(57)【要約】【課題】容易に最適フォーカス設定を求めることができる最適フォーカス設定方法を提供する。【解決手段】ウエハ１の一部領域において、アルミ配線膜８の下に配置する下地膜（２〜７）を、ウエハ１上に、下地膜（２〜７）を構成する各膜を組み合わせて積層することによりそれぞれ高さが異なるように配置する。下地膜（２〜７）の上にアルミ配線膜８を成膜した後にホトレジストを塗布し、露光・現像を行って、前記高さが異なる各部位においてそれぞれホトレジストパターン１０〜１６を形成する。各ホトレジストパターン１０〜１６の出来映えを評価し、この結果を下地膜（２〜７）での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に配した被加工膜を所望の形状にパターニングすべく、成膜した被加工膜の上にホトレジストを塗布し、露光・現像を行って所望のホトレジストパターンを得るときの露光の際の最適フォーカス設定方法であって、
ウエハの一部領域において、前記被加工膜の下に配置する下地膜を、ウエハ上に、下地膜を構成する各膜を組み合わせて積層することによりそれぞれ高さが異なるように配置する第１工程と、
前記下地膜の上に被加工膜を成膜した後にホトレジストを塗布し、露光・現像を行って、前記高さが異なる各部位においてそれぞれホトレジストパターンを形成する第２工程と、
前記高さが異なる各部位での各ホトレジストパターンの出来映えを評価し、この結果を前記下地膜での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映する第３工程と、
を備えたことを特徴とする最適フォーカス設定方法。
【請求項２】
ウエハ上に配した被加工膜を所望の形状にパターニングすべく、成膜した被加工膜の上にホトレジストを塗布し、露光・現像を行って所望のホトレジストパターンを得るときの露光の際の最適フォーカス設定方法であって、
ウエハの一部領域において、前記被加工膜の下に配置する下地膜を、ウエハ上に、下地膜を構成する各膜を組み合わせて積層することによりそれぞれ高さが異なるように配置する第１工程と、
前記下地膜の上に被加工膜を成膜した後にホトレジストを塗布し、露光・現像を行って、前記高さが異なる各部位においてそれぞれホトレジストパターンを形成する第２工程と、
前記高さが異なる各部位での各ホトレジストパターンの出来映えを評価し、この結果を前記下地膜での配線パターンが異なるウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映する第３工程と、
を備えたことを特徴とする最適フォーカス設定方法。
【請求項３】
請求項１に記載の最適フォーカス設定方法において、
前記第３工程は、前記高さが異なる各部位での各ホトレジストパターンの出来映えを評価し、この結果を、前記下地膜での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映するとともに、前記下地膜での配線パターンが異なるウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映するものであることを特徴とする最適フォーカス設定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の最適フォーカス設定方法において、
前記第３工程での各ホトレジストパターンの出来映えの評価は、少なくとも各ホトレジストパターンの寸法を測定することにより行うものであることを特徴とする最適フォーカス設定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の最適フォーカス設定方法において、
前記第３工程において、前記出来映えの評価結果と、前記高さが異なる部位での高さの差から、最適フォーカス設定に対してのずれ量を求めるようにしたことを特徴とする最適フォーカス設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスにおける露光の際の最適フォーカス設定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホトリソ工程にて露光する際、製品パターンで最適フォーカス設定を求めている。この時、最適なフォーカス設定に対してのずれ量を求めるために、フォーカス設定を何通りかずらして露光して確認している。
【０００３】
フォーカス設定を何通りかずらして露光して最適なフォーカス設定に対してのずれ量を求めるやり方は時間と手間を要するものとなっている。
また、ホトリソ工程にて露光する際、ある製品パターンで最適フォーカス設定を求めても、他の製品ではフォーカスがずれる場合がある。これは、パターンが違うとウエハ上に既に形成されている配線等のパターン密度が変わり、その結果、露光時のフォーカス計測の際、あるパターンでは配線の無い高さの低い箇所を計測したり、あるパターンではその逆であったり、といったフォーカス計測ばらつきが生じるために発生する。
【０００４】
このため、全ての製品パターンについてフォーカスずれを確認する必要があり、そのためにはウエハ毎、あるいはショット毎にフォーカス設定を何通りかずらして露光し、それぞれの条件に対してレジストパターンの寸法、形状を評価して最適フォーカス設定を求める、という作業が必要であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、容易に最適フォーカス設定を求めることができる最適フォーカス設定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、第１工程では、ウエハの一部領域において、被加工膜の下に配置する下地膜が、ウエハ上に、下地膜を構成する各膜が組み合わされて積層されることによりそれぞれ高さが異なるように配置される。第２工程では、下地膜の上に被加工膜が成膜された後にホトレジストが塗布され、露光・現像が行われて、高さが異なる各部位においてそれぞれホトレジストパターンが形成される。第３工程では、高さが異なる各部位での各ホトレジストパターンの出来映えが評価され、この結果が下地膜での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映される。
【０００７】
よって、従来においては、フォーカスずれを確認すべくウエハ毎あるいはショット毎にフォーカス設定を何通りかずらして露光してそれぞれの条件に対してホトレジストパターンの寸法・形状を評価して最適フォーカス設定を求めていた。これに対し、本発明においては、第３工程において、高さが異なる各部位での各ホトレジストパターンの出来映えが評価され、この結果が下地膜での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映されるので、容易に最適フォーカス設定を求めることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、第１工程では、ウエハの一部領域において、被加工膜の下に配置する下地膜が、ウエハ上に、下地膜を構成する各膜が組み合わされて積層されることによりそれぞれ高さが異なるように配置される。第２工程では、下地膜の上に被加工膜が成膜された後にホトレジストが塗布され、露光・現像が行われて、高さが異なる各部位においてそれぞれホトレジストパターンが形成される。第３工程では、高さが異なる各部位での各ホトレジストパターンの出来映えが評価され、この結果が下地膜での配線パターンが異なるウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映される。
【０００９】
よって、従来においては、下地膜での配線パターンが異なるウエハについてフォーカスずれを確認すべくウエハ毎あるいはショット毎にフォーカス設定を何通りかずらして露光してそれぞれの条件に対してホトレジストパターンの寸法・形状を評価して最適フォーカス設定を求めていた。これに対し、本発明においては、第３工程において、高さが異なる各部位での各ホトレジストパターンの出来映えが評価され、この結果が下地膜での配線パターンが異なるウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映されるので、下地膜での配線パターンが異なるウエハについて容易に最適フォーカス設定を求めることができる。
【００１０】
請求項３に記載のように、請求項１に記載の最適フォーカス設定方法において、第３工程は、高さが異なる各部位での各ホトレジストパターンの出来映えを評価し、この結果を、下地膜での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映するとともに、下地膜での配線パターンが異なるウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映するものであると、請求項１に記載の発明の作用効果に加え請求項２に記載の発明の作用効果を奏する。
【００１１】
請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の最適フォーカス設定方法において、第３工程での各ホトレジストパターンの出来映えの評価は、少なくとも各ホトレジストパターンの寸法を測定することにより行うものであるとよい。
【００１２】
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の最適フォーカス設定方法において、第３工程において、出来映えの評価結果と、高さが異なる部位での高さの差から、最適フォーカス設定に対してのずれ量を求めるようにするとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１，２，３を用いて本実施形態における半導体装置の製造方法（最適フォーカス設定方法）を説明する。本半導体装置は多層配線構造を有している。
【００１４】
本実施形態における半導体装置の製造方法（最適フォーカス設定方法）は、図２のごとくシリコンウエハ１上に配した被加工膜（アルミ配線膜８）を所望の形状にパターニングすべく、成膜したアルミ配線膜（被加工膜）８の上にホトレジスト９を塗布し、露光・現像を行って所望のホトレジストパターンを得るときの露光の際に使用される。
【００１５】
まず、図１に示すように、ウエハ１の一部領域において（チップ形成領域内もしくはチップ形成領域外において）、アルミ配線膜８の下に配置する下地膜（２〜７）を、ウエハ１上に、下地膜（２〜７）を構成する各膜を組み合わせて積層することによりそれぞれ高さが異なるように配置する（第１工程）。
【００１６】
詳しくは、シリコンウエハ１の表面でのＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ領域にＬＯＣＯＳ酸化膜２を形成する。ＬＯＣＯＳ酸化膜２におけるウエハ上面からの厚さは「ａ」である。また、ＬＯＣＯＳ酸化膜２の上のＢ，Ｄ，Ｅ，Ｇ領域に第１層目のポリシリコン膜３を形成する。第１層目のポリシリコン膜３の厚さは「ｂ」である。第１層目のポリシリコン膜３の上を含めたＬＯＣＯＳ酸化膜２の上のＣ，Ｄ，Ｆ，Ｇ領域に第２層目のポリシリコン膜４を形成する。第２層目のポリシリコン膜４の厚さは「ｃ」である。ポリシリコン膜３，４の上を含めたシリコンウエハ１上のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ領域にシリコン酸化膜５を形成する。シリコン酸化膜５の上のＥ，Ｆ，Ｇ領域に第１層目のアルミ配線膜６を形成する。第１層目のアルミ配線膜６の厚さは「ｄ」である。第１層目のアルミ配線膜６の上を含めたシリコン酸化膜５上のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ領域にシリコン酸化膜７を形成する。
【００１７】
このようにして、被加工膜であるアルミ配線膜（８）の下に配置するポリシリコン膜３，４やアルミ配線膜６を残したり除去したりすることで、複数の異なる高さにホトレジストパターンを配置できるようにする。
【００１８】
次に、図１の下地膜（２〜７）の上にアルミ配線膜８を成膜する。つまり、シリコン酸化膜７の上のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ領域に第２層目のアルミ配線膜８を成膜する。
図１において、Ｄ領域での第２層目のアルミ配線膜８の上面を基準（高さゼロ）としたとき、各領域での第２層目のアルミ配線膜８の上面の高さは次のようになる。Ａ領域での高さは−（ａ＋ｂ＋ｃ）、Ｂ領域での高さは−ｃ、Ｃ領域での高さは−ｂ、Ｅ領域での高さはｄ−ｃ、Ｆ領域での高さはｄ−ｂ、Ｇ領域での高さはｄとなる。
【００１９】
その後、図２に示すように、ホトレジスト９を塗布する。引き続き、ホトマスクを用いて露光・現像を行って、図３に示すように、高さが異なる各部位においてそれぞれホトレジストパターン１０〜１６を形成する。つまり、Ａ領域においてレジストパターン１０が、Ｂ領域においてレジストパターン１１が、Ｃ領域においてレジストパターン１２が、Ｄ領域においてレジストパターン１３が、Ｅ領域においてレジストパターン１４が、Ｆ領域においてレジストパターン１５が、Ｇ領域においてレジストパターン１６が、形成される（ここまでが第２工程）。
【００２０】
そして、高さが異なる各部位での各ホトレジストパターン１０〜１６の出来映えを評価し、この結果を、下地膜（２〜７）での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映するとともに、下地膜（２〜７）での配線パターンが異なるウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映する（第３工程）。具体的には、以下のとおりである。
【００２１】
図３において各領域のパターン１０〜１６のフォーカスずれ量（相対値）は次のようになる。Ａ領域のパターン１０が「−（ａ＋ｂ＋ｃ）」であり、Ｂ領域のパターン１１が「−ｃ」であり、Ｃ領域のパターン１２が「−ｂ」であり、Ｄ領域のパターン１３が「０」である。また、Ｅ領域のパターン１４が「ｄ−ｃ」であり、Ｆ領域のパターン１５が「ｄ−ｂ」であり、Ｇ領域のパターン１６が「ｄ」である。一方、図３において、各パターン１０〜１６の形状とその寸法（長方形をなす各パターン１０〜１６の縦横寸法Ｌ１，Ｌ２）を測定することにより評価する。広義には、少なくとも各ホトレジストパターン１０〜１６の寸法を測定することにより評価する。
【００２２】
ここで、任意のフォーカス設定で露光すると、Ａ〜Ｇの各領域でのパターン１０〜１６ではフォーカスがずれるため、レジスト寸法・形状が変化する。例えば、Ｃ領域でのパターン１２を最適なフォーカスに設定したい場合、例えばＤ領域でのパターン１３で最適なフォーカス設定になっていたとする。この場合には、Ｃ領域でのパターン１２のフォーカスずれ量はＣ領域でのパターン１２とＤ領域でのパターン１３の高さの差「ｂ」であり、フォーカス設定を「ｂ」ずらすことでＣ領域でのパターン１２を最適なフォーカス設定にすることが可能となる。
【００２３】
即ち、ホトレジスト現像後に、各パターンのレジスト寸法・形状を評価することで、各高さでのフォーカスずれを確認し、最適なフォーカス設定値を求めることができるようになる。つまり、従来においては、フォーカスずれを確認すべくウエハ毎あるいはショット毎にフォーカス設定を何通りかずらして露光してそれぞれの条件に対してホトレジストパターンの寸法・形状を評価して最適フォーカス設定を求めていた。これに対し、本実施形態においては、第３工程において、高さが異なる各部位での各ホトレジストパターン１０〜１６の出来映えを評価し、この結果が下地膜での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映されるので、容易に最適フォーカス設定を求めることができる。詳しくは、最適なフォーカス設定に対してのずれ量を求めるために、フォーカス設定を何通りかずらして露光して確認するのではなく、ウエハ上に下地膜を組み合わせることにより複数の異なる高さに評価用パターンを用意することで、あるフォーカス設定で露光さえすれば、各高さ間のフォーカスずれが検出できる。こうすることで、最適フォーカス設定に対してのずれ量が求められる。即ち、出来映えの評価結果と、高さが異なる部位での高さの差から、最適フォーカス設定に対してのずれ量が求められる。
【００２４】
このように、フォーカスずれ量を求めた後、最適フォーカスに設定することで、フォーカスずれに対して寸法・形状変化の余裕を確保することができる。詳しくは、最適フォーカスとなる段差より高い段差、低い段差では当然ながらフォーカスずれが発生するので、図３に示したように、製品内に領域Ａ〜Ｇの段差が存在する場合、それぞれの段差間でレジスト寸法、形状が極力変化しないようにフォーカス設定する。例えば、図３において領域Ａ〜Ｇの真ん中の段差（Ｄ領域付近）が最適フォーカスになるように合わせることで、各段差の最適フォーカスからのずれ量を最小にすることができる。
【００２５】
このように、下地膜（２〜７）での配線パターン、即ち、ポリシリコン膜３，４とアルミ配線膜６によるパターンが同じウエハ（ある製品）について最適フォーカスを設定する。一方、下地膜（２〜７）での配線パターン、即ち、ポリシリコン膜３，４とアルミ配線膜６によるパターンが異なるウエハ（他製品）については次のようにする。上述のように、ある製品についての最適フォーカス設定条件を初期設定とし、露光・現像してレジストパターンを評価する。そのとき、今回作成したパターン１０〜１６を用いて最適フォーカスからのずれ量を求め、最適フォーカスに再設定する。
【００２６】
このようにして、従来においては、下地膜での配線パターンが異なるウエハについてフォーカスずれを確認すべくウエハ毎あるいはショット毎にフォーカス設定を何通りかずらして露光してそれぞれの条件に対してホトレジストパターンの寸法・形状を評価して最適フォーカス設定を求めていた。これに対し、本実施形態においては、第３工程において、高さが異なる各部位での各ホトレジストパターン１０〜１６の出来映えを評価し、この結果を下地膜（２〜７）での配線パターンが異なるウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映させる。こうすることで、下地膜（２〜７）での配線パターンが異なるウエハについて容易に最適フォーカス設定を求めることができる。これにより、製品間の寸法ずれを制御することができる。
【００２７】
以下、最適フォーカス設定に関して詳しい説明を加える。
本最適フォーカス設定手法は、ウエハ上の段差が大きくなる配線工程（メタル配線等）で、かつ加工線幅が細く（線幅が０．６μｍ程度以下）フォーカスずれに対してレジストの寸法・形状の余裕度があまり無い（フォーカスがずれるとレジストの寸法・形状変化が大きい）工程に有用である。
【００２８】
また、最適フォーカスとする段差レベルに関して言及すると、フォーカスがずれるとレジストの寸法・形状が変化するので、最適フォーカス近傍では、多少フォーカスがずれても寸法・形状変化は小さいが、フォーカスがずれてくると寸法・形状変化が大きくなり、最悪、レジストが消失しパターン形成不良に至る。通常、変化量の小さい範囲をフォーカス設定可能な範囲とし、その中心を最適フォーカスとする。
【００２９】
なお、これまでの実施形態の説明での第３工程は二つの技術的内容を含んでいたので、下記の（イ），（ロ）のように単独で行ってもよい。
（イ）高さが異なる各部位での各ホトレジストパターン１０〜１６の出来映えを評価し、この結果を下地膜（２〜７）での配線パターンが同じウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映する。
（ロ）高さが異なる各部位での各ホトレジストパターン１０〜１６の出来映えを評価し、この結果を下地膜（２〜７）での配線パターンが異なるウエハにおける露光の際の最適フォーカス設定に反映する。具体的には、ある製品の該当工程について、最適フォーカスを確認（フォーカスを露光ショット毎、もしくはウエハ毎にずらして露光し、レジスト寸法、形状変化から最適フォーカスを求める）して設定し、他製品については、その条件を初期設定とし、露光・現像してレジストパターンを評価する。その際、今回作成したパターン１０〜１６を用いて最適フォーカスからのずれ量を求め、最適フォーカスに再設定する。
【００３０】
また、これまでの説明においてはホトリソ工程にて、配線となる膜（被加工膜）の上にホトレジストを配置して所望の配線パターンを形成する場合について説明した。これに限定されることなく、例えば、ビアホール形成時のように絶縁膜（被加工膜）をパターニングする場合に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態における半導体装置の製造方法を説明するためのシリコンウエハの一部拡大断面図。
【図２】シリコンウエハの一部拡大断面図。
【図３】シリコンウエハの一部拡大断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１…シリコンウエハ、２…ＬＯＣＯＳ酸化膜、３…第１層目のポリシリコン膜、４…第２層目のポリシリコン膜、５…シリコン酸化膜、６…第１層目のアルミ配線膜、７…シリコン酸化膜、８…第２層目のアルミ配線膜、９…ホトレジスト、１０〜１６…ホトレジストパターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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