(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査方法であって、
その表面にレジスト膜が形成された第１ウェハに対して、複数の同一パタンの露光を、各パタンごとに露光条件を一定の割合で変化させながら行うことによって、互いに異なる露光条件で転写された複数のパタンからなる第１レジストパタンを有する第１検査用ウェハを作製する第１検査用ウェハ作製工程と、
その表面にパタン状の層を有する第２ウェハ上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜が形成された第２ウェハに対して、複数の前記同一パタンの露光を前記第１検査用ウェハ作製工程と同一条件で行うことによって、互いに異なる露光条件で転写された複数のパタンからなる第２レジストパタンを有する第２検査用ウェハを作製する第２検査用ウェハ作製工程と、
前記第２レジストパタンを前記第１レジストパタンと比較し、両者のレジストパタンの形状が一致しない箇所を第２レジストパタンの不良箇所であると判断する不良箇所判断工程と、
前記不良箇所判断工程で判断された前記不良箇所の位置から、第２検査用ウェハにおいて不良が発生する位置およびそのときの露光条件を特定する不良発生条件特定工程であって、露光量が、下地パタンの有無に関わらずレジストパタンが分離解像する適切な露光量に対し、過小および過剰であることにより、前記第１検査用ウェハ上のレジストパタンに欠陥が検出されず、該第２検査用ウェハ上のレジストパタンに欠陥が検出される場合の露光量を確認することにより、下地パタンを有する基板上にレジストパタンを形成する際の適正な露光量の下限値と上限値とを特定する不良発生条件特定工程とを含むレジストパタン検査方法。
【請求項２】
ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査方法であって、
その表面にパタン状の層を有する第１ウェハ上に、複数種のレジスト膜からなる多層レジスト膜を形成する多層レジスト膜形成工程と、
前記多層レジスト膜が形成された第１ウェハに対して、複数の同一パタンの露光を、各パタンごとに露光条件を一定の割合で変化させながら行うことによって、互いに異なる露光条件で転写された複数のパタンからなる第１レジストパタンを有する第１検査用ウェハを作製する第１検査用ウェハ作製工程と、
前記第１ウェハと同形状の第２ウェハ上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜が形成された第２ウェハに対して、複数の前記同一パタンの露光を前記第１検査用ウェハ作製工程と同一条件で行うことによって、互いに異なる露光条件で転写された複数のパタンからなる第２レジストパタンを有する第２検査用ウェハを作製する第２検査用ウェハ作製工程と、
前記第２レジストパタンを前記第１レジストパタンと比較し、両者のレジストパタンの形状が一致しない箇所を第２レジストパタンの不良箇所であると判断する不良箇所判断工程と、
前記不良箇所判断工程で判断された前記不良箇所の位置から、第２検査用ウェハにおいて不良が発生する位置およびそのときの露光条件を特定する不良発生条件特定工程であって、露光量が、下地パタンの有無に関わらずレジストパタンが分離解像する適切な露光量に対し、過小および過剰であることにより、前記第１検査用ウェハ上のレジストパタンに欠陥が検出されず、該第２検査用ウェハ上のレジストパタンに欠陥が検出される場合の露光量を確認することにより、下地パタンを有する基板上にレジストパタンを形成する際の適正な露光量の下限値と上限値とを特定する不良発生条件特定工程とを含むレジストパタン検査方法。
【請求項３】
前記第１および第２検査用ウェハは複数の同一パタンの露光を、各パタンごとに露光量を一定の割合で変化させながら行うことによって形成されたウェハであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレジストパタン検査方法。
【請求項４】
ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査方法であって、
ウェハ上の所定領域ごとに、パタン状の層を有する第１領域とパタン状の領域を有しない第２領域とを交互に形成する下地層形成工程と、
前記下地層形成工程が施されたウェハ上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜が形成された前記ウェハに対して、露光条件を一定の割合で変化させながら同一パタンの露光を行うことによって、互いに隣り合う第１および第２領域の組が同一露光条件で露光され、かつ、前記各組が異なる露光条件で転写されたレジストパタンを有する第１検査用ウェハを作製する検査用ウェハ作製工程と、
前記同一露光条件で露光された第１領域のパタン形状とおよび第２領域のパタン形状とをそれぞれ比較し、両者のパタン形状が一致しない箇所を前記各第１領域のパタンの不良箇所であると判断する不良箇所判断工程と、
前記不良箇所判断工程で判断された前記不良箇所の位置から、前記第１領域において不良が発生する位置およびそのときの露光条件を特定する不良発生条件特定工程であって、露光量が、下地パタンの有無に関わらずレジストパタンが分離解像する適切な露光量に対し、過小および過剰であることにより、前記第２領域のレジストパタンに欠陥が検出されず、該第１領域のレジストパタンに欠陥が検出される場合の露光量を確認することにより、下地パタンを有する基板上にレジストパタンを形成する際の適正な露光量の下限値と上限値とを特定する不良発生条件特定工程とを含むレジストパタン検査方法。
【請求項５】
ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査方法であって、
ウェハ上にパタン状の層を形成する下地層形成工程と、前記パタン状の層が形成されたウェハ上に第１レジスト膜を形成する第１レジスト膜形成工程と、
前記第１レジスト膜にフォトリソグラフィを施すことによって、ウェハ上の所定領域ごとに、前記第１レジスト膜が残存する第１領域と前記第１レジスト膜が除去される第２領域とを交互に形成する第１レジスト除去工程と、
前記第１レジスト除去工程が施されたウェハ上に第２レジスト膜を形成する第２レジスト膜形成工程と、
前記第２レジスト膜が形成された前記ウェハに対して、露光条件を一定の割合で変化させながら前記各所定領域ごとに同一パタンの露光を行うことによって、互いに隣り合う第１および第２領域の組が同一露光条件で露光され、かつ、前記各組が異なる露光条件で転写されたレジストパタンを有する検査用ウェハを作製する検査用ウェハ作製工程と、
前記同一露光条件で露光された第１領域のパタン形状と第２領域のパタン形状とをそれぞれ比較し、両者のパタン形状が一致しない箇所を前記各第１領域のパタンの不良箇所であると判断する不良箇所判断工程と、
前記不良箇所判断工程で判断された前記不良箇所の位置から、前記第１領域において不良が発生する位置およびそのときの露光条件を特定する不良発生条件特定工程であって、露光量が、下地パタンの有無に関わらずレジストパタンが分離解像する適切な露光量に対し、過小および過剰であることにより、前記第２領域のレジストパタンに欠陥が検出されず、該第１領域のレジストパタンに欠陥が検出される場合の露光量を確認することにより、下地パタンを有する基板上にレジストパタンを形成する際の適正な露光量の下限値と上限値とを特定する不良発生条件特定工程とを含むレジストパタン検査方法。
【請求項６】
前記検査用ウェハは複数の同一パタンの露光を、前記各組ごとに露光量を一定の割合で変化させながら行うことによって形成されたウェハであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレジストパタン検査方法。
【請求項７】
前記不良箇所判断工程はチップ比較検査によって行われる工程であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレジストパタン検査方法。
【請求項８】
ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査に用いられる、請求項１に記載のレジストパタン検査方法に適用されるレジストパタン検査用ウェハであって、
第１ウェハと、この第１ウェハ上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第１レジストパタンとを有する第１検査用ウェハと、
第２ウェハと、この第２ウェハ表面に形成されたパタン状の層と、このパタン状の層上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第２レジストパタンとを有する第２検査用ウェハとを備えるレジストパタン検査用ウェハ。
【請求項９】
ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査に用いられる、請求項２に記載のレジストパタン検査方法に適用されるレジストパタン検査用ウェハであって、
その表面にパタン状の層を有する第１ウェハと、この第１ウェハ表面に形成された下層レジスト膜と、この下層レジスト膜上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第１レジストパタンとを有する第１検査用ウェハと、
前記第１ウェハと同形状の第２ウェハと、この第２ウェハ上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第２レジストパタンとを有する第２検査用ウェハとを備えるレジストパタン検査用ウェハ。
【請求項１０】
ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査に用いられる、請求項４に記載のレジストパタン検査方法に適用されるレジストパタン検査用ウェハであって、
ウェハと、
このウェハ表面の一部に、互いに異なる露光量で転写されることにより形成された複数の略同一形状のパタンからなる第１レジストパタンと、
前記ウェハ表面の第１レジストパタンが形成されない他の一部に形成されたパタン状の層と、
このパタン状の層上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第２レジストパタンとを備えるレジストパタン検査用ウェハ。
【請求項１１】
ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査に用いられる、請求項５に記載のレジストパタン検査方法に適用されるレジストパタン検査用ウェハであって、
ウェハと、
このウェハ表面の一部に形成された下層レジスト膜と、前記下層レジスト膜上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第１レジストパタンと、
前記ウェハ表面の前記下層レジスト膜が形成されない他の一部に、互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第２レジストパタンと、
を備えるレジストパタン検査用ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ製造工程のフォトリソグラフィ工程において形成されるレジストパタンの露光量領域および不良発生箇所を、容易にかつ正確に確認するレジストパタン検査方法およびレジストパタン検査用ウェハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィ工程において、レジストの露光を行う際には、形成されるパタンの形状や寸法，使用されるレジストの感度等に応じて、露光装置のフォーカスや露光量等の露光条件が設定される。
【０００３】
図１３に、ｉ線レジストを用いて露光を行った場合に得られるライン系レジストパタンの線幅（以下、「レジスト寸法」と表記する）と、そのレジスト寸法が得られるときの露光量との関係を示す。図１３に示すように、レジスト寸法が大きいほど、露光時間が短く、レジスト寸法が小さくなるにつれて、露光時間が長くなる。例えば、図１３において、得られるレジストパタンの目標寸法を０．６μｍとした場合、露光量は図中Ｃ点に示される約３８ｍｓｅｃが最適値となる。この露光量が過小である場合、例えば図１１中Ａ点の値では、レジストの露光不足のためにパタン同士のショート（これを「ブリッジ」という）が生じ、逆に露光量が過大である場合、例えば図中Ｂ点の値ではレジストの露光過剰のためにパタントップの消失（これを「ノッチ」という）が生じる。このようなパタン欠陥を防止して設計通りのレジストパタンを得るためには、形成されるべきレジストパタンの目標寸法に合わせて、露光量を設定する必要がある。
【０００４】
以下、従来の、レジストパタンの目標寸法に合わせた露光量を設定するためのレジストパタン検査方法を説明する。図１４は、従来のレジストパタン検査方法に用いられるレジストパタン検査用ウェハの模式的平面図である。まず、ウェハ５１を載置した露光装置のステージを移動させながら、ウェハ５１上に同一形状のパタン５２を図中の矢印方向に繰り返し露光する。このときの露光量を、図１１のＡ，Ｂ点が含まれる範囲で各パタン５２毎に一定量ずつ増加させる。このように、露光量を少しずつ変化させながら、１枚のウェハ上に同一のパタン５２を複数形成したレジストパタン検査用ウェハ５０を「exposure runningウェハ」という。
【０００５】
次に、作製されたレジストパタン検査用ウェハ５０を、ＳＥＭ等によって観察する。そして、レジストパタン検査用ウェハ５０において、ブリッジまたはノッチが生じる位置を確認する。これらブリッジおよびノッチが生じたパタン５２における露光量を確認するとともに、各露光量における寸法データを取得する。そして、目標寸法を得る露光量をＣとしたときに、パタン不良の生じないＡＣ間、ＢＣ間での露光量の範囲が大きくなる様にマスク寸法を変更したり、製造プロセスを変更するなどの改良を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際のＬＳＩ製造工程では、基板上に複雑なパタンおよび段差構造が存在するため、形成されるレジストパタン形状はこれらの影響を受ける。このため、上述した従来のレジストパタン検査方法では、実際のＬＳＩ製造工程において、チップに不良パタンが発生しやすい箇所を予測するのは非常に困難である。また、従来のレジストパタン検査方法の検査結果では正常なパタンが得られると判断されるＡ−Ｂ間の露光量でも、実際の工程ではパタンの形状等により不良パタンが発生する場合もある。従って、それらの不良箇所は、技術担当者が、形成されたパタンの全てをＳＥＭ等で確認することにより確認していた。このような方法を用いたのでは、不良箇所の確認に非常に時間がかかり、また、露光不足または露光過剰による不良パタンの発生箇所を特定するのが困難であるという問題があった。
【０００７】
そこで、実際の半導体装置を製造する際のフォトリソグラフィ工程において、パタン不良の発生しやすい部分や、適切な露光量を容易に特定することができるパタン検査方法を提供することを、本発明の第１の課題とする。また、このようなパタン検査方法に用いられるパタン検査用ウェハを提供することを、本発明の第２の課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するため、本発明によるレジストパタン検査方法の第１の態様は、ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査方法であって、（ａ）その表面にレジスト膜が形成された第１ウェハに対して、複数の同一パタンの露光を、各パタンごとに露光条件を一定の割合で変化させながら行うことによって、互いに異なる露光条件で転写された複数のパタンからなる第１レジストパタンを有する第１検査用ウェハを作製する第１検査用ウェハ作製工程と、（ｂ）その表面にパタン状の層を有する第２ウェハ上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、（ｃ）前記レジスト膜が形成された第２ウェハに対して、複数の前記同一パタンの露光を前記第１検査用ウェハ作製工程と同一条件で行うことによって、互いに異なる露光条件で転写された複数のパタンからなる第２レジストパタンを有する第２検査用ウェハを作製する第２検査用ウェハ作製工程と、（ｄ）前記第２レジストパタンを前記第１レジストパタンと比較し、両者のレジストパタンの形状が一致しない箇所を第２レジストパタンの不良箇所であると判断する不良箇所判断工程と、（ｅ）前記不良箇所判断工程で判断された前記不良箇所の位置から、第２検査用ウェハにおいて不良が発生する位置およびそのときの露光条件を特定する不良発生条件特定工程とを含む。
【０００９】
すなわち、第１態様のレジストパタン検査方法では、その表面にパタン状の層と有するウェハと有しないウェハの両方にレジスト膜を形成し、同一条件で露光することにより、互いに露光量の異なる複数のパタンが形成された２種類の検査用ウェハを形成している。そして、これら２つのウェハに形成されたレジストパタンの形状を比較することによって、不良が発生する箇所およびそのときの露光量を特定している。これにより、露光によって形成されるレジストパタンの下地層の影響を容易に調べることができるため、実際のフォトリソグラフィ工程での最適な露光条件をより正確に特定することができる。
【００１０】
また、本発明によるレジストパタン検査方法の第２の態様は、ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査方法であって、（Ａ）その表面にパタン状の層を有する第１ウェハ上に、複数種のレジスト膜からなる多層レジスト膜を形成する多層レジスト膜形成工程と、（Ｂ）前記多層レジスト膜が形成された第１ウェハに対して、複数の同一パタンの露光を、各パタンごとに露光条件を一定の割合で変化させながら行うことによって、互いに異なる露光条件で転写された複数のパタンからなる第１レジストパタンを有する第１検査用ウェハを作製する第１検査用ウェハ作製工程と、（Ｃ）前記第１ウェハと同形状の第２ウェハ上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、（Ｄ）前記レジスト膜が形成された第２ウェハに対して、複数の前記同一パタンの露光を前記第１検査用ウェハ作製工程と同一条件で行うことによって、互いに異なる露光条件で転写された複数のパタンからなる第２レジストパタンを有する第２検査用ウェハを作製する第２検査用ウェハ作製工程と、（Ｅ）前記第２レジストパタンを前記第１レジストパタンと比較し、両者のレジストパタンの形状が一致しない箇所を第２レジストパタンの不良箇所であると判断する不良箇所判断工程と、（Ｆ）前記不良箇所判断工程で判断された前記不良箇所の位置から、第２検査用ウェハにおいて不良が発生する位置およびそのときの露光条件を特定する不良発生条件特定工程とを含む。
【００１１】
すなわち、第２態様のレジストパタン検査方法では、その表面にパタン状の層を有する２枚のウェハの一方に単層のレジスト膜を形成し、他方に下地層の影響を受けにくい多層レジスト膜を形成する。そして、同一条件で露光を行って互いに露光量の異なる複数のパタンが形成された２枚のウェハを作製し、これら２枚のウェハに形成されたレジストパタンの形状を比較することにより、第１態様と同様な検査を行っている。この方法によれば、検査を行う際に、下地層の形状を両ウェハで確認することができる。
【００１２】
なお、上記第１および第２態様のレジストパタン検査方法を用いる際には、前記第１および第２検査用ウェハは、例えばexposure runningウェハのように、複数の同一パタンの露光を、各パタンごとに露光量を一定の割合で変化させながら行うことによって形成されたウェハであってもよい。
【００１３】
また、本発明によるレジストパタン検査方法の第３の態様は、ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査方法であって、（i）ウェハ上の所定領域ごとに、パタン状の層を有する第１領域とパタン状の領域を有しない第２領域とを交互に形成する下地層形成工程と、（ii）前記下地層形成工程が施されたウェハ上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、（iii）前記レジスト膜が形成された前記ウェハに対して、露光条件を一定の割合で変化させながら同一パタンの露光を行うことによって、互いに隣り合う第１および第２領域の組が同一露光条件で露光され、かつ、前記各組が異なる露光条件で転写されたレジストパタンを有する第１検査用ウェハを作製する検査用ウェハ作製工程と、（iv）前記同一露光条件で露光された第１領域のパタン形状とおよび第２領域のパタン形状とをそれぞれ比較し、両者のパタン形状が一致しない箇所を前記各第１領域のパタンの不良箇所であると判断する不良箇所判断工程と、（v）前記不良箇所判断工程で判断された前記不良箇所の位置から、前記第１領域において不良が発生する位置およびそのときの露光条件を特定する不良発生条件特定工程とを含む。
【００１４】
すなわち、第４態様のレジストパタン検査方法では、同一ウェハ上にパタン状の層を有する第１領域と有しない第２領域とを交互に形成し、その上に露光量を変化させながらレジストパタンを形成し、互いに隣り合う第１領域上のパタンと第２領域上のパタンとを比較する。そして、第１実施形態と同様に不良箇所および露光量の検査を行う。このため、１枚のウェハで上記第１態様と同様の検査を行うことができる。
【００１５】
また、本発明によるレジストパタン検査方法の第４の態様は、ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査方法であって、（I）ウェハ上にパタン状の層を形成する下地層形成工程と、（II）前記パタン状の層が形成されたウェハ上に第１レジスト膜を形成する第１レジスト膜形成工程と、（III）前記第１レジスト膜にフォトリソグラフィを施すことによって、ウェハ上の所定領域ごとに、前記第１レジスト膜が残存する第１領域と前記第１レジスト膜が除去される第２領域とを交互に形成する第１レジスト除去工程と、（IV）前記第１レジスト除去工程が施されたウェハ上に第２レジスト膜を形成する第２レジスト膜形成工程と、（V）前記第２レジスト膜が形成された前記ウェハに対して、露光条件を一定の割合で変化させながら前記各所定領域ごとに同一パタンの露光を行うことによって、互いに隣り合う第１および第２領域の組が同一露光条件で露光され、かつ、前記各組が異なる露光条件で転写されたレジストパタンを有する検査用ウェハを作製する検査用ウェハ作製工程と、（VI）前記同一露光条件で露光された第１領域のパタン形状とおよび第２領域のパタン形状とをそれぞれ比較し、両者のパタン形状が一致しない箇所を前記各第１領域のパタンの不良箇所であると判断する不良箇所判断工程と、（VII）前記不良箇所判断工程で判断された前記不良箇所の位置から、前記第１領域において不良が発生する位置およびそのときの露光条件を特定する不良発生条件特定工程とを含む。
【００１６】
すなわち、第４態様のレジストパタン検査方法では、パタン状の層が形成されたウェハ上に多層レジスト膜が形成された第１領域と、単層のレジスト膜が形成された第２領域とを形成し、第３態様と同様の検査を行っている。
【００１７】
なお、これら第３および第４態様を用いる際には、前記検査用ウェハは複数の同一パタンの露光を、例えばexposure runningウェハなどの、各組ごとに露光量を一定の割合で変化させながら行うことによって形成されたウェハであってもよいし、前記不良箇所判断工程はチップ比較検査によって行われる工程であってもよい。
【００１８】
また、上記第２の課題を解決するための、本発明のレジストパタン検査用ウェハの第１の態様は、ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査に用いられるレジストパタン検査用ウェハであって、第１ウェハとこの第１ウェハ上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第１レジストパタンとを有する第１検査用ウェハと、第２ウェハ，この第２ウェハ表面に形成されたパタン状の層，およびこのパタン状の層上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第２レジストパタンとを有する第２検査用ウェハとを備える。
【００１９】
すなわち、このようなレジストパタン検査用ウェハに形成された第１および第２レジストパタンの形状を互いに比較することによって、下地層の影響によるレジストパタンの不良の発生を特定することができる。
【００２０】
また、本発明のレジストパタン検査用ウェハの第２の態様は、ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査に用いられるレジストパタン検査用ウェハであって、その表面にパタン状の層を有する第１ウェハ，この第１ウェハ表面に形成された下層レジスト膜と，およびこの下層レジスト膜上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第１レジストパタンとを有する第１検査用ウェハと、前記第１ウェハと同形状の第２ウェハとこの第２ウェハ上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第２レジストパタンとを有する第２検査用ウェハを備える。
【００２１】
また、本発明のレジストパタン検査用ウェハの第３の態様は、ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査に用いられるレジストパタン検査用ウェハであって、ウェハと、このウェハ表面の一部に、互いに異なる露光量で転写されることにより形成された複数の略同一形状のパタンからなる第１レジストパタンと、前記ウェハ表面の第１レジストパタンが形成されない他の一部に形成されたパタン状の層と、このパタン状の層上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第２レジストパタンとを備える。
【００２２】
また、本発明のレジストパタン検査用ウェハの第４の態様は、ウェハ上に形成されたレジストパタンの欠陥の有無や最適な露光条件を検査するためのレジストパタン検査に用いられるレジストパタン検査用ウェハであって、ウェハと、このウェハ表面の一部に形成された下層レジスト膜と、前記下層レジスト膜上に互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第１レジストパタンと、前記ウェハ表面の前記下層レジスト膜が形成されない他の一部に、互いに異なる露光量で転写されることによって形成された複数の略同一形状のパタンからなる第２レジストパタンとを備える。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
〈第１実施形態〉
図１は本発明の第１実施形態によるレジストパタン検査方法に用いられるレジストパタン検査用ウェハ（以下、単に「検査用ウェハ」と称する）の構造を示す断面図であり、図２は、図１のＡ方向から見た検査用ウェハの模式的平面図である。また、図３は、各検査用ウェハに形成される各レジストパタンの構造を示す図である。以下、図１ないし図３を用いて本実施形態に用いられる検査用ウェハの説明を行う。
【００２４】
本実施形態では、図２に示すような検査用ウェハを２種類用意する。まず、検査用ウェハ２０は、ウェハ１１上にエッチング対象の薄膜である被エッチング膜１２が形成されている。そして、図３（ａ）に示すような複数の検査用のライン系のレジストパタン１３がこの被エッチング膜１２上に形成されている。この検査用ウェハ２０は、露光装置のステージを移動させながら、ワンショット毎（単位パタン毎）に露光量を一定の割合で変化させて、レジストパタン１３をウェハ１１上に転写することによって得られるexposure runningウェハである。
【００２５】
また、２つ目の検査用ウェハ２１は、図１（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、実際の工程で用いられるデバイスのパタンと同形状の下地パタン１４がウェハ１１の全面上に形成されている。この下地パタン１４上には、層間膜１７を介して、被エッチング膜１５が形成されている。そして、被エッチング膜１５の上に、レジストパタン１３と同様の平面形状を有するレジストパタン１６が検査用ウェハ２０を作製するときと同様の露光条件で転写されている。
【００２６】
ＬＳＩ製造工程において、レジストパタンのショートおよびノッチが発生しやすい箇所は、当該レジストパタンが形成される層の下地層の構造に依存する場合が多い。図１から分かるように、下地パタンのない基板１１上に形成された被エッチング膜１２およびレジストパタン１３はいずれもその厚さがほぼ均一である。これに比して、下地パタン１４が基板１１上に形成されている場合、この下地パタン１４上に堆積される層間絶縁膜１７の表面は平坦にならず、凹凸を有する形状となるため、この層間絶縁膜１７上に形成された被エッチング膜１５は、層間絶縁膜１７の表面形状に沿って形成される。従って、図１（ｂ）に示すように、被エッチング膜１５上に塗布されたレジスト膜の厚さは、図１（ａ）のレジスト膜１３の厚さに比べて不均一になる。このため、露光光と下地パタンからの反射光の干渉等により、形成されるレジスト膜の寸法にばらつきが生じてしまう。よって、下地パタンを有する基板上に形成されるレジスト膜の露光を行うときは、下地パタンがない場合よりも、不良な露光パタンが発生しやすい。
【００２７】
ここで、上述のように作製された各検査用ウェハ２０，２１の、露光量の異なる各領域でのレジストパタン１３，１６の様子を、図４に示す。
図４（ａ）のように、下地パタンのない検査用ウェハ２０と下地パタンを有する検査用ウェハ２１とを比較した場合、露光量の過小な領域ａ（図２参照）では、下地パタンの有無に関わらず、設計通りのパタンをレジスト膜上に解像することができない。また、図４（ｃ）に示すような、適切な露光量の領域ｃにおいては、下地パタンの有無に関わらず、レジスト膜は解像されて設計通りのレジストパタンが形成される。ところが、図４（ｂ）に示すように、領域ａと領域ｃとの間の特定の露光量の領域ｂにおいて、下地パタンのない検査用ウェハ２０上のレジストパタン１３が設計通りに解像するのに対して、下地パタン１４を有する検査用ウェハ２１上に形成されたレジストパタン１６には欠陥が生じる。前述したように、検査用ウェハ２１において、下地パタン１４が形成されていない部分でのレジスト膜の厚さは、当該レジスト膜の他の部分よりも厚くなる。よって、この部分では、レジストパタン１６同士のショートが生じてしまうのである。
【００２８】
また、図１において、露光量の過大な領域ｅでは、下地パタンの有無に関わらず、レジストパタンの断線や膜厚の減少等の欠陥が生じてしまい、設計通りのレジストパタンを形成することができない（図４（ｅ））。このような領域ｅと、適切な露光領域ｃとの間の領域ｄでは、下地パタンのない検査用ウェハ２０上のレジストパタンが設計通りのパタン形状を維持するのに対して、下地パタンを有する検査用ウェハ２１上のレジストパタン１６は、断線や膜厚の減少などの欠陥が生じてしまう（図４（ｄ））。下地パタン１４上に形成されたレジスト膜は、当該レジスト膜の他の部分に比べてその厚さが薄くなっている。このため、レジスト膜の薄い部分での露光が過剰となり、レジストパタン１６が消失してしまうのである。
【００２９】
図５は、本実施形態によるパタン検査方法の手順を示すフローチャートである。以下、図１ないし図５を用いて、本実施形態のパタン検査方法を説明する。まず、ステップＳ１１において、下地パタンのないウェハ１１を用意する。同様に、ステップＳ１２では、通常のＬＳＩ製造技術を用いて、ウェハ１１上に下地パタン１４が形成されたウェハを用意する。次のステップＳ１３では、各ウェハ１１，１１を露光機にセットし、同一条件で露光することによりexposure runningウェハである検査用ウェハ２０，２１を作製する。すなわち、ワンショット毎に露光量を一定量ずつ増加させながら、同一のレジストパタンを各ウェハ１１，１１上に転写する。
【００３０】
次のステップＳ１４では、下地パタンのない検査用ウェハ１０のレジストパタンを画像データとしてパタン欠陥検査装置のデータベースに取り込む。パタン欠陥検査装置は、基板上に形成されたパタンの欠陥の有無を検査する装置であり、基板上に形成されたパタンを画像データとして認識し、同一または他の基板上に形成された同一形状のパタンと比較して、両者のパタンが一致しない部分を欠陥と判定する。そして、ステップＳ１５において、パタン欠陥検査装置を用いて、検査用ウェハ２１のレジストパタン１６と、ステップＳ１４でこのパタン欠陥検査装置に取り込まれた検査用ウェハ２０のレジストパタン１３のデータとを比較する。
【００３１】
次のステップＳ１６では、下地層の影響による欠陥が生じる露光量を検出する。すなわち、両検査用ウェハ２０，２１を比較した場合、露光量の過小な領域ａおよび露光量の過剰な領域ｅでは、下地パタンの有無に関わらずレジストパタンが解像しないため、不特定な欠陥が多数検出される。また、適切な露光量の領域ｃでは、下地パタンの有無に関わらず、レジストパタンが分離解像するため、欠陥はほとんど検出されない。そして、下地パタンのない検査用ウェハ２０上のレジストパタンが解像し、下地パタンを有する検査用ウェハ上のレジストが解像しない領域ｂ，ｄの露光量でのみ、特定の箇所で欠陥を検出する。この領域ｂ，ｄの位置をウェハ上２１で確認し、このときの露光量を確認する。
【００３２】
そして、ステップＳ１７においてレジストパタン１６の欠陥が発生する箇所およびそのときの露光量を特定する。図６は、前述のステップＳ１６において得られた検査用ウェハ１１の露光量とレジストパタンの欠陥数との関係を示すグラフである。この図６に示す領域ｂ，ｄの露光量を特定することにより、下地パタンを有する基板上にレジストパタンを形成する際の適正な露光量を特定することが可能となる。また、レジストパタンのショートやノッチなどの不良が発生しやすい箇所を容易に検出することができる。このように、本実施形態のパタン検査方法を用いることにより、下地層の構造に依存したレジストパタンの不良の発生する露光量と発生箇所を正確に特定することができる。
【００３３】
〈第２実施形態〉
第２実施形態では、下地パタンのない検査用ウェハ２０の代わりに、下地パタンを有する基板上に多層レジストプロセスによってレジストパタンが形成された検査用ウェハを用いることを特徴とし、その他の部分を第１実施形態と同一とする。図７は、本実施形態で用いられる検査用ウェハの構造を示す断面図である。ここで、図７（ａ）は、第１実施形態と同様な下地パタンを有する検査用ウェハ２１である。また、図７（ｂ）に示される検査用ウェハ２２は、多層レジストプロセスによって形成される。多層レジストプロセスでは、まず、通常プロセスと同様に、基板１１上に下地パタン１４，層間膜１７，および被エッチング膜１５が形成される。次に、被エッチング膜１５上に下層レジスト膜２４を形成する。そして、下層レジスト膜２４の表面に上層レジスト膜を形成する。露光の際には、この上層レジスト膜が露光されて、レジストパタン２５となる。
【００３４】
通常のレジストプロセスでは、前述したように、下地パタンの影響のために、レジストパタン１６となるレジスト膜の厚さを均一にすることが困難である。しかしながら、多層レジストプロセスを用いた場合、被エッチング膜１５上に下層レジスト膜２４を形成することによって、上層レジスト膜が形成されるべき下地の表面を、平坦にすることができる。従って、上層レジスト膜の厚さを均一にすることができるため、下地パタンを有する基板上にレジスト膜を形成する場合でも、この下地パタンの影響を極めて小さく抑えることが可能となる。よって、下地パタンのないウェハ上に近い状態で、レジストのパターニングが可能となる。
【００３５】
本実施形態では、このような多層レジストプロセスによって作製された検査用ウェハを用いてレジストパタンの検査を行う。通常のＬＳＩ製造プロセスに多層レジストプロセスを適用する場合、下層レジスト膜のパターニングを考慮する必要があるため、下層レジストの膜２４厚が制限されるが、本実施形態では、検査のためにのみ多層レジストプロセスが用いられるため、下地パタン１４による段差や下地層（層間膜１７）の反射率のみを考慮した膜厚を設定できる。
【００３６】
図８は、第２実施形態によるパタン検査方法の手順を示すフローチャートである。まず、下地層を有するウェハ上に通常のレジストプロセスを用いてレジストパタンが形成された検査用ウェハ２１が作製される。すなわち、ステップＳ２１では、通常のＬＳＩ製造技術を用いて基板１１上に下地パタン１４が形成された後に、層間膜１７および被エッチング膜１５が堆積される。
【００３７】
次のステップＳ２２において、ステップＳ２１で作製された下地パタン１４を有するウェハ１１に、レジスト膜を塗布し、ステップＳ２５において、露光量を一定の割合で増加させながらレジストパタン１６の露光を行うことによって、exposure runningウェハを形成する。これによって、検査用ウェハ２１が得られる。
【００３８】
一方、多層レジスト構造を有する検査用ウェハ２２は、まず、ステップＳ２３において検査用ウェハ２１と同様に、基板１１上に下地パタン１４を含む各層を形成した後に、ステップＳ２４において、多層レジストプロセスによって、２種のレジスト膜を形成する。すなわち、ウェハ１１上に下層レジスト膜２４を塗布することによってその表面を平坦化した後に、下層レジスト膜２４上に上層レジスト膜を塗布する。そして、ステップＳ２５において検査用ウェハ２１を作製するときと同じ露光条件でレジストパタン２５を形成することにより、exposure runningウェハを作製する。このようにして、多層レジストプロセスを用いた検査用ウェハ２２が得られる。
【００３９】
次に、ステップＳ２６では、多層レジストプロセスを用いた検査用ウェハ２２のレジストパタン２５を画像データとしてパタン欠陥検査装置のデータベースに取り込む。次に、ステップＳ２７において、パタン欠陥検査装置を用いて、検査用ウェハ２１のレジストパタンとステップＳ２５でこの欠陥検査装置に取り込まれた検査用ウェハ２２のレジストパタンの画像データとを比較する。これにより、図６のｂ，ｄの位置を検査用ウェハ３１上で確認し（ステップＳ２７）、レジストパタン１６に欠陥が発生する箇所およびそのときの露光量を特定する（ステップＳ２８）。
【００４０】
このように、本実施形態では、下地パタンのない検査用ウェハの代わりに下地パタンを有するウェハ上に、多層レジストプロセスを用いてレジストパタンが形成された検査用ウェハ２２を用いても、レジストパタンの露光の際の下地パタンの影響や最適な露光量を特定することが可能である。また、本実施形態では、いずれの検査用ウェハ２１，２２も下地パタンを有しているため、画像認識に光学顕微鏡像を用いたパタン欠陥検査装置を用いた場合でも、下地パタン１４を検査対象のレジストパタン１６の欠陥と誤認することなく、下地パタン１４に依存するブリッジ、ノッチとなる不良の発生箇所，そのときの露光量を特定することができる。
【００４１】
〈第３実施形態〉
図９は、第３実施形態によるレジストパタン検査方法に用いられる検査用ウェハの構造を示す概略平面図である。本実施形態では、１枚の検査用ウェハを用いて、下地パタンの影響によるレジストパタンの欠陥検査を行うことを特徴とする。図９に示すように、本実施形態の検査用ウェハ３０は、基板３１上に、１ショットの露光毎に、下地パタンを有するレジストパタン３３と下地パタンのないレジストパタン３２とが交互に形成されている。この検査用ウェハ３０は、図９中矢印ａで示されるような、互いに隣り合う、下地パタンのない領域と下地パタンを有する領域とのペアが、同一露光量で露光されたexposure runningウェハである。
【００４２】
以下、図１０のフローチャートを用いて、本実施形態のレジストパタン検査方法を説明する。まず、ステップＳ３１では、ウェハ３０において、１ショット分の領域おきに、すなわち、レジストパタン３３が形成されるべき領域のみに下層パタンを形成する。次に、ステップＳ３２では、図９中矢印ａで示したような、互いに隣り合う、下地パタンがない領域と下地パタンを有する領域とが、同一の露光量となるように露光することにより、exposure runningウェハが作製される。これにより、同一露光量で露光された下地パタンのないレジストパタン３２と下地パタンを有するレジストパタン３３との組が形成される。そして、ステップＳ３３では、欠陥検査装置を用いて、チップ比較検査（die to die検査）を行うことにより、同一露光量で露光が行われた互いに隣り合うレジストパタン３２とレジストパタン３３を比較する。この検査によって、両者のパタンが一致しない部分が、欠陥と判定される。
【００４３】
そして、第１実施形態と同様に、ステップＳ３４において、図６のｂ，ｄの箇所を検査用ウェハ３０上で確認し、ステップＳ３５において、レジストパタンに欠陥が発生する箇所およびそのときの露光量を特定する。
【００４４】
このように、本実施形態では、１枚のウェハ上に下地パタンを有する領域と下地パタンのない領域とを形成し、die to die検査によってレジストパタンの検査を行っている。このため、第１実施形態と同様の検査を１枚のウェハ上で行うことができるため、検査方法を簡略化することができる。
【００４５】
〈第４実施形態〉
本第４実施形態では、１枚のウェハに、通常のレジストプロセスによって得られるレジストパタンと、多層レジストプロセスによって得られるレジストパタンとを形成することを特徴とし、その他の部分を第３実施形態と同一とする。すなわち、図１１に示すように、本実施形態の検査用ウェハ４０では、基板４１上に形成されたレジストパタン４２，４３はいずれも下地パタンを有しており、通常レジストプロセスで形成されたレジストパタン４２と、多層レジストプロセスで形成されたレジストパタン４３とが交互に形成されている。
【００４６】
以下、図１２のフローチャートを用いて、本実施形態のレジストパタンの検査方法を説明する。まず、ステップＳ４１では、ウェハ４１上に通常のＬＳＩに用いられるような下地パタンが形成される。次のステップＳ４２では、このウェハ４１の全面上に下層レジスト膜を塗布し、露光装置によって１ショットおきにレジストの全面露光を行い、これを現像する。すると、基板４１上には、１ショットおきに下層レジストが残存された構造が得られる（ステップＳ４４）。
【００４７】
次のステップＳ４５では、検査対象のレジストパタン４２，４３となるレジスト膜が基板４１の全面上に塗布される。そして、ステップＳ４５において、矢印ａで示されるような、互いに隣り合う１組のレジストパタン４２，４３が同一露光量で露光されることにより、exposure runningウェハである検査用ウェハ４０が得られる。次に、ステップＳ４７において、欠陥検査装置によるチップ比較検査を行うことにより、同一露光量で露光が行われたレジストパタン４２とレジストパタン４３とを比較し、図６のｂ，ｄの箇所をウェハ４０上で確認する。これにより、下地パタンの影響によってレジストパタン４２に欠陥が発生する箇所およびそのときの露光量を特定する（ステップＳ４８）。
【００４８】
このように、本第４実施形態によれば、第３実施形態と同様に１枚のウェハを用いることにより、レジストパタンの検査を行うことができるため、検査方法を簡略化することができる。また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、画像認識に光学顕微鏡像を用いた欠陥検査装置を用いた場合でも、下地パタンに依存するレジストパタンの不良の発生箇所およびそのときの露光量を特定することができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、実際の半導体装置を製造する際のフォトリソグラフィ工程において、下地層のパタン不良の発生しやすい部分や、適切な露光量を容易に特定することができるパタン検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態によるレジストパタン検査用ウェハの断面図
【図２】  本発明の第１実施形態によるレジストパタン検査用ウェハの模式的平面図
【図３】  本発明の第１実施形態によるレジストパタン検査用ウェハに形成されたレジストパタンの模式的平面図
【図４】  検査用ウェハ２０，２１の図２の各領域で形成されるレジストパタンの様子を示す図
【図５】  本発明の第１実施形態によるレジストパタン検査方法の手順を示すフローチャート
【図６】  検査用ウェハ２１の露光量とレジストパタンの欠陥数との関係を示すグラフ
【図７】  本発明の第２実施形態によるレジストパタン検査方法に用いられる検査用パタン２１，２２の構造を示す模式的断面図
【図８】  本発明の第２実施形態によるレジストパタン検査方法の手順を示すフローチャート
【図９】  本発明の第３実施形態によるレジストパタン検査方法に用いられる検査用ウェハ３０の模式的平面図
【図１０】  本発明の第３実施形態によるレジストパタン検査方法の手順を示すフローチャート
【図１１】  本発明の第４実施形態によるレジストパタン検査方法に用いられる検査用ウェハ４０の模式的平面図
【図１２】  本発明の第４実施形態によるレジストパタン検査方法の手順を示すフローチャート
【図１３】  ライン系パタンの露光量とレジスト寸法との関係を示すグラフ
【図１４】  従来のレジストパタン検査方法に用いられる検査用ウェハ５０の模式的平面図。
【符号の説明】
２０〜２２，３０，４０  検査用ウェハ
１１  ウェハ
１４  下地パタン
１３，１６，２５，３２，３３，４２，４３  レジストパタン
【図１】
0004080617.tif 000002
【図２】
0004080617.tif 000003
【図３】
0004080617.tif 000004
【図４】
0004080617.tif 000005
【図５】
0004080617.tif 000006
【図６】
0004080617.tif 000007
【図７】
0004080617.tif 000008
【図８】
0004080617.tif 000009
【図９】
0004080617.tif 000010
【図１０】
0004080617.tif 000011
【図１１】
0004080617.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004080617.tif 000014
【図１４】
0004080617.tif 000015