(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィー工程において、レチクル１ショット上の四隅に同一のパターンを含むＴＥＧパターンを配置したフォトレチクルを用いて露光を行った後、ウェハ上に転写された１ショット上の四隅の各ＴＥＧパターンにおける前記同一パターンの線幅の大小関係を比較することによって、露光時のウェハの傾きの有無または傾きの方向を判断することを特徴とする露光時のウェハ傾き検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の露光時のウェハ傾き検出方法において、
前記線幅の大小関係を比較する場合に、ウェハ上に転写された１ショット上の四隅の各ＴＥＧパターン内のシート抵抗測定パターンを用いてシート抵抗を測定した後、その抵抗測定値と予め判っているシート抵抗測定パターンの線幅と抵抗値との関係から前記各シート抵抗測定パターンの電気的な線幅を求め、それらの電気的な線幅の大小関係を比較することを特徴とする露光時のウェハ傾き検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の露光時のウェハ傾き検出方法において、
前記線幅の大小関係を比較する場合に、前記四隅の各ＴＥＧパターン内の同一のパターンの線幅を計測し、この計測により得られた線幅の大小関係を比較することを特徴とする露光時のウェハ傾き検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光時のウェハ傾き検出方法に関し、特にフォトリソグラフィー工程での露光時に生じるウェハの傾きやその方向を検出する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路製造用フォトレチクル（以下、実レチクルという）には、実際の製品となるべきチップパターンの他、電気的特性の評価に用いるＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）パターンが含まれている。例えば、特開平３−１９７９４９号公報には、１ショット上の任意の位置に１個のＴＥＧが配置された実レチクルの例が開示されている。この種のレチクルの構成を図６に示す。
【０００３】
図６に示すように、この実レチクル１０は、１ショットで２個の製品ペレットが得られるものであり、外枠に設けられたストリート１と、製品ペレットに相当するチップパターン２と、相互のチップパターン２に挟まれたＴＥＧパターン３で構成されている。上述したように、ＴＥＧはこれを用いて電気的特性を測定することで各製品ペレットの良否を判定するためのテストパターンのことであり、テストパターンとして、例えばシート抵抗測定パターン、コンタクト抵抗測定パターン、トランジスタ等が含まれている。そして、それらテストパターンによるデバイスパラメータ、例えば各種シート抵抗値、トランジスタのＶｔｈ等が所望の値となっているか否かをチェックすることによって、その製品ペレットの良否判定を行う。通常、この良否判定は、ウェハ完成後に、各製造工程が確実に行われたかどうかを確認する意味で行うものである。
【０００４】
また、ＴＥＧパターン配置の他の例としては、各ショットごとにＴＥＧを同様に入れるのではなく、特開平５−２９１１０６号公報に開示されているように、露光方法を工夫することによって、ウェハ上の任意の位置にのみＴＥＧを転写する、という方法もある。
【０００５】
ところで、フォトリソグラフィー工程で用いる露光装置では、焦点ズレの発生が避けられないが、パターンの寸法精度や合わせ精度を向上させるためには、この焦点ズレを検出してズレの程度を極力小さくしなければならない。
そこで、この焦点ズレの検出方法が特開昭６０−２６３４３号公報に開示されている。この方法は、実際の製品パターンの形成に用いる実レチクルに代えて、微小線要素が設けられたテストレチクルと、テストレチクルの透過光を微小スリットを介して受光する受光素子がステージ上に設置された投影露光装置を用い、ステージをＺ軸上で昇降させる際に得られる受光素子からの出力信号の変化に基づいて、投影光学系の特性、例えば像面傾斜や像面湾曲を求める、というものである。
【０００６】
さらに、特開昭６３−３０６６２６号公報には、ステージ上に基準マークが設けられた露光装置と、特殊の基準マークを有するテストレチクルを用い、ステージ上の基準マークに光を照射した後、テストレチクルを透過させる構成とし、ステージ上およびテストレチクル上の各基準マークを透過した光束を受光することによって投影光学系の結像特性を計測する、という方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来一般の露光装置に対して、前述した特開平３−１９７９４９号公報や特開平５−２９１１０６号公報に示されたＴＥＧ配置を有するフォトレチクルを適用しても、例えばフォトリソグラフィー工程での露光時にウェハが傾いて焦点のズレが生じた場合に、ＴＥＧから得られるデバイスパラメータ（各種抵抗値等）から直ちに焦点ズレにより生じた線幅の異常、つまり像面傾斜の情報を正確に得ることはできない。
【０００８】
これに対して、特開昭６０−２６３４３号公報や特開昭６３−３０６６２６号公報に示された露光装置を用いれば、確かに像面傾斜に関する正確な情報を得ることはできる。ところが、これらの装置を用いた方法は、実レチクルを用いずにテストレチクルを用いるものであるから、露光の度にテストレチクルを用いて結像特性を計測し、結像特性を補正するような場合にスループットの低下が免れないものである。さらに、テストレチクルを用いた場合、露光直前の実レチクルのパターン各部分についての合焦点位置を計測することはできず、実露光直前の投影光学系の結像特性を正確に計測することは不可能である。
【０００９】
そこで、テストレチクルを用いずに投影光学系の結像特性を計測する方法が、特開平５−４１３４４号公報に開示されている。それは、レチクルに照射光を入射させ、その反射光を開口部を透過する光として受光し、受光量に応じた光電信号を出力する光電検出器の出力と焦点検出系の出力に基づいて、合焦点位置検出部で像面状態を検出し、この検出情報から結像特性を正確に計測する、という投影露光装置である。さらに、テストレチクルを用いない他の方法が、特開平６−６１１２０号公報に開示されている。この公報に記載された露光装置の焦点調節方法は、被露光面検査用光源から回動可能な複数の反射鏡を介して、光をウェハに入射させ、その反射光を前記反射鏡を介してフォトディテクタで検出し、ウェハまでの相対高さに基づいてこの検出データから露光装置の焦点を調節する、というものである。
【００１０】
しかしながら、これらの結像特性の計測方法は、テストレチクルこそ用いないものの、露光装置内部に、例えば被露光面検査用光源、回動可能な複数の反射鏡、光電検出器やフォトディテクタ等の特殊な部品を多量に必要とするために、装置コストが莫大なものになる、という欠点を有している。さらに、上記のような部品を使用するため、使用当初は投影光学系の結像特性を正確に計測できても、各部品の設置部分あるいは部品の回動部分は経時的に微小な位置のズレが生じ、そのズレが増大していくので、この微小な位置ズレが補正できない限り、長期間にわたって結像特性の計測を正確に行うことができない。
【００１１】
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、テストレチクルや特殊な露光装置を用いることなく、フォトリソグラフィー工程における露光時のウェハの傾きを簡便に検出するためのウェハ傾き検出方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光時のウェハ傾き検出方法は、フォトリソグラフィー工程においてレチクル１ショット上の四隅に同一のパターンを含むＴＥＧパターンを配置したフォトレチクルを用いて露光を行った後、ウェハ上に転写された１ショット上の四隅の各ＴＥＧパターンにおける同一パターンの線幅の大小関係を比較することによって、露光時のウェハの傾きの有無または傾きの方向を判断することを特徴とするものである。また、前記線幅の大小関係を比較する場合に、（１）四隅の各ＴＥＧパターン内のシート抵抗測定パターンを用いてシート抵抗を測定した後、その抵抗測定値と予め判っているシート抵抗測定パターンの線幅と抵抗値との関係から前記各シート抵抗測定パターンの電気的な線幅を求め、それらの電気的な線幅の大小関係を比較する方法、（２）四隅の各ＴＥＧパターン内の同一パターンの線幅を計測し、この計測により得られた線幅の大小関係を比較する方法、のいずれを採ってもよい。
【００１５】
すなわち、本発明のウェハ傾き検出方法によれば、１ショットの四隅に位置する同一のパターンの線幅の大小関係を比較することによって、露光装置内におけるフォトレチクルからウェハまでの距離を１ショットの四隅で相対的に比較することができる。その結果、例えば、４箇所の各ＴＥＧパターンでフォトレチクルからウェハまでの距離が全て一致すればウェハは傾いていない、不一致ならばウェハは傾いている、４箇所のうち対向する辺の両端のＴＥＧパターン同士が一致し対向する辺間で不一致ならばそれらの辺に垂直な方向にのみウェハが傾いている、というようにウェハの傾きの有無、さらに傾きの方向を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５を参照して説明する。
図１は本実施の形態の実レチクル（フォトレチクル）を示す図である。この図に示すように、この実レチクル１１は、１ショットで２個の製品ペレットが得られるものであり、外枠に設けられたストリート１と、製品ペレットに相当する２つのチップパターン２、２が設けられている。そして、実レチクル１１の四隅にあたるストリート１上には、ＴＥＧパターン３（ＴＥＧ−Ａ〜Ｄ）がそれぞれ設けられている。
【００１７】
ＴＥＧはこれを用いた電気的特性を行うことで各製品ペレットの良否を判定するためのテストパターンのことであり、テストパターンとして、例えばシート抵抗測定パターン、コンタクト抵抗測定パターン、トランジスタ等が含まれている。そこで、ＴＥＧ−Ａ〜Ｄはその内部の個々のパターンが全て同一であるか、または全てが同一でなくても少なくとも同一のシート抵抗測定パターンが含まれている。そのシート抵抗測定パターンの例を図２に示す。なお、このシート抵抗測定パターン１２は、例えば拡散層領域、ポリシリコン、タングステン、チタン、アルミニウム等、種々の層を被測定層とするものである。
【００１８】
図２は、実レチクル１１上のＴＥＧパターン３からウェハ上に実際に転写されたパターンを示す図であって、テスト用パッド４がコンタクト６を介して被測定層５、７、９の両端に接続されている。被測定層５、７、９の線幅は半導体集積回路の線幅に相当するものであって、例えば０．１〜３μｍ程度の線幅を有している。そして、従来一般のＴＥＧは、これらテスト用パッドを用いて被測定層のシート抵抗を測定し、それが所望の値となっているか否かをチェックすることによって、その製品ペレットの良否判定を行うものである。それに加えて、本実施の形態では、このシート抵抗測定パターン１２を露光時のウェハの傾きの有無を判定するためにも用いるわけである。
【００１９】
図２（ａ）は、焦点ズレが全くなく、実レチクル１１から転写されたウェハ上の被測定層５が所望の線幅通りに形成された場合を想定した図である。また、図２（ｂ）は、焦点ズレが発生し、ウェハ上の被測定層７が所望の線幅よりも太く形成された場合、図２（ｃ）は、焦点ズレが生じ、ウェハ上の被測定層９が所望の線幅よりも細く形成された場合を想定した図である。一方、図３は被測定層の線幅とシート抵抗値の関係を示す図である。
【００２０】
図３中の点Ａは、焦点ズレが全くない場合の被測定層の線幅（図２（ａ）の場合）に対するシート抵抗値を示しており、線幅が０．１〜３μｍ程度の場合、シート抵抗の標準値は通常、数Ω〜数ｋΩ程度の範囲内に収まる。また、点Ｂは所望の値よりも太い線幅（図２（ｂ）の場合）に対するシート抵抗値を示しており、焦点ズレが生じ、例えば被測定層の線幅が所望の値に対して１０〜２０％太めになると、それに反比例してシート抵抗値は１０〜２０％減少する。また、点Ｃは所望の値よりも細い線幅（図２（ｃ）の場合）に対するシート抵抗値を示しており、焦点ズレが生じ、例えば被測定層の線幅が所望の値に対して１０〜２０％細めになると、それに反比例してシート抵抗値は１０〜２０％増加する。したがって、そのシート抵抗測定パターンの抵抗値が判れば、図３に基づく計算により被測定層の線幅を知ることができる。なお、このシート抵抗値から求めた被測定層の線幅のことを本明細書では、「電気的な線幅」という。
【００２１】
以下、上記構成の実レチクル１１を用いた露光時のウェハ傾き検出方法について図面を用いて説明する。図４は本実施の形態のウェハ傾き検出方法を示すフローチャートである。
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した実レチクル１１の四隅のＴＥＧパターン、ＴＥＧ−Ａ〜Ｄのうち、特にシート抵抗測定パターン１２が実際のウェハ上に転写された状態を示している。そして、ここではレチクル左側のＴＥＧ−Ａ、ＴＥＧ−Ｂの被測定層５が所望の線幅で形成され、レチクル右側のＴＥＧ−Ｃ、ＴＥＧ−Ｄの被測定層７が所望の線幅より太く形成された例で説明する。
【００２２】
図４に示すように、まず、任意の測定装置を用いて４箇所のシート抵抗測定パターンの抵抗測定を行う（ステップＳ１）。ＴＥＧ−Ａ〜Ｄにより得られた抵抗値をそれぞれｒａ、ｒｂ、ｒｃ、ｒｄとする。次に、これら抵抗値から、図３に示したようなそのシート抵抗測定パターンに適合する線幅と抵抗値の相関グラフを用いて、４箇所のシート抵抗測定パターン１２の電気的な線幅ｓａ、ｓｂ、ｓｃ、ｓｄを計算する（ステップＳ２）。
【００２３】
次に、前のステップで求めた４箇所のシート抵抗測定パターン１２の電気的な線幅ｓａ、ｓｂ、ｓｃ、ｓｄの大小を比較する（ステップＳ３）。例えば、仮に４箇所のシート抵抗測定パターン１２の抵抗値が全て一致したとすると、その電気的な線幅が全て等しいことになる。その場合、露光装置内での実レチクルからウェハまでの距離が４箇所のＴＥＧパターンの位置で全て等しく、すなわち、ウェハは傾いていないことになる。
【００２４】
本実施の形態の例では、まず、４箇所のＴＥＧパターン位置での抵抗値の大小関係は、ｒａ＝ｒｂ＞ｒｃ＝ｒｄとなり、図５（ｂ）に示すように、これに反比例して４箇所のシート抵抗測定パターン１２の被測定層５、７の電気的な線幅の大小関係は、ｓａ＝ｓｂ＜ｓｃ＝ｓｄとなる。そこで、製造プロセス中の他のパラメータ（例えばエッチングレート、不純物濃度等）が標準値であったと仮定して、抵抗測定の結果、ＴＥＧ−Ａ、ＴＥＧ−Ｂでの抵抗値ｒａ、ｒｂが所望の値であったとすると、ＴＥＧ−Ａ、ＴＥＧ−Ｂでの電気的な線幅ｓａ、ｓｂが所望の値となり、ＴＥＧ−Ａ、ＴＥＧ−Ｂの位置では焦点ズレが発生していないことになる。このことから逆に、ＴＥＧ−Ａ、ＴＥＧ−Ｂに比べて電気的な線幅が太く形成されたＴＥＧ−Ｃ、ＴＥＧ−Ｄの位置では焦点ズレが発生していることが判る。
【００２５】
さらに、ｓｃ＝ｓｄであることから、ＴＥＧ−Ｃ、ＴＥＧ−Ｄの位置での実レチクル〜ウェハ間の距離は、ＴＥＧ−Ａ、ＴＥＧ−Ｂの位置での実レチクル〜ウェハ間の距離に対して同じ方向に同じ距離だけずれていることになる。これは、ウェハが実レチクルに対して図５（ａ）におけるＸ軸方向のみに傾いており、Ｙ軸方向には傾いていないことを示している。このようにして、４箇所のＴＥＧにおける抵抗値の大小関係から、ウェハの傾きの有無、および傾きの方向を判断することができる（ステップＳ４）。
【００２６】
このように、本実施の形態の方法によれば、実レチクル１１の四隅にＴＥＧパターン３を設け、４箇所のシート抵抗測定パターン１２の電気的な線幅の大小関係を比較することによって、４箇所のＴＥＧパターン３位置での実レチクルからウェハまでの距離を相対的に比較することができる。その結果、例えば、４箇所の各ＴＥＧパターン３で実レチクルからウェハまでの距離が全て一致すればウェハは傾いていない、不一致ならばウェハは傾いている、４箇所のうち対向する辺の両端のＴＥＧパターン３同士が一致し対向する辺間で不一致ならばそれらの辺に垂直な方向にのみウェハが傾いている、というようにウェハの傾きの有無、さらに傾きの方向を検出することができる。したがって、この方法を用いた場合、テストレチクルや特殊な露光装置を用いることなく、簡便な方法でウェハの傾きの状態を知ることができる。
【００２７】
通常、ＴＥＧパターン３を用いたデバイスパラメータの測定は、１ロットから数枚のウェハを抜き取って行うため、本方法によって露光時のウェハの傾きのロット内ウェハ間のばらつき、またはロット毎の変動等の状況を容易に把握することができる。そのため、デバイスパラメータの測定を行うことでウェハの良否を判定するのと同時に、露光装置のウェハステージの傾きや投影光学系の位置ズレ等の変動を定常的かつ効果的に監視することが可能となる。
【００２８】
さらに、本方法を不良解析という目的で用いる場合、例えばＴＥＧパターン３内の拡散層抵抗測定パターン、ポリシリコン配線抵抗測定パターン等、種々の抵抗測定パターンで同様の抵抗測定を行うことによって、多数のフォトリソグラフィー工程を有する製造プロセスのうち、拡散層形成工程、ポリシリコン配線形成工程等のいずれの露光工程でウェハの傾きが発生しているか、といったことを知ることができる。その結果、例えば各工程によって露光装置を使い分けているような場合、どの露光装置に異常が発生しているか、ということをフィードバックすることで不良を低減することができる。
【００２９】
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。例えば上記実施の形態では、シート抵抗値の測定データから計算した被測定層の電気的な線幅を用いてウェハの傾きを検出したが、この方法に代えて、例えば４箇所のＴＥＧパターン内の同一パターンの線幅を測長装置等を用いて直接計測し、その計測値を４箇所で比較することによってウェハの傾きを検出する、という方法を採ることもできる。また、シート抵抗の測定作業は通常、ウェハ完成後に行っているが、これに限ることなく、例えば製造プロセス途中で行ってもよい。その場合、ウェハ完成後に行う場合に比べて、ウェハの傾きを検出した際の露光装置へのフィードバックをより迅速に行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明においては、１ショット上の四隅に同一のパターンを含むＴＥＧパターンを設けたフォトレチクルを用いて露光を行い、ウェハ上に転写された各ＴＥＧパターン内の同一のパターンの線幅の大小関係を比較することによって、露光時のウェハの傾きの有無または傾きの方向を検出することができる。したがって、テストレチクルや特殊な露光装置を用いることなく、簡便な方法で露光装置内でのウェハの傾きの状態を知ることができる。また、電気的な線幅で比較する場合、ＴＥＧパターンによりデバイスパラメータの測定を行うことでウェハの良否を判定するのと同時に、露光装置のウェハステージの傾きや投影光学系の位置ズレ等の変動を定常的かつ効果的に監視することが可能となる。さらに、本発明を不良解析の目的で用いても効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるフォトレチクルの構成を示す平面図である。
【図２】同、フォトレチクルのＴＥＧパターンのうち、シート抵抗測定パターンの例を示す平面図である。
【図３】同、シート抵抗測定パターンの線幅と抵抗値の相関関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態であるウェハ傾き検出方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】同、実施の形態のフォトレチクルの四隅のＴＥＧパターンと、ウェハ上に実際に転写された各シート抵抗測定パターンの状態を示す平面図である。
【図６】従来のフォトレチクルの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  ストリート
２  チップパターン
３  ＴＥＧパターン
４  テスト用パッド
５，８  被測定層（焦点ズレが無い場合）
６  コンタクト
７  被測定層（焦点ズレによりパターンが広がった場合）
９  被測定層（焦点ズレによりパターンが細った場合）
１０，１１  実レチクル（フォトレチクル）
１２  シート抵抗測定パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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