JPS63265426A - 半導体集積回路の製造方法 - 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】 （発明の背景） ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体集積回路の製造方法に関し、特に、ウェ
ーハを破壊することなしに、集積回路特徴の位置などを
検査することの出来る半導体集積回路の製造方法に関す
る。

［従来技術の説明］ 半導体集積回路（ＩＣ）はより小さい特徴（ｆ’ｅａｔ
ｕｒｅ・・・パターン）で作られるので、プロセス・パ
ラメータの制御は一層むずかしくかつ重要になる。例え
ば集積回路特徴の許容誤差は、特徴サイズが減少するほ
ど小さくなる。

代表例として集積回路は、下部基板を被覆するレジスト
の選択部分を放射線に露光することにより製造される。

次にレジストは現像され、レジストがポジ形であるかネ
ガ形であるかによりレジストの露出部分が除去されるか
、または未露出部分が除去される。レジスト−パターン
は乾式エツチングまたはイオン注入のようなプロセスを
用いて基板に転写されて集積回路特徴が形成される。用
語「基板」はここではレジストの下方に存在する材料の
意味に用いられる。

一般に集積回路特徴に関する寸法制御は、レジスト特徴
の幅寸法とプロフィルとの両方の制御に依存する。レジ
スト幅寸法への依存性の理由は明白であるが、レジスト
・プロフィルへの依存性の理由は不明であり、使用され
る精密パターン転写法に依存する。したがって、レジス
トは特徴の幅寸法のみでなく、とくにレジストと基板と
の境界または境界付近におけるそれらのプロフィルも検
査できることが重要である。残念ながら、包囲されてい
る特徴または他の特徴の近くにある特徴のレジスト・プ
ロフィルの検査は難しく、検査のためにウェーハの破壊
が必要となろう。

ＩＣ内の電気接点を形成するのに用いられるレジスト内
のホールの検査は、このようなホールが１．０μｍより
小さい幅寸法を有しかつ代表的厚さが１．０μｍより大
なるレジスト内に形成されたときには特に難しい。ホー
ルを通してレジスト直下の基板材料（代表例では酸化物
）内に適切寸法で確実にエツチングが行われるためには
、レジスト内にホールを形成するプロフィルが垂直に近
く、ホールの底部にレジストの残存がなく、またホール
底部の寸法が前記限界内にあるようにすることが通常必
要である。もしレジスト特徴についてこれらの条件が満
たされないときは、パターン転写は不完全となってデバ
イスの歩留りにかなりの損失が発生し、その結果好まし
からざる費用がかかることになる。

現在ＩＣ製造業において一般に使用されている検査方法
には２つの方法がある。２．０μｍを超える直径を有す
る接点窓に対しては一般に光学方式で十分である。しか
しながら、直径が２．０μｍより小さい接点窓は一般に
、ホールを観察するのに使用される顕微鏡対物レンズの
開口数（代表例では約０．９）に匹敵するアスペクト比
、すなわち窓直径のレジスト高さに対する比を有する。

したがって、ホールの頂部から下に焦点を結んで開口の
底部の検査をすることが不可能なときは、光学像を判別
することが難しい。

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いる方法は、より短い
波長の放射線を使用することからさらに小さい開口数を
使用可能なので、光学方式よりも良好な性能を提供する
。ＩＣ検査用に現在、高電圧ＳＥＭと低電圧ＳＥＭとが
使用されている。

高電圧、約２０ＫｅＶ　、　Ｓ　Ｅ　Ｍはレジスト特徴
のすぐれた顕微鏡像を提供するが、有害な帯電効果を防
止するために一般にウェーハ上に導電性皮膜を形成する
必要がある。レジスト内の接点窓の寸法を求めるために
最適な顕微鏡が使用可能である。

しかしながら、しばしばみられるように、このような窓
のアスペクト比が１を超えると、基板を機械的に臂開し
、窓の断面を検査して異状のないことを確認することが
必要である。

低電圧ＳＥＭは導電性皮膜の使用なしにレジスト・サン
プルを検査するのに使用可能であるが、像のコントラス
トが失われる。ウェーハを入射電子ビームから約４０゛
傾けることにより最善の結果が得られる。帯電を最小に
するための傾斜方法は、アスペクト比の大きい接点窓を
検査するときは接点窓の底部が不明瞭になるので使用で
きない。もし明瞭な結果を得たいときには、窓断面を露
出させるためのウェーハの機械的襞間が標準方法となる
。

しかしながら、機械的襞間は実際にいくつかの主要な欠
点を有する。ある欠点は費用に関係する。

この方法はウェーハを破壊するので費用がかかる。

もしＩＣが襞間すべき接点窓の規則的な配列を持たない
ときは、襞間ウェーハの製作に時間を要し、したがって
費用を要する。大抵の論理配列チップはこの型のもので
ある。時間がかかるこの襞間工程は、結果が得られるま
で製造工程を遅延させるのでコストを増加させる。さら
に、この方法は、検査システムの観点から校正を目的と
した適当な測定基準を自動的に提供しない。これは、検
査中にしばしば精密に複写が行われないことがあるとい
う観察条件下でＳＥＭの従来の校正に依存するので、測
定精度を低下させる。したがって、表面帯電条件やビー
ム焦点の細部が校正を変えることがあるので、精密測定
は難しい。

（発明の概要） はじめにレジストを通常の方法でマスクを介して露光さ
せ、次の２回目は好ましくはより小さい露光エネルギで
レジストを露光することにより、集積回路特徴は非破壊
的に検査可能であることがわかった。第１の露光は、集
積回路内に存在するこれらの特徴と、もしあれば付帯の
テスト・パターンとに一致する特徴を形成するマスクを
用いる。

第２の露光は、断面を検査すべき集積回路レジスト特徴
を横切るように配置されたエツジ形特徴を有するマスク
を使用する。好ましい実施例においては、第２の露光は
、従来のようないかなるレジスト処理も行うことなく実
行可能である。第２の露光の完了後ウェーハは現像され
、これにより集積回路レジスト特徴の希望の断面が形成
される。

この形成工程を光襞間工程といい、またそれにより形成
されたレジスト特徴は光襞間されたということにする。

光襞開検査によりもしレジスト特徴の形成が適性である
ことがわかれば、そのロフト内の他のウェーハと同様に
、いま検査したウェーハもその光の処理工程の実行が可
能である。もしレジスト特徴形成が不適性であるときは
、その処理工程シーケンスを中止してもよいし、または
つ工−ハを再加工にまわしてもよい。

（実施例の説明） 本発明の実施例を図により詳細に説明する。複数のウェ
ーハを有する１ロットの中から１個のウェーハを検査す
る。ここで用語「検査する」とは広義に用いられ、例え
ば特徴サイズの測定を含んでもよいことを理解すべきで
ある。

第１図は、通常の方法で上部にポジ形レジスト３が塗布
された基板１を示す。基板１はパターン化されていても
よく、したがって平らでなくてもよい。レジスト３は、
半導体産業の当業者には周知のように、マスクを介して
放射線に露光されたものである。マスクは、アクティブ
集積回路デバイスに存在する特徴に一致する特徴を形成
する。

第１図には、通常は潜像と呼ばれ、この例ではポジ形し
ジスト内ホールを構成する集積回路特徴である露光特徴
５１．７および９の境界が示基れている。この特徴は潜
像であるので目視検査ではわからないことを理解すべき
である。

好ましい実施例では、単一のエツジ形特徴を含む同一マ
スクまたは異なるマスクを介してレジストは再び露光さ
れる。第２図において、潜像であるエツジ形特徴１１は
潜像である露光特徴５と重ね合わされるように示されて
いる。エツジ形特徴の位置合わせは、そのエツジ形特徴
１１が開孔特徴の露光特徴５を横切るように行われる。

多くの実施例において、露光特徴５ができるだけ鋭角の
勾配を有するように配置することが好ましい。２回露光
されたフォトレジストは次に通常の周知の方法で現像さ
れる。

現像後に基板１上に形成された残存レジスト特徴を第３
図に略図で示す。露光特徴７．９は現像されてレジスト
内に接点、ホール１３．１５を形成するのがわかる。露
光特徴５は現像されてレジスト内に襞間接点ホール１７
を形成し、面１１の前方のレジストは全て除去される。

これを、接点窓は光襞間された（　ｐｈｏｔｏｃ　ｌ　
ｅａｖｅｄ）といい、これを形成する工程を光襞間工程
（Ｐｈｏｔｏｌｅａｖｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ）という。光
臂開窓は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて、好ま
しくはウェーハをやや傾斜させて、窓の底部におけるレ
ジストの除去の不完全さおよびレジスト−基板間境界面
におけるレジスト・プロフィルが容易に検査可能である
。もし襞間が襞間接点窓の適当な弦を横切って行われた
ときは窓の直径をも測定可能である。もし検査から得ら
れた情報が適切であれば、すなわち特徴が適切に形成さ
れていれば、デバイス製造はそのまま継続される。すな
わち、そのロット内のウェーハの工程は継続される。

この図は、一般に窓と光羽開面とを形成するレジストの
壁を波形に形成する定在波干渉効果の影響は示していな
い。この様な定常波は光襞間セクションの解釈を複雑に
するけれども、この様な定常波が存在しても光襞間値（
Ｖａｌｕｅ　ｏｆ’　ｔｈｅ　ｐｈｏｔ。

ｃｌｅａｖｅｄ　）を低下させることはないであろう。

光剪開露光用に選択される投入エネルギは他の露光に使
用されてるエネルギより小さいことが好ましいけれども
、これは厳密なものではない。もし、面１１の前面のレ
ジストをすべて除去することが好ましいならば、レジス
トを完全に除去するために、光襞間露光エネルギはしき
（１値エネルギ（Ｅ　ｔｈ）より大でなければならない
。

一般に約１．５Ｅｔｈの光襞間露光が有利である。エツ
ジ形特徴１１の光劈開面の接点窓の中心に対する相対位
置は、レジスト内の接点窓の中のこれらの形状について
、デバイス製造に関し最も有利であるような形状を示す
ように選択可能である。

光襞開特徴を測定するのに使用される計器の絶対的校正
を避けるために、光羽間に使用されるエツジ形特徴は、
校正を目的とする測定基準を含めることができる。ＳＥ
ＭｒｌＰＪ定工具のピッチ校正用測定基準１９を含む直
線エツジを有する現像された襞間接点窓の例を第４図に
示す。光襞間ホールは、コーナー２１および２３の間に
直径１８を有する。

光襞間露光を実行するために使用される計装によっては
、第１の露光が現像された後に第２の光襞間露光を実行
することが有利であろう。レジストは接点窓の測定の場
合、ポジ系レジスト内のコンタクト窓の事前現像は、窓
への光襞間マスクの正しい位置決めを容易にする。

容易にわかるように、光襞間工程を実行するための前記
の方法は、ウェーハに対しては非破壊的である。光襞間
工程の後にレジストは剥離され、別のレジスト皮膜が塗
布されて親ロフトに返却され、再露光されて全ロットの
デバイス製造シーケンスが継続される。

あらかじめセクション化された特徴を含むマスクを用い
てなぜ一回でレジストを露光できないのかと当業者であ
れば当然疑問をいだくかもしれない。第４図に示すパタ
ーン形状を参照すると、この様なマスクはセクション化
された接点窓と測定基準とを含むことになろう。露光し
た現像後のレジスト内のプリント形状は第４図よりもむ
しろ第５図に示すものであろう。

第５図を第４図と比較すると、解像度に限界のあるプリ
ンタを用いたとき、詳細には重要な差があることがわか
るであろう。第５図において、直線特徴と集積回路特徴
との交差はシャープではなくむしろ丸みを有し、同一プ
リンタで形成された第４図におけるコーナー２１．２８
のきわめて小さい曲率半径と比較してコーナー２５の曲
率半径は大きく示される。さらに第５図で測定されるホ
ール直径２７は、コーナー２５の曲率が大きいので不正
確であるが、第４図における直径１８を測定すると正確
となろう。

いいかえると、有限解像度を有するプリントシステムを
用いるときは、２つの別個の露光が必要である。なぜな
らば、複合マスクを使用することにより生ずる微妙な特
徴ひずみを防止するために、特徴がデバイス内に正確に
プリントされるように露光の一方は集積回路特徴を正確
に画像化しなければならないからである。

さらに単一露光に対する多重露光の有利性について考察
すると、その有利性は、プリント特徴のコーナーがなぜ
丸みを帯びるかという根本的な理由を議論することから
得られる。

第６図に、フォトマスク上の特徴のシャープなコーナー
を示す。プリンタ内の画像システムかられかるように、
第６図に示すように、コーナーは距離Ｘの関数である距
離Ｗによって分割される線分ｄｉにより構成される。Ｗ
が画像化システムの解像度限界ｒより大であるとき、コ
ーナーを構成する線分は、ひずむことなくレジスト内に
画像化される。したがって第７図を参照すると、コーナ
ーを構成するレジスト・エツジは、領域２８−２９及び
３０−３１で直線である。Ｗが「より小であると、画像
化システムは、正確に形成されるべきレジストに対し、
十分な変調を有するエツジ・セグメントの面積画像を投
影できない。Ｗがｒより小さくなると変調は急速に低下
するので、コーナー８２の標準位置により近いセグメン
トの面積画像の強度は不十分であり、第７図に示すよう
にレジスト内の印刷コーナー上に半径が現れる。

一方、このコーナーが別個の露光の間に２つの直線特徴
の交差により形成されるときは、線エツジ・プロフィル
を制御する場合を除きプリンタの限界解像度は重要では
なく、コーナーの丸みはかなり減少される。

（発明の効果） 以上述べた如く、本発明にかかる方法によれば、従来の
集積回路特徴を形成するステップに加えて、（或いはそ
のステップの際に、）エツジ型特徴を形成することによ
り、ウェーハを破壊すること無く、集積回路特徴の位置
、形状などの検査が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、レジスト現像前における本発明
の説明図； 第３図および第４図は、光襞間特徴を示す図；第５図な
いし第７図は、多重露光が好ましいことの説明図である
。 １・・・基板 ３・・・レジスト ５．７．９・・・露光特徴 １３、１５・・・接点ホール １７・・・襞間接点ホール １１・・・エツジ形特徴 出　願　人：アメリカン　テレフォン　アンド図面ｆ’
）？’（’　；！Ｆ　（Ｉｌｒｉ７１４　東更なし）Ｆ
ＩＧ、　２ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　５ ＦＴＧ、　６　　　　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　
７手続補正書坊均 昭和６３年５月１６日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のウェーハを有する１ロットの少なくとも１
   個のウェーハの基板表面にレジストを塗布するステップ
   ； 前記レジストを選択的に放射線に露光して集積回路特徴
   を形成するステップ； 前記レジストを現像するステップ； 前記レジストを検査するステップ； もし前記検査ステップから得られた情報が適切であれば
   前記ロットの前記ウェーハのデバイス製造を継続するス
   テップ； からなる半導体集積回路の製造方法において；前記方法
   はさらに、 前記レジストを選択的に放射線に露光してエッジ形特徴
   を形成し、このエッジ形特徴の少なくとも１つは前記集
   積回路特徴の少なくとも１つとオーバーラップさせるス
   テップ；および 前記検査工程は、前記集積回路特徴とエッジ形特徴とが
   オーバーラップして前記集積回路特徴に光劈開を形成す
   るところの少なくとも１つの領域を検査すること； を特徴とする半導体集積回路の製造方法。
2. （２）前記集積回路特徴はホール（孔）を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体集積回路
   の製造方法。
3. （３）前記集積回路特徴は線セグメントを含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体集積回路
   の製造方法。