ａを一列に配設するこ
とにより構成されているが、実際には、このＣＣＤ１１
は受光素子１１ａをマトリクス状に配設することにより
構成され、全体として、２次元センサを構成している。

このようなレチクルおよび光学装置を用いて、実施例の
方法は次のようにして行なわれる。

先ず、レチクル上の朝日形パターン１を半導体ウェハ６
上のレジストに転写するに際し、ステッパの対物レンズ
のフォーカス位置を所定に保つ。

その後、レチクル上の朝日形パターン１を半導体ウェハ
６上に被着されたレジスト上に所定の露光時間（例えば
０．３ｓｅｃ）で転写する。次いで、ステッパにおける
対物レンズのフォーカス位置を変えかつ半導体ウェハ６
を相対的にずらして、半導体ウェハ６上に被着されたレ
ジスト上の他の位置にレチクル上の朝日形パターン１を
転写する。

上記と同じ露光時間でこのような操作を複数回繰り返す
。そして、各回毎にレジストパターン７を半導体ウェハ
６上に形成する。

第４図にはこの転写によって形成された各レジストパタ
ーン７の中央部にできるエツジパターン７ａが示されて
いる。この場合のエツジパターン７ａはステッパにおけ
る対物レンズの非点収差のため楕円状を呈することが多
い。

次いで、各回毎に、レジストパターン７中のエツジパタ
ーン７ａの最小径を求め、このエツジパターン７ａの最
小径よりベストフォーカス位置を求める。

この場合のベストフォーカス位置の検出は具体的には次
のようにして行なわれる。

先ず、レジストパターン７からの反射像が上記のように
してＣＣＤ１１上に結像され、ＣＣＤ１１からはその受
光量に応じたアナログ信号が出力される。

第５図はＣＣＤ１１からの出力レベルを示す波形図であ
り、中央の出力が大きい領域はレチクル上における朝日
形パターン１の中央部分に対応している。また、その周
りの出力レベルが小さい領域はレチクル上における朝日
形パターン１の空間周波数の高い部分に対応している。

この部分の外縁は上記エツジパターン７ａとなる。また
、その外側の出力レベルが中位の領域はレチクル上にお
ける朝日形パターン１の空間周波数の低い部分に対応し
ている。さらに、その外側の出力レベルの大きい領域は
レチクル上における朝日形パターン１および枠パターン
２の間の部分に対応している。

そして、その外側の出力レベルが起伏している領域はレ
チクル上の枠パターン２部分に対応している。したがっ
て、ＣＣＤ１１の出力レベルが低位の部分から中位の部
分に移るところがエツジパターン７ａの境界であり、Ｃ
ＣＤ１１出力よりその境界の検出時間差を計測すればエ
ツジパターン７ａの径Ｒを計算によって求めることがで
きる。

そこで、実施例では、エツジパターン７ａの径Ｒを求め
るため、アナログ信号がディジタル信号に変換される。

即ち、上記エツジパターン７ａに該当する出力レベル（
第５図のＬ）をしきい値としてディジタル化される。そ
うして、このディジタル化された信号は２次元的に画像
記憶装置に保持される。この画像記憶装置への保持は、
例えば、レジストパターン１全てについて行なわれる。

次いで、枠パターン２の転写によって形成されたレジス
トパターンの位置が上記画像記憶装置に保持されたデー
タによって求められる。この場合、朝日形パターンに対
応するレジストパターン７の外側であって信号がＬ（低
レベル）がらＨ（高レベル）に変わる部位が枠パターン
位置とされる。

その後、それを基準にして、各回毎のレジストパターン
７中のエツジパターン７ａの径Ｒが求められ、さらには
各回毎の最小径が求められる。なお、この場合、レジス
トパターン７の内側であって信号がＬ（低レベル）から
Ｈ（高レベル）に変わる部位がエッジパターン７ａ位置
とされる。

そうして、この各回毎のエツジパターン７ａの最小径よ
り、最小二乗法を用いて、第６図に示すように、最小径
の最確値が求められ、さらに該最確値に対応するフォー
カス位置が求められる。そして、このようにして求めら
れたフォーカス位置がベストフォーカス位置とされる。

したがって、その後、このベストフォーカス位置にてレ
チクル上の半導体集積回路パターンの転写を上記と同じ
露光時間にて行なうようにすれば、鮮明なレジストパタ
ーンの露光が可能になる。

このような構成を有する実施例の半導体装置の製造方法
によれば、下記のような効果を得ることができる。

即ち、朝日形パターン１中のエッジパターン７ａの最小
径よりベストフォーカス位置を求めるようにしているの
で、そのレジストパターンの評価が容易となるという作
用で、いちいち電子写真を起こす必要がなくなってレジ
ストパターンの評価の迅速化および自動化を図れ、その
結果、半導体装置の製造ラインのスループットが向上さ
れるという効果を得ることができる。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施
例は次のとおりである。

即ち、上記エツジパターンの最小径より、対物レンズの
メリジオナル平面内およびサジタル平面内の平面状光束
の収束位置をそれぞれ求め、この両収束位置の中間位置
を対物レンズのベストフォーカス位置とするものである
。

このようにすれば、対物レンズの非点収差の影響をも著
しく低減させることができるという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、本発明は上記実施例に限定されるも
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０例えば、ＣＯＤイメージ
センサの代わりに撮影管を用いてレジストパターンのエ
ツジパターンの検出を行なうようにしても良い。また、
上記においてはＣＣＤ１１を２次元センサとしたが、Ｃ
ＣＤ１２を１次元センサとし、半導体ウェハ６をイメー
ジローテータによって移動させるようにしても良い。

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
をその背景となった利用分野であるレジストパターン評
価して対物レンズのベストフォーカス位置の検出をする
技術ついて説明してきたが。

本発明は、半導体集積回路パターンと朝日形パターンと
を同時に転写し、この転写された半導体集積回路パター
ンを評価したい場合にも利用できる。

［発明の効果コ 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とおりである
。

即ち、本発明によれば、朝日形パターンのレジスト上へ
の転写により形成されたレジストパターン所定部分の最
小径を検出するだけで、レジストパターンの評価ができ
るので、半導体装置の製造において、レジストパターン
を評価の迅速に行なえるようになるとともに、レジスト
パターンの評価の自動化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の製造方法の実施例に
用いられるレチクル全体の平面図、第２図は第１図のレ
チクルに保持される朝日形パターンの平面拡大図、 第３図は本発明に係る半導体装置の製造方法の実施例に
用いられる光学装置の斜視図、第４図は半導体ウェハ上
に転写されたレジストパターン中のエツジパターン模式
図、 第５図は第３図の光学装置中のＣＯＤからの出力レベル
を表す波形図。 第６図はベストフォーカス位置を示すグラフである。 １・・・・朝日形パターン（放射状パターン）、６・・
・・半導体ウェハ、７・・・・レジストパターン。 ＾く ハト１、ド」＝に覗屡 ）も舅　　　８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　レチクル上に形成されたテストパターンを半導体ウ
   ェハ上のレジストに転写してレジストパターンを形成し
   、該レジストパターンの評価によって対物レンズのベス
   トフォーカス位置を求め、該ベストフォーカス位置をも
   って、その後の半導体集積回路パターンの転写を行なう
   ようにした半導体装置の製造方法において、レチクル上
   にテストパターンとして複数個の放射状パターンを形成
   し、対物レンズのフォーカス位置を段階的に変えて、レ
   ジスト上の所定位置に放射状パターンを複数回転写して
   各回毎のレジストパターンを形成し、レジストパターン
   所定部分の最小径を各回毎に検出し、このレジストパタ
   ーン所定部分の各回毎の最小径より、対物レンズのベス
   トフォーカス位置を求めるようにしたことを特徴とする
   半導体装置の製造方法。 ２　上記レジストパターン所定部分の最小径より、対物
   レンズのベストフオーカス位置を求めるにあたり、各回
   毎の最小径より、対物レンズのメリジオナル平面内およ
   びサジタル平面内の平面状光束の各収束位置を求め、こ
   の両収束位置の中間位置を対物レンズのベストフォーカ
   ス位置として求めるようにした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。