(57)【要約】【課題】半導体ウエハに転写すべき所望のパターン内における擬似パターンの発生を容易に検出することができ、擬似パターンに起因する製品歩留まりの低下を防止することのできる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体ウエハの被加工面上に形成されたレジスト膜に所望のパターンを転写するリソグラフィ工程において、所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンをレジスト膜に転写し（Ｓ２）、レジスト膜を現像（Ｓ３）した後に、レジスト膜上に形成された検査パターンにおいて、擬似パターンの有無又は擬似パターンの大きさ若しくは深さを検査する工程（Ｓ１１，１２）とを有することとした。【選択図】　　　　　図５
2004128306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置により半導体ウエハの被加工面上に形成されたレジスト膜に、所望のパターンを転写するリソグラフィ工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記リソグラフィ工程中に、前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンを前記レジスト膜に転写する工程と、
前記レジスト膜を現像した後に、前記レジスト膜上に形成された前記検査パターンにおいて、前記擬似パターンの有無又は前記擬似パターンの大きさ若しくは深さを検査する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
露光装置により半導体ウエハの被加工面上に形成されたレジスト膜に、所望のパターンを転写するリソグラフィ工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記リソグラフィ工程中に、前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンを前記レジスト膜に転写する工程を有し、
前記レジスト膜を現像し前記半導体ウエハをエッチングした後に、前記半導体ウエハの被加工面上に形成された前記検査パターンにおいて、前記擬似パターンに起因する欠陥の有無を検査する工程を有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体ウエハの被加工面の前記検査パターンが投影されるべき位置に、高さの異なる段差が形成されており、
前記検査パターンを前記レジスト膜に転写する工程では、露光時に前記検査パターンにおける前記擬似パターンの像が前記段差の上に生じることとなる位置に、前記検査パターンを転写すること
を特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
リソグラフィにより半導体ウエハ上に所望のパターンのパターニングを行うために使用される露光装置であって、
前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンの像を、前記半導体ウエハ上に形成する手段を有していることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
リソグラフィにより半導体ウエハ上にパターニングを行うための所望のパターンを具備するレクチルであって、
前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンを具備すること
を特徴とするレクチル。
【請求項６】
前記検査パターンは、露光時に照明される方形状の照明領域の４隅、又は、４隅及び中央のスクライブライン領域に設けられていること
を特徴とする請求項５記載のレクチル。
【請求項７】
リソグラフィにより半導体ウエハ上に所望のパターンのパターニングを行う際に、前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンを形成し、前記検査パターンにおける擬似パターンの有無を検査するために使用される半導体ウエハであって、
露光時において、焦平面上におかれた前記被加工面上の、前記検査パターンにおける前記擬似パターンの像が生じる位置に、高さの異なる段差が形成されていること
を特徴とする半導体ウエハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に係り、特にリソグラフィ工程における露光量が適正であるかどうかを容易に検査することができる半導体装置の製造方法並びにそれに使用する露光装置、レクチル及び半導体ウエハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置は、リソグラフィ、エッチング等により半導体ウエハ上に回路パターンを形成することにより製造される。特に、近年の半導体装置の高集積化に伴い、回路パターンの超微細加工技術、とりわけ、半導体ウエハ上に超微細パターン形成を行う上で最も重要なリソグラフィ工程における高精度化技術が重要となっている。
【０００３】
リソグラフィ工程においては、半導体ウエハ表面に形成されたレジスト膜に対してパターニングが行われる。そして、この工程でパターニングされたレジスト膜をマスクとして、その下層にある被加工膜のエッチングが行われる。従って、レジスト膜へのパターニング精度は、半導体装置の性能や製造時の歩留まりを左右する大きな要因となる。パターニングは、露光装置において、所望のパターンが形成されたレクチルを通過させた光をレジスト膜に照射することにより、レジスト膜に潜像を形成させ、この潜像を現像することにより行われる。
【０００４】
パターンが微細化してくると、レクチル上の微細パターンを通過した光の回折効果が顕著に表れるようになり、半導体ウエハが置かれた焦平面上におけるパターンの解像が困難となる。そのため、現在では、ハーフトーン位相シフトマスク等を使用した位相シフト法等により、焦平面上のパターン内において位相を反転させた光を干渉させ露光時の解像度を上げることが行われている。
【０００５】
しかしながら、位相シフト法による露光であっても、焦平面上におけるパターンのエッジ部分では光はある程度の傾斜をもって減少する。そのため、露光量によって、焦平面におかれたレジスト膜に形成されるパターンの線幅が変化する。従って、露光量を適正となるように決定・管理することが、パターニング精度を向上させる際の極めて重要な技術課題となっている。
【０００６】
図９は従来の半導体装置の製造工程における半導体ウエハ上に配置されたパターンの一例を示す図である。
【０００７】
図９において、半導体ウエハ上の露光領域（以下、「ショット」という。）１００内には、半導体装置の一の層を形成するための所望のパターン１０１が２行２列に４つ配置されている。そして、正方形のショット１００内の４隅部分及び中央部分（以下、この５つの部分を「ショット内５像高」という。）のスクライブライン領域１０２には、露光量管理用の検査パターン１０３が配置されている。尚、露光量管理用の検査パターン１０３がショット内５像高のスクライブライン領域１０２に配置されているのは、半導体ウエハの歪み等により必ずしもショット内の光量が均一であるとは限らないことから、ショット内の総ての領域で露光量が適切であるか否かを検査する必要があるからである。
【０００８】
図１０〜１２は従来の露光量管理用の検査パターンのショット内配置の一例を示す図であり、図１０はコンタクトホール層を形成する際の露光量管理用の検査パターン、図１１はポリシリコン層を形成する際の露光量管理用の検査パターン、図１２はアクティブ領域層を形成する際の露光量管理用の検査パターンを示している。尚、各図において、実線で示したパターンが、各層のパターン形成のためのリソグラフィ時に使用する露光量管理用の検査パターンであり、点線は、各検査パターンの半導体ウエハ上における位置関係を示すために参考までに記載したものである。
【０００９】
図１０〜１２において、検査パターン１０３は、２行２列に４つ配置された同一の部分パターン１０４から構成されている。各部分パターン１０４は、所望のパターン１０１内に含まれるゲートアレイ等のパターンに共通して存在するようなパターンに類似するように構成したものである。
【００１０】
部分パターン１０４の構造は、アクティブ領域層の検査パターン１０６上に、コの字状及び逆コの字状に形成されたポリシリコン層の検査パターン１０５ａ，１０５ｂが対向して設けられている。そして、このポリシリコン層の検査パターン１０５ａ，１０５ｂを挟んで、アクティブ領域層の検査パターン１０６上に３つのコンタクトホール検査パターン１０７を直線的に配した構造とされている。
【００１１】
このような検査パターン１０３をスクライブライン領域１０２に形成し、アクティブ領域層のリソグラフィを行う場合にはアクティブ領域層の検査パターン１０６の線幅、ポリシリコン層のリソグラフィを行う場合にはポリシリコン層の検査パターン１０５ａ，１０５ｂの線幅、コンタクトホール層のリソグラフィを行う場合にはコンタクトホール検査パターン１０７の線幅をそれぞれ管理することにより、所望のパターン１０１内に形成される各パターンの線幅が適切となるように露光量を管理することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パターンが微細化してくると、レクチル上のマスクパターン内の隣接する透過部分を通過した複数の回折光同士が干渉して強め合うことにより、レジスト膜が置かれた焦平面上に疑似パターンの像が発生するようになる。特に、微細加工のためにハーフトーン位相シフトマスクを使用した場合には、レクチルの遮光部分でも一定の光量の光が透過することから、パターン密度の高い領域において疑似パターンの像が生じやすい傾向がある。この疑似パターンの像の光量は、露光量に比例して増大する。疑似パターンの像の光量がレジスト膜を感光する程度に大きい場合、現像後のレジスト膜に疑似パターンが形成され、後のエッチング工程で半導体ウエハ上にエッチング形成されるパターンに欠陥を発生させる。
【００１３】
図１３はハーフトーン位相シフトマスクを使用して露光した場合のレジスト膜上の光の位相及び振幅並びに強度の分布を表したものである。
【００１４】
図１３（ａ）に示すように、レクチル上に形成されたマスクパターンのパターン密度が低い場合には、焦平面上に投光される光の位相及び振幅は図１３（ａ）（ｉｉ）のようになり、レジスト膜上の遮光部分には、透光部分とは位相が１８０度反転した光が僅かに投光される。その結果、パターン像のエッジ付近における回折による裾の広がりの部分が打ち消され、焦平面上に投光される光の光量は図１３（ａ）（ｉｉｉ）のようになり、パターン像のエッジが鋭く立ち上がった解像度のよいパターン像が得られる。
【００１５】
一方、図１３（ｂ）に示すように、レクチル上に形成されたマスクパターンのパターン密度が高くなると、マスクパターン内の隣接する透光部分を通過した同位相の光の１次回折光及びマスクパターン内の遮光部分を通過した逆位相の光のそれぞれが干渉して強め合う結果、焦平面上に投光される光の位相及び振幅は図１３（ｂ）（ｉｉ）のようになる。その結果、焦平面上に投光されるパターン像は、図１３（ｂ）（ｉｉｉ）に示すように、本来の透光部分のパターン像Ｔ’の間に、干渉によって生じる擬似パターン像Ｉ’が大きく現れるようになる。この擬似パターンの像Ｉ’がレジスト膜上に潜像を形成すると、後工程におけるエッチングにより半導体ウエハ上に形成されるパターンに欠陥を生じる。
【００１６】
図１４は露光量を変化させた場合のレジスト膜上での擬似パターンの発生状況を示す図、図１５は擬似パターンに起因してエッチングにより半導体ウエハ上に形成されるパターンに欠陥を示す図である。
【００１７】
この例では、コンタクトホールを形成するためのコンタクトホールパターンが正方形の頂点上に４個並んだパターンを、超高圧水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）を使用してレジスト膜上に露光させ、現像した。コンタクトホールパターンＴの半径は約０．４μｍである。図１４（ａ）では、（ｉ）から（ｖ）の順に露光量を増加させている。露光量が少ない場合には、図１４（ｉ）のように、焦平面上の擬似パターン像はレジスト膜を感光する程に光量が大きくないため、レジスト膜上にはコンタクトホールパターンＴのみが形成され、擬似パターンＩは現れない。しかし、露光量が大きいと、図１４（ｖ）のように、４個のコンタクトホールパターンＴの中央に擬似パターンＩが生じる。また、図１４（ｂ）は、複数のコンタクトホールパターンＴが格子状に配列された場合において、各コンタクトホールパターンＴの間に擬似パターンＩが発生した状況を示したものである。このようにレジスト膜上に擬似パターンが形成された場合、エッチング後に図１５に示すような擬似パターンに起因する欠陥が生じる。
【００１８】
すなわち、コンタクトホールパターンＴとともに擬似パターンＩが転写されたレジスト膜を現像した後、エッチングを行うことにより、シリカ（ＳｉＯ２）等の層間分離膜１１０にコンタクトホール１１１とともに擬似パターンによる開口部分１１２が形成される。そして、後工程で、層間分離膜１１０上にアルミニウム（Ａｌ）の電極膜１１３を形成した場合、電極膜１１３とポリシリコン膜１１４、及び電極膜１１３とシリコン基板１１５がショートして、半導体装置が不良となる。その結果、半導体装置の製造歩留まりが低下する。
【００１９】
このような擬似パターンの発生は、上記従来の検査パターンでは確認することはできない。従って、結局、従来は、半導体ウエハに転写すべき所望のパターン（以下、「目的パターン」という。）内の最もパターン密度が大きい部分パターン（以下、「最密パターン」という。）を探して、擬似パターンによる欠陥の有無を検査するしかない。
【００２０】
しかし、目的パターンから、最密パターンを抽出し、検索する作業には時間を要する。特に、特定用途向けの、いわゆるＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）系の半導体装置をパターニングするための目的パターンでは、その内部のパターンが規則正しい配列ではないため、設計データから最密パターンを抽出し、その後、半導体ウエハ上に転写されたパターンから走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して最密パターンを検索し、擬似パターンの有無の確認を行う作業には、非常に時間を要する。その結果、半導体装置の開発時において、エンジニアが行うべき工数は膨大となり、製品の開発から市場投入に至るまでの時間（開発ＴＡＴ：Ｔｕｒｎ　Ａｒｏｕｎｄ　Ｔｉｍｅ）を長期化させる要因となる。
【００２１】
また、半導体装置の量産ラインにおいては、目的パターン内から最密パターンを抽出、検索する作業を行うのは、事実上極めて困難である。そのため、半導体装置の量産ラインでは、リソグラフィ工程における露光量の管理は、上記従来の線幅管理用の検査パターンのサイズ検査のみにより行われるため、露光装置や下地を形成するプロセス等のばらつきに起因して、上記目的パターン内の最密パターンにおいて擬似パターンが発生しても検出することができない。その結果、次工程で擬似パターンが生じた状態にある目的パターンが半導体ウエハ上にエッチング形成され、欠陥を生じ、製品歩留まりを低下させる要因となる。
【００２２】
このような問題は、特に微細加工が要求されるコンタクトレイヤのパターンにおいて顕著であり、また、目的パターンが微細化され設計に要求されるスペックが厳しくなるほど顕著となる。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、リソグラフィ工程において、半導体ウエハに転写すべき所望のパターン内における擬似パターンの発生を容易に検出することができ、擬似パターンに起因する製造歩留まりの低下を防止することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の目的は、上記半導体装置の製造方法で使用するのに適した露光装置、レクチル及び半導体ウエハを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、露光装置により半導体ウエハの被加工面上に形成されたレジスト膜に、所望のパターンを転写するリソグラフィ工程において、前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンを前記レジスト膜に転写する工程と、前記レジスト膜を現像した後に、前記レジスト膜上に形成された前記検査パターンにおいて、前記擬似パターンの有無又は前記擬似パターンの大きさ若しくは深さを検査する工程とを有することを特徴とする。
【００２６】
すなわち、リソグラフィによりレジスト膜上に形成された検査パターンにおいて、擬似パターンの有無又は前記擬似パターンの大きさ若しくは深さを検査することにより、所望のパターン内に擬似パターンが発生しているか否か、又は所望のパターン内に発生した擬似パターンがエッチングに影響を及ぼすものであるかを推定することができる。そのため、擬似パターンが発生しているか否かを検査するために所望のパターン内の擬似パターンが最も生じやすい位置又はパターン密度が最大である位置を探す必要がなくなる。また、擬似パターンの有無を検査する時間も極めて短時間ですむ。
【００２７】
ここで、ある決められたデザインルールの下では、一般には、所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるものは、当該所望のパターン内の部分パターンのうちのパターン密度が最大であるもの、すなわち最密パターンと一致する。しかし、パターンの形状及びパターン間の距離と露光する光の波長との関係によっては、最密パターン以外のパターンが擬似パターンの像の光量が最大となるような場合も考えられる。その場合、上記最密パターン以外のパターンを検査パターンとして使用することができる。
【００２８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、露光装置により半導体ウエハの被加工面上に形成されたレジスト膜に、所望のパターンを転写するリソグラフィ工程において、前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンを前記レジスト膜に転写する工程を有し、更に、前記レジスト膜を現像し前記半導体ウエハをエッチングした後に、前記半導体ウエハの被加工面上に形成された前記検査パターンにおいて、前記擬似パターンに起因する欠陥の有無を検査する工程を有することを特徴とする。
【００２９】
すなわち、リソグラフィ工程後に行われるエッチングにより半導体ウエハ上に形成された検査パターンにおいて、擬似パターンに起因する欠陥の有無を検査することにより、所望のパターン内に擬似パターンに起因する欠陥が発生しているか否かを推定することができる。そのため、所望のパターン内の特定の位置を探して擬似パターンに起因する欠陥が発生しているか否か等を検査する必要がなくなる。
【００３０】
この場合、前記半導体ウエハとしては、その被加工面の前記検査パターンが投影されるべき位置に高さの異なる段差が形成されているものを使用し、前記検査パターンを前記レジスト膜に転写する工程では、露光時に前記検査パターンにおける前記擬似パターンの像が前記段差の上に生じることとなる位置に、前記検査パターンを転写することができる。
【００３１】
これにより、擬似パターンの像は半導体ウエハの段差の上に生じるから、擬似パターンの像が生じる位置のレジスト膜の膜厚は、段差の底部の膜厚に比べて薄くなる。従って、検査パターンにおける擬似パターンの像が生じる部分は、現像によりレジスト膜に穴が空きやすく、擬似パターンに起因するエッチング時の欠陥が最も発生しやすい条件となる。よって、エッチングにより半導体ウエハ上に形成された検査パターンにおける擬似パターンに起因する欠陥の有無を検査することにより、所望のパターン内で擬似パターンに起因する欠陥が生じたことを確実に検出することができる。
【００３２】
また、本発明に係る露光装置は、リソグラフィにより半導体ウエハ上に所望のパターンのパターニングを行うために使用される露光装置であって、前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンの像を、前記半導体ウエハ上に形成する手段を有していることを特徴とする。
【００３３】
この露光装置により、半導体ウエハ上のレジスト膜を露光し、レジスト膜に擬似パターン検査用の検査パターンを形成できる。これにより、上記半導体装置の製造方法で、露光時の擬似パターンの発生の有無を推定検査することが可能となる。
【００３４】
また、本発明に係るレクチルは、リソグラフィにより半導体ウエハ上にパターニングを行うための所望のパターンを具備するレクチルであって、前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンを具備することを特徴とする。
【００３５】
半導体装置製造時のリソグラフィ工程で、このレクチルを通して半導体ウエハ上のレジスト膜に露光することにより、レジスト膜に擬似パターン検査用の検査パターンを形成できる。これにより、上記半導体装置の製造方法で、露光時の擬似パターンの発生の有無を推定検査することが可能となる。
【００３６】
更に、本発明に係る半導体ウエハは、リソグラフィにより半導体ウエハ上に所望のパターンのパターニングを行う際に、前記所望のパターン内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターンを有する検査パターンを形成し、前記検査パターンにおける擬似パターンの有無を検査するために使用される半導体ウエハであって、露光時において、焦平面上におかれた前記被加工面上の、前記検査パターンにおける前記擬似パターンの像が生じる位置に、高さの異なる段差が形成されていることを特徴とする。
【００３７】
半導体装置製造時のリソグラフィ工程で、この半導体ウエハ上に形成したレジスト膜上に検査パターンを転写し、現像し、半導体ウエハのエッチングを行うことで、上述のようにレジスト膜の膜厚が最も薄い部分に擬似パターンに起因する欠陥が発生したか否かの推定検査を行うことが可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図１は本実施形態に係る露光装置の光学系部分を表す模式図である。
【００４０】
図１において、超高圧水銀ランプ等の光源１から出射された光は、ミラー２、シャッター３、フライアイレンズ４、レクチルブラインド（視野絞り）５、ミラー６、及びコンデンサレンズ７で構成される光学系を介して、ハーフトーン位相シフトマスクとしてのレクチル８のパターン面の照明領域を均一な照度分布で照明する。レクチル８を透過した光は、縮小投影レンズ９を介して半導体ウエハ１０の被加工面１０ａ（図６参照）上に形成されたレジスト膜２３（図６参照）上に結像する。このとき、レクチル８上に形成されたパターンが、レジスト膜２３上に投影される。
【００４１】
図２は本実施形態に係るレクチル８上に形成されたパターンを表す図である。
【００４２】
図２において、方形のレクチル８の照明領域には、半導体ウエハ１０上に一の層を形成するための所望の目的パターン１１が２行２列に配置されている。そして、その照明領域内のスクライブライン領域１２の４隅部分及び中央部分（ショット内５像高）には、パターンの線幅を検査するための第１の検査パターン１３と、擬似パターンの発生の有無を検査するための第２の検査パターン１４とが形成されている。ここで、第１の検査パターン１３については、図１０において説明した検査パターン１０３と同様であるので、説明は省略する。
【００４３】
尚、第１及び第２の検査パターン１３，１４の配置場所は、必ずしもスクライブライン領域１２のショット内５像高に配置する必要はなく、また配置する数も少なくとも１個あればよい。しかし、半導体ウエハ１０の歪み等により、ショット内の露光量は必ずしも均一とは限らないために、上述のように第１及び第２の検査パターン１３，１４をショット内５像高に配置して検査を行うことが好ましい。
【００４４】
図３は図２における第２の検査パターン１４のパターン配置を表す図である。
【００４５】
図３において、第２の検査パターン１４の遮光領域１５の中には、４行４列の方形状の透光領域１６が方形格子状に配列されている。遮光領域１５は、厚さｄ、屈折率ｎの半透膜が設けられており、この半透膜の厚さｄは、露光に使用される光の波長をλとすると、ｄ＝λ／２（ｎ−１）の厚さに形成されている。これにより、遮光領域１５を通過する光の位相は、透光領域１６を通過する光の位相に対して１８０度のずれを生じ、透光領域１６を通過した光とは逆符号となる。そのため、透光領域１６を通った光が回折により広がった裾の部分では、当該回折光と遮光領域１５を通過した光とが互いに打ち消し合って、殆ど振幅が零となる。従って、裾の部分の広がりがなくなるために解像度が向上する。
【００４６】
透光領域１６のパターンは、目的パターン１１内の部分パターンのうち露光時に回折光の干渉により焦平面上（すなわち、レジスト膜２３表面上）に生じる擬似パターンの像の光量が最大となるもの又はパターン密度が最大であるものと同一のパターン配置とされる。一般に、ある決められたデザインルールの下では、普通は、目的パターン１１内の部分パターンのうちパターン密度が最大であるもの、すなわち、最密パターンが、露光時に回折光の干渉により焦平面上に生じる擬似パターンの像の光量が最大のパターンである。従って、通常は、透光領域１６のパターンとしては、最密パターンを使用すればよい。しかしながら、擬似パターンは、主として１次回折光同士の干渉によって生じるものであるため、パターンの形状及びパターン間の距離と露光する光の波長との関係によっては、最密パターン以外のパターンが擬似パターンの像の光量が最大となるような場合も考えられる。かかる場合には、そのような擬似パターンの光量が最大となるパターンを、透光領域１６のパターンとして使用する。目的パターン１１の中で最も擬似パターンに起因する欠陥を生じやすいからである。
【００４７】
尚、本実施形態では、一例として、目的パターン１１をコンタクトホール形成用パターンとした。そして、当該コンタクトホール形成用パターン内の最密パターンと同一のパターンを第２の検査パターン１４として採用した。しかしながら、これは一例であり、目的パターン１１はコンタクトホールパターンに限るものではない。
【００４８】
図４は本実施形態に係る半導体ウエハ１０上における第２の検査パターン１４が照光される位置に形成されたパターンを表す図である。
【００４９】
図４において、半導体ウエハ１０上には、局所酸化（ＬＯＣＯＳ：Ｌｏｃａｌ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）により形成された素子間分離膜のライン（以下、単に「ＬＯＣＯＳ」という。）２０と、ＬＯＣＯＳ２０の上面に形成されたポリシリコンの配線２１とから構成される検査ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃが、それぞれ平行に３列形成されている。これらの検査ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、半導体ウエハ１０の上面が露光された際に、第２の検査パターンの像１４’が生じるべき位置に形成されている。また、各検査ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃの位置は、第２の検査パターンの０次回折光の像１６’の列の間に位置するように調整されており、更に、第２の検査パターンの１次回折光の干渉による擬似パターンの像１７が配線２１の上面に位置するように調整されている。
【００５０】
以上のような構成において、以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。尚、本実施形態では、半導体装置の製造工程のうち、リソグラフィ工程及びエッチング検査工程のみに特徴があり、他の工程については、通常の半導体装置の製造方法と同様であるため説明を省略する。
【００５１】
図５は本実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるリソグラフィ工程の流れを示す図である。
【００５２】
まず、リソグラフィ工程の前工程において、図４に示したようなパターンが形成された半導体ウエハ１０の表面全体に、被加工層である素子間分離膜２２（図６参照）を形成する。以下に説明する工程は、この素子間分離膜２２にコンタクトホールを形成するための工程である。
【００５３】
リソグラフィ工程においては、まず、半導体ウエハ１０の被加工面１０ａ上に感光性高分子材料を有機溶剤に溶解したものを塗布する。そして、８０〜１００℃でプリベークを行い余分な有機溶媒を蒸発させ、レジスト膜２３を形成する（Ｓ１）。
【００５４】
次に、上述の露光装置により、レジスト膜２３上にレクチル８に形成されたパターンを転写し、レジスト膜２３に潜像を形成する（Ｓ２）。このとき、レジスト膜２３上には、目的パターン１１とともに、第１及び第２の検査パターン１３，１４が転写される。
【００５５】
次に、現像液によりレジスト膜２３の現像及びリンスを行い、不要な部分のレジスト膜２３を溶解除去する（Ｓ３）。これにより、半導体ウエハ１０の被加工面１０ａ上には、レジスト膜２３のパターンが形成される。
【００５６】
図６は半導体ウエハ１０の被加工面上に形成されたレジスト膜２３の現像後の状態を示す図である。図６（ａ）は、図４におけるＡ−Ａ線矢視断面を示し、図６（ｂ）は、図４におけるＢ−Ｂ線矢視断面を示している。
【００５７】
図６（ａ）において、半導体ウエハ１０の上面に形成された被加工層である素子間分離膜２２の表面が、被加工面１０ａである。この被加工面１０ａ上に、レジスト膜２３が形成されている。また、上述の露光において第２の検査パターンの０次回折光の像１６’の領域において、現像及びリンスによってレジスト膜２３が除去され、第２の検査パターン２３ａが形成されている。
【００５８】
尚、図４及び図６に示したように、第２の検査パターン２３ａの列間には、検査ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃが形成されており、この検査ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃの部分の素子間分離膜２２の表面は、他の部分よりも盛り上がった状態に形成される。従って、これらの検査ライン２２ａ，２２ｂ，２２ｃの部分のレジスト膜２３の膜厚は、他の部分の膜厚よりも薄くなっている。
【００５９】
また、露光量が大きすぎて、露光時に焦平面上に発生する擬似パターンの像１７の光量が、レジスト膜２３の感度限界を超えた場合、レジスト膜２３上には擬似パターンの潜像が形成される。そのため、擬似パターンの潜像の部分において、現像及びリンスによってレジスト膜２３が除去され、擬似パターン２３ｂが形成される。
【００６０】
尚、露光量が適正な場合には、露光時に焦平面上に発生する擬似パターンの像１７の光量はレジスト膜２３の感度限界以下であり、レジスト膜２３上には擬似パターン２３ｂは形成されない。
【００６１】
次に、現像後のレジスト膜２３に形成された第１の検査パターン１３をＳＥＭ等の検査機器により目視検査し（Ｓ４）、線幅が適切な範囲内にあるかどうかを判定する（Ｓ５）。ここで、線幅が適正な範囲よりも広い場合（Ｓ６）、露光量が大きすぎるため、露光装置のシャッター３の解放時間を短く設定し（Ｓ７）、露光装置の露光量を減少させる。そして、レジスト膜２３を有機溶剤により除去した後（Ｓ８）、ステップＳ１の工程に戻る。
【００６２】
一方、ステップＳ６において、線幅が適正な範囲よりも狭い場合、露光量が小さすぎるため、露光装置のシャッター３の解放時間を長く設定し（Ｓ９）、露光装置の露光量を増加させる。そして、レジスト膜２３を有機溶剤により除去した後（Ｓ１０）、ステップＳ１の工程に戻る。
【００６３】
ステップＳ５において、第１の検査パターン１３における線幅が適正な範囲内にある場合、次に、レジスト膜２３に形成された第２の検査パターン１４をＳＥＭ等の検査機器により目視検査し（Ｓ１１）、擬似パターン２３ｂが発生しているかどうかを判定する（Ｓ１２）。
【００６４】
ここで、擬似パターン２３ｂが発生している場合には、露光量が大きすぎるため、露光量を減少させる必要がある。しかしながら、現在の露光量よりも露光量を減少させると、ステップＳ４〜Ｓ６において、第１の検査パターン１３における線幅が適正な値よりも狭くなる場合がある（以下、このような場合における“現在の露光量”を「最小露光量」という）。そこで、まず、現在の露光量が最小露光量であるかどうかを判定し（Ｓ１３）、最小露光量でない場合には、露光装置のシャッター３の解放時間を短く設定し（Ｓ１４）、露光装置の露光量を減少させる。そして、レジスト膜２３を有機溶剤により除去した後（Ｓ１５）、ステップＳ１の工程に戻る。
【００６５】
一方、ステップＳ１２において擬似パターン２３ｂが発生していない場合又はステップＳ１３において現在の露光量が最小露光量と判定された場合には、露光量の調整を終了し、レジスト膜２３を約１００〜２００℃に昇温してポストべークを行う（Ｓ１６）。これにより、レジスト膜２３が被加工面１０ａに密着するとともに、レジスト膜２３の耐食性が向上する。そして、リソグラフィ工程を終了し、次のエッチング検査工程に移行する。
【００６６】
以上のように、リソグラフィ工程において、第２の検査パターン１４により擬似パターン２３ｂが発生したかどうかを検査するため、目的パターン１１内に擬似パターンが発生しているか否かを短時間で推定検査することが可能となる。
【００６７】
また、擬似パターン２３ｂが発生していることが確認された場合、露光量を減少させて、再びリソグラフィ工程の最初の段階から行うことができるため、エッチング後に擬似パターン２３ｂに起因する欠陥２４（図８参照）が発生することを未然に防止することが可能である。従って、半導体装置の製造歩留まりを向上させることにつながる。
【００６８】
尚、ステップＳ１３において現在の露光量が最小露光量と判定された場合には、レジスト膜２３における擬似パターン２３ｂの多少の発生は許容することとなる。この場合、目的パターン１１内に発生した擬似パターン２３ｂがエッチング後に欠陥２４を発生させていないかどうかを検査する必要があるが、この検査については次のエッチング検査工程の中で説明する。
【００６９】
また、目的パターン１１が微細化され、適正な露光量の許容範囲、レクチル８のフィルム厚の誤差範囲等のスペックが厳しくなると、擬似パターン２３ｂが発生したとしても、現像後に擬似パターン２３ｂがレジスト膜２３を貫通しておらず、かつエッチング後に欠陥を生じさせない程度であれば、露光量の許容範囲とせざるを得ない場合も想定される。そのような場合には、上記ステップＳ１１においては、擬似パターン２３ｂの大きさ又は深さを検査し、ステップＳ１２においては、擬似パターン２３ｂの大きさ又は深さが許容値以内かどうかを判定するようにしてもよい。
【００７０】
次に、上述のリソグラフィ工程の後に行われるエッチング検査工程について説明する。
【００７１】
上記リソグラフィ工程において、擬似パターン２３ｂの発生は、一応防ぐことができるが、時には第２の検査パターン１４において擬似パターン２３ｂが発生していたにも関わらず、見過ごされてエッチング検査工程に送られる場合も想定される。また、上記ステップＳ１２の擬似パターン２３ｂの存否の検査において、擬似パターン２３ｂが発生しているか否かが目視によっては判別しにくく、この検査をパスしてエッチング検査工程に送られる場合も想定される。さらに、上述のように、ステップＳ１３において、擬似パターン２３ｂが生じていても最小露光量と判定された場合には、目的パターン１１内においても擬似パターン２３ｂが多少は発生しているものと推定される。
【００７２】
そこで、以下のエッチング検査工程は、かかる擬似パターン２３ｂの見過ごし等により生じる欠陥品を選別除去するとともに、その後に製造される半導体装置における擬似パターンに起因する欠陥２４の発生を防止すべく、更にエッチング後においても擬似パターンに起因する欠陥２４の検査を行うものである。
【００７３】
図７は本実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるエッチング検査工程の流れを示す図、図８はエッチング後に擬似パターンに起因する欠陥が生じている状態を示す図である。
【００７４】
まず、上述のリソグラフィ工程において、パターンが転写されたレジスト膜２３によりマスクされた半導体ウエハ１０の被加工面１０ａをドライエッチング又はウエットエッチングによりエッチングする（Ｓ２１）。そして、有機溶剤によりレジスト膜２３を除去し、洗浄する（Ｓ２２）。
【００７５】
このとき、図６（ｂ）に示したように、第２の検査パターン１４において擬似パターン２３ｂによりレジスト膜２３を貫通する穴が形成されていた場合、又は、貫通してはいないが擬似パターン２３ｂの底部に残ったレジスト膜２３の膜厚がエッチングに影響する程に薄い場合、図８のように、エッチングにより、半導体ウエハ表面の被加工層である素子間分離膜２２に、擬似パターンに起因する欠陥２４が生じる。一方、仮にレジスト膜２３に擬似パターン２３ｂが発生していても、擬似パターン２３ｂの底部において、充分な厚さのレジスト膜２３が残っていれば、擬似パターンに起因する欠陥２４は生じない。
【００７６】
次に、ＳＥＭ等を用いて、第２の検査パターン１４において、エッチング後に擬似パターンに起因する欠陥２４が発生していないかどうかを目視検査する（Ｓ２３）。ここで、擬似パターンに起因する欠陥２４が確認された場合には（Ｓ２４）、露光装置に設定された現在の露光量が最小露光量であるか否かを判定し（Ｓ２５）、最小露光量でなければ、露光装置の露光量を減少させる（Ｓ２６）。そして、当該半導体ウエハ１０のその検査を行ったショット内の半導体装置は不良品として、選別除去し（Ｓ２７）、エッチング検査工程を終了する。
【００７７】
尚、ステップＳ２５において、露光装置に設定された現在の露光量が最小露光量の場合には、もはや露光量の調整では擬似パターンの発生は防げないので、レクチル８の不良又は半導体ウエハ１０の歪みによる不良と判定する（Ｓ２８）。そして、当該半導体ウエハ１０のそのショット内の半導体装置は不良品として、選別除去し（Ｓ２７）、エッチング検査工程を終了する。
【００７８】
一方、ステップＳ２４において、擬似パターンに起因する欠陥２４が見られなかった場合には、当該半導体ウエハ１０のそのショット内の半導体装置は合格品と判断して、エッチング検査工程を終了する。
【００７９】
このように、エッチング後に第２の検査パターン１４において擬似パターンに起因する欠陥の有無を検査することにより、目的パターン１１内の最密パターンを探さなくても、容易に擬似パターンに起因する欠陥の有無を検査することができる。更に、上記リソグラフィ工程において擬似パターン２３ｂの見過ごし等により被加工層である素子間分離膜２２において擬似パターンに起因する欠陥２４が生じても、その欠陥の生じた半導体装置を確実に選別除去することができる。また、擬似パターンに起因する欠陥２４が生じた場合、露光装置の露光量を調節して、後に製造される半導体装置において、同様の欠陥が連続して発生することを防止することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、リソグラフィによりレジスト膜上に形成された検査パターンにおいて、擬似パターンの有無又は前記擬似パターンの大きさ若しくは深さを検査することにより、リソグラフィ工程における露光量が適正であるかどうかを容易に検査・管理することができる。そのため、半導体装置の開発時において擬似パターンを検査するためのエンジニアの工数は少なくなり、開発ＴＡＴの短縮を図ることができる。また、半導体装置の製造ラインにおいても擬似パターンの発生を検査・管理することができるようになる。
【００８１】
そして、擬似パターンが発生した場合、又は発生した擬似パターンがエッチングに影響を及ぼすものである場合には、露光装置の露光量を減少させ、露光量の適正化を図ることができる。これにより、露光装置の状態の変動や下地を形成するプロセス等のばらつきによって生じる擬似パターンに起因する欠陥の発生を未然に防止し、半導体装置の製造の歩留まりを向上させることができる。
【００８２】
また、リソグラフィ工程後に行われるエッチングにより半導体ウエハ上に形成された検査パターンにおいて、擬似パターンに起因する欠陥の有無を検査することにより、所望のパターン内に擬似パターンに起因するパターンの欠陥が発生したことを容易に推定検出できる。特に、レジスト膜上では視認しにくいような擬似パターンによる欠陥も確実に検出することができ、欠陥が生じた半導体装置を後工程に回す前に選別除去することが可能となる。
【００８３】
更に、半導体ウエハの被加工面に高さの異なる段差を形成し、擬似パターンの像が前記段差の上に生じることとなる位置に、前記検査パターンを転写することで、最も擬似パターンによる欠陥の発生しやすい条件において、現実に欠陥が生じたか否かを検査することができる。そのため、露光不良の発生を確実に捉えることができ、露光調整によりその後の露光不良の発生を抑えることができるので、半導体装置の製造の歩留まりを向上させることができる。
【００８４】
また、本発明に係る露光装置、レクチル及び半導体ウエハによれば、上記本発明に係る半導体装置の製造方法で使用するのに適した露光装置、レクチル及び半導体ウエハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の光学系部分を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレクチル上に形成されたパターンを表す図である。
【図３】図２における第２の検査パターンのパターン配置を表す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体ウエハ上における第２の検査パターンが照光される位置に形成されたパターンを表す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるリソグラフィ工程の流れを示す図である。
【図６】半導体ウエハの被加工面上に形成されたレジスト膜の現像後の状態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるエッチング検査工程の流れを示す図である。
【図８】エッチング後に擬似パターンが生じている状態を示す図である。
【図９】従来の半導体装置の製造工程における半導体ウエハ上に配置されたパターンの一例を示す図である。
【図１０】従来の露光量管理用の検査パターンのショット内配置の一例を示す図である。
【図１１】従来の露光量管理用の検査パターンのショット内配置の一例を示す図である。
【図１２】従来の露光量管理用の検査パターンのショット内配置の一例を示す図である。
【図１３】ハーフトーン位相シフトマスクを使用して露光した場合のレジスト膜上の光の位相及び強度の分布を表したものである。
【図１４】露光量を変化させた場合のレジスト膜上での擬似パターンの発生状況を示す図である。
【図１５】擬似パターンに起因してエッチングにより半導体ウエハ上に形成される擬似パターンに起因する欠陥を示す図である。
【符号の説明】
１　光源
２，６　ミラー
３　シャッター
４　フライアイレンズ
５　レクチルブラインド
７　コンデンサレンズ
８　レクチル
９　縮小投影レンズ
１０　半導体ウエハ
１０ａ　被加工面
１１　目的パターン
１２　スクライブライン領域
１３　第１の検査パターン
１４　第２の検査パターン
１４’　第２の検査パターンの像
１５　遮光領域
１６　透光領域
１６’　第２の検査パターンの０次回折光の像
１７　擬似パターンの像
２０　素子間分離膜のライン（ＬＯＣＯＳ）
２１　ポリシリコンの配線
２２　素子間分離膜
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ　検査ライン
２３　レジスト膜
２３ａ　検査パターン
２３ｂ　擬似パターン
２４　擬似パターンに起因する欠陥
【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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【図７】
2004128306.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004128306.tif 000012
【図１１】
2004128306.tif 000013
【図１２】
2004128306.tif 000014
【図１３】
2004128306.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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