JPH1097968A - 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およびそれに用いるレチクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微少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フォトリソグラフィー工程のデフォ
ーカス検出方法を提供する。 【解決手段】 露光領域２内に同一寸法の複数のドット
パターン３を整列配置するとともに、各ドットパターン
３の寸法が露光時の限界解像力寸法に一致し、隣接する
ドットパターン３間の距離がドットパターン３の寸法以
上であるレチクル１を用いて露光を行う。その際、露光
量をＥopt の２倍前後と通常より大きくする。次に、現
像処理を施してレジストパターンを形成する。その後、
顕微鏡検査もしくは斜光検査を用いてレチクル上のドッ
トパターン３がレジストパターンとして転写されている
か否かを検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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デフォーカス検
出方法およびそれに用いるレチクルに関し、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５−８２
４１５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。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、という問題を抱えていた。

【０００８】そして、このように、フォトリソグラフィ
ー工程においてデフォーカスが発生した場合には、生産
ラインにおける歩留まりの低下はもとより、製品の信頼
性の低下が危惧されるという問題点があった。

【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、露光すべき領域
内に、形成後のレジストパターンが島状のパターンとな
る同一寸法の複数のドットパターンを整列配置するとと
もに、各ドットパターンの寸法が露光時の限界解像力寸
法に略一致し、隣接するドットパターン間の距離がドッ
トパターンの寸法以上である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
光検査によってレチクル上のドットパターンがレジスト
パターンとして転写されているか否かを検査する検査工
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、請求項１に
記載のデフォーカス検出方法において、露光工程の条件
として、使用するレジストにおけるフォーカス変動に対
して線幅変動の最も少ない露光量の略２倍の露光量を用
いて露光を行うことを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明の請求項３に記載のデフォー
カス検出用レチクルは、露光すべき領域内に島状のパタ
ーンとなる同一寸法の複数のドットパターンが整列配置
されるとともに、各ドットパターンの寸法が露光時の限
界解像力寸法に略一致し、隣接するドットパターン間の
距離がドットパターンの寸法以上となっていることを特
徴とするものである。

【００１３】本発明のデフォーカス検出方法では、前記
デフォーカス検出用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、現像処理を施すことにより、露光
領域内に島状のドットパターンを形成する。また、露光
に際しては通常の露光条件ではなく、通常の露光量より
も大幅に高い露光量を用いて処理を行うようにする。

【００１４】フォーカスとドットパターンの解像力の関
係については、ベストフォーカス点では最も解像力が高
く、その時には主に露光装置および使用レジストの特性
で決まる限界解像力までのパターンの形成が可能であ
る。一方、デフォーカスが生じた場合にはズレ量が大き
くなるにつれて限界解像力が低下する。しかしながら、
通常、露光に使用される設定露光量として、フォーカス
変動に対する線幅変化が最も少なくなる露光量Ｅopt 近
傍の値が使用されるため、焦点深度（Depth of Focus、
以下、ＤＯＦと記す）が大きく、デフォーカスを検出し
にくい。そこで、露光量をＥopt の２倍前後と大きくし
た上で前記デフォーカス検出用レチクルを用いて露光を
行うと、ＤＯＦは大幅に狭まり、微少なフォーカスズレ
が生じただけでドットパターンは形成されなくなる。

【００１５】したがって、半導体基板上のデフォーカス
の生じていない領域には正常なドットパターンが形成さ
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
フォーカスズレが生じ、ドットパターンが形成されなく
なるため、顕微鏡検査または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。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１〜図４を参照して説明する。本実施の形態では、露光
波長λ＝４３６ｎｍ、開口数ＮA ＝０．５５の１／５縮
小型ステップ＆リピート露光装置を用い、レジスト条件
として膜厚１．２μｍ、感度特性Ｅth＝８５ｍｊ、Ｅop
t ＝１４５ｍｊのポジ型レジストを用いた場合のデフォ
ーカス検出方法を例に採り、説明する。

【００１７】図２は、一定露光量におけるフォーカスの
ズレと線幅の関係を示す図である。露光量Ｅxpが通常露
光時に使用される設定露光量、すなわちフォーカス変動
に対して線幅変化が最も少なくなる露光量Ｅopt （＝１
４５ｍｊ）の場合、フォーカスのズレ量と線幅の関係は
図２中実線で示すようになっており、Ｅopt の２倍前後
の露光量（＝２９０ｍｊ）の場合、図２中破線で示すよ
うになっている。

【００１８】したがって、前記のような感度特性を持つ
レジストをシリコン基板上に塗布し、前記露光装置を用
いて露光量Ｅopt で露光を行った場合、正方形のドット
パターンの寸法としては０．５μｍ×０．５μｍサイズ
が限界解像力（ベストフォーカス時の線幅）となり、こ
の寸法以下ではパターンが解像されないことになる。ま
た、フォーカスを振っていった場合においても、露光量
がＥopt である限り、線幅はほとんど変化せず、解像力
が大幅に低下することはない。

【００１９】それに対して、露光量をＥopt の２倍の露
光量Ｅopt ×２とし、その他の条件を同一にして処理を
行った場合、ドットパターンの寸法としては０．６５μ
ｍ×０．６５μｍサイズが限界解像力となる。すなわ
ち、露光量をＥopt とした場合と比べて解像力が０．１
５μｍ低下する。また、図２中の破線を見ると明らかな
ように、フォーカス変動に対する線幅変化に関しても、
微量のフォーカス変動で線幅が大きく変化する。

【００２０】このような検討結果を踏まえ、本実施の形
態におけるデフォーカス検出用レチクル（以下、単にレ
チクルと記す）を次のように設計する。図１に示すよう
に、本実施の形態のレチクル１は、露光領域２内に、後
で形成されるレジストパターンが島状のパターンとなる
同一寸法の複数の正方形のドットパターン３が整列配置
されている。そして、各ドットパターン３の寸法が露光
時の限界解像力寸法に一致し、隣接するドットパターン
３間の距離がドットパターン３の寸法以上となってい
る。

【００２１】具体的には、図３に示すように、ドットパ
ターン３の各辺Ｘ、Ｙをともに０．６５μｍ（ただし、
１／５縮小露光装置用のレチクルであるから、レチクル
上の実際のパターン寸法は３．２５μｍである）、隣接
するドットパターン３間の距離Ｓを０．６５μｍ（これ
もレチクル上の実際のパターン寸法は３．２５μｍであ
る）とし、このドットパターン３を実際に露光が行われ
るショット内（露光領域２内）に整列配置する。

【００２２】そして、このレチクル１を用いて半導体基
板上のレジストコートに対して露光を行い（露光工
程）、露光後のレジストコートに現像処理を施すことに
よってレジストパターンを形成する（現像工程）。その
後、顕微鏡検査もしくは斜光検査によってレチクル上の
ドットパターンがレジストパターンとして転写されてい
るか否かを検査する（検査工程）。この際、局所的にデ
フォーカスが発生した場合にはその個所では限界解像力
が０．６５μｍ以上となるため、０．６５μｍのドット
パターンは解像されないことになり、図４に示すよう
に、デフォーカス発生領域４はレジストパターン５がな
い状態となる。このデフォーカス発生領域４は顕微鏡検
査は勿論のこと、斜光検査でも容易に検出できる。

【００２３】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、微少なデ
フォーカスの場合には線幅変動が微少であるためにデフ
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、レジストが残存する
部分を微小なドットパターンとし、さらに露光量を通常
の２倍程度に大きくすることでフォーカス変動がパター
ンの形成に敏感に影響を及ぼすようにした。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パターンの有無として顕微鏡検
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。

【００２４】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば本実施の形態では、１／５縮小型ステップ＆リピー
ト露光装置を用い、ポジ型レジストを用いた場合の方法
を例に挙げたが、使用する露光装置は１／５縮小型露光
装置に限らず、他の倍率の縮小型露光装置もしくは等倍
露光装置であってもよい。また、ポジ型レジストに代え
て、ネガ型レジスト対応のレチクルとしてもよい。その
場合には、本実施の形態のレチクルのパターンを白黒反
転させ、ウェハ上には本実施の形態と同様、ドットパタ
ーンが島状に残存するようにすればよい。また、本実施
の形態で用いた露光条件、レジスト特性等の具体的な数
値に関しては適宜変更が可能である。

【００２５】

【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】 本発明の一実施の形態であるデフォーカス検
出用レチクルを示す平面図である。

【図２】 本実施の形態の露光条件、レジスト特性にお
けるフォーカスズレと線幅の関係を示すグラフである。

【図３】 同、デフォーカス検出用レチクルのドットパ
ターンを示す拡大平面図である。

【図４】 同、レチクルを用いてデフォーカスを検出す
る際のレジストパターンの様子を示す図である。

【符号の説明】

１ レチクル（デフォーカス検出用レチクル） ２ 露光領域 ３ ドットパターン ４ デフォーカス発生領域 ５ レジストパターン Ｘ，Ｙ ドットパターンの寸法 Ｓ 隣接するドットパターン間の距離 Ｅopt 使用レジストにおけるフォーカス変動に対して線
幅変動が最も少ない露光量

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光すべき領域内に、形成後のレジスト
   パターンが島状のパターンとなる同一寸法の複数のドッ
   トパターンを整列配置するとともに、各ドットパターン
   の寸法が露光時の限界解像力寸法に略一致し、隣接する
   ドットパターン間の距離が前記ドットパターンの寸法以
   上である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
   レチクル上のドットパターンが前記レジストパターンと
   して転写されているか否かを検査する検査工程、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。
2. 【請求項２】 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において、 前記露光工程の条件として、使用するレジストにおける
   フォーカス変動に対して線幅変動の最も少ない露光量の
   略２倍の露光量を用いて露光を行う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。
3. 【請求項３】 露光すべき領域内に島状のパターンとな
   る同一寸法の複数のドットパターンが整列配置されると
   ともに、各ドットパターンの寸法が露光時の限界解像力
   寸法に略一致し、隣接するドットパターン間の距離がド
   ットパターンの寸法以上であることを特徴とするデフォ
   ーカス検出用レチクル。