(57)【要約】【課題】ウェハ面内のパタン寸法の均一性を向上させ、半導体装置の特性のばらつきを抑えることが可能な半導体製造方法と半導体製造装置を提供する。【解決手段】ウェハ上にマスクパタンを複数の露光ショットにより露光する際に、予め測定されたエッチング後の各露光ショット内のパタン寸法分布に基づき、各露光ショット内の補正露光量を求め、各露光ショットにおいて、それぞれの補正露光量で露光し、露光されたウェハをエッチングすることにより、ウェハにパタンを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ上にマスクパタンを複数の露光ショットにより露光する際に、
予め測定されたエッチング後の各前記露光ショット内のパタン寸法分布に基づき、各前記露光ショット内の補正露光量を求め、
各前記露光ショットにおいて、それぞれの前記補正露光量で露光し、
露光された前記ウェハをエッチングすることにより、前記ウェハにパタンを形成することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
前記パタン寸法分布に基づき、寸法補正量を求め、
予め求めた前記エッチング後のパタン寸法と露光量との関係に基づき、前記寸法補正量より前記補正露光量を求めることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造方法。
【請求項３】
前記パタン寸法分布におけるパタン寸法のばらつきの許容値を設定し、
前記パタン寸法のばらつきが前記許容値内の前記露光ショットについて、前記補正露光量の平均値で一律に露光することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造方法。
【請求項４】
前記ウェハの中心から所定距離以上の領域の前記露光ショットについて、前記補正露光量を求めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造方法。
【請求項５】
複数の露光ショットによりウェハ上にマスクパタンを転写するための光源と、
前記露光ショット内の露光量を調整するための露光量フィルタと、
前記ウェハ内の位置に対応した予め測定されたエッチング後の各前記露光ショット内のパタン寸法分布に基づく各前記露光ショット内の補正露光量が記憶される記憶媒体と、
前記補正露光量に基づき、前記露光ショット毎に前記露光量フィルタを制御する露光量制御機構を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェハの露光工程に用いられる半導体製造方法および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化、高性能化に伴い、半導体の微細加工技術は、寸法精度のさらなる向上が要求されている。このような微細加工技術において中心となるのが、基板上に塗布した感光膜にフォトマスク上の回路パタンを露光転写、現像を経てパタン形成をするリソグラフィ技術と、転写された感光膜の回路パタンを基に被エッチング膜を加工するドライエッチング技術である。
【０００３】
リソグラフィ工程において、転写すべき基板が反っているために、ベーク処理をする際にベーク板に完全に密着できずに、ウェハ面内において温度のばらつきが生じることがある。また、ドライエッチング工程において反応副生成物などの影響により、ウェハ面内で、特に基板中央と基板端でエッチング量が不均一となることがある。これらの要因により、ウェハ面内に形成されるパタン寸法にばらつきが生じてしまう。このような寸法ばらつきは、同心円に近い寸法ばらつき分布となることが多い。寸法精度向上のために、塗布・現像装置、ドライエッチング装置側において、それぞればらつきを抑制するための改善が検討されているものの、十分なものとはいえない。
【０００４】
そこで、リソグラフィ工程において、露光する際、露光ショット毎に露光量を変動させることにより、パタン寸法のばらつきをある程度まで相殺するという手法が用いられている（例えば特許文献１など参照）。また、予め露光ショット内の照度分布が均一になるように補正する手法が用いられている（例えば特許文献２など参照）。しかしながら、半導体装置のさらなる高集積化に対応可能な寸法精度を得ることは困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−２５６１１４号公報（［請求項１］、［００１０］など）
【特許文献２】特開２０００-２１７６４号公報（［請求項１］など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ウェハ面内のパタン寸法の均一性を向上させ、半導体装置の特性のばらつきを抑えることが可能な半導体製造方法と半導体製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ウェハ上にマスクパタンを複数の露光ショットにより露光する際に、予め測定されたエッチング後の各前記露光ショット内のパタン寸法分布に基づき、各前記露光ショット内の補正露光量を求め、各前記露光ショットにおいて、それぞれの前記補正露光量で露光し、露光された前記ウェハをエッチングすることにより、前記ウェハにパタンを形成することを特徴とする半導体製造方法が提供される。
【０００７】
また、本発明の一態様によれば、複数の露光ショットによりウェハ上にマスクパタンを転写するための光源と、前記露光ショット内の露光量を調整するための露光量フィルタと、前記ウェハ内の位置に対応した予め測定されたエッチング後の各前記露光ショット内のパタン寸法分布に基づく各前記露光ショット内の補正露光量が記憶される記憶媒体と、前記補正露光量に基づき、前記露光ショット毎に前記露光量フィルタを制御する露光量制御機構を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施態様によれば、ウェハ面内のパタン寸法の均一性を向上させ、半導体装置の特性のばらつきを抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１０】
（実施形態１）
図１に本実施形態の半導体製造装置である露光装置の構成を示す。図に示すように、ウェハｗ上にマスクパタンを転写するための光を照射する光源１１と、光源からの光を成形するためのスリット１２が設置されている。そして、このスリット１２には、照射光の強度分布を調整するための露光量フィルタ１３が、フィルタそのものがウェハｗ上に解像しないような光学系位置に設けられている。さらに、マスクパタンが形成されたマスク１４を載置するマスクステージ１５、投影レンズ１６、ウェハｗを載置し、ＸＹ方向に駆動するウェハステージ１７が設置されている。
【００１１】
そして、マスクステージ１５、ウェハステージ１７は、これらの相対位置により照射位置情報を取得するための位置センサ１８、１９を介して、露光量フィルタ１３とともに、露光量制御機構である制御部２０と接続されている。これら位置センサにはレーザ干渉計が使用されることもある。さらに、制御部２０は、測定機構２１において露光ショット内のパタン寸法分布が測定され、これに基づき演算機構２２において算出された露光補正量が入力・記憶された記憶媒体２３と接続されている。
【００１２】
このような露光装置を用いて、以下のようにして露光処理が行われる。
【００１３】
図２にフローチャートを示すように、先ず、露光処理の前段階として、事前に露光量を変化させてマスクパタンを転写させたサンプルウェハを形成し、エッチング後のパタン寸法を測定することにより、パタン寸法の露光量依存性のデータを取得する（Ｓ１）。
【００１４】
次いで、別のサンプルウェハを用いて、ＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの測定機構２１において、ウェハｗ上の各露光ショット内の複数位置におけるエッチング後のパタン寸法を測定し、各露光ショット内のパタン寸法分布のデータを取得する（Ｓ２）。このとき、例えば、図３に示すように、露光ショット３１における各チップ３２内においてａ１、ａ２・・・ａｎと、格子点状に測定を行うことが好ましい。なお、このように１ショットで複数チップを露光する場合のみならず、１ショットで１チップを露光する際も同様である。
【００１５】
このようにして露光ショット内のパタン寸法の測定を行った結果の一例を図４に示す。図中、測定点ａ１、ａ２〜ａ３０におけるエッチング後の実測寸法と狙い目寸法との差ΔＣＤが、＋３ｎｍ≦＜＋４ｎｍの領域を領域４１、＋２ｎｍ≦ΔＣＤ＜＋３ｎｍの領域を領域４２、＋１ｎｍ≦ΔＣＤ＜＋２ｎｍの領域を領域４３、ほぼ狙い目通りの−１ｎｍ≦ΔＣＤ＜＋１ｎｍの領域を領域４４、−２ｎｍ≦ΔＣＤ＜−１ｎｍの領域を領域４５、−３ｎｍ≦ΔＣＤ＜−２ｎｍの領域を領域４６、−４ｎｍ≦ΔＣＤ＜−３ｎｍの領域を領域４７とする。
【００１６】
ここで、ΔＣＤ＞０とは、残しの配線ラインの実測寸法が狙い目寸法より太いこと、ΔＣＤ＜０とは、残しの配線ラインの実測寸法が狙い目寸法より細いことを意味する。また、エッチング変換差は、（リソグラフィ工程後のレジスト残し寸法）−（エッチング後の残し配線ライン寸法）とする。
【００１７】
この場合、寸法の太い領域４１、４２、４３は、寸法を細くするために露光量を上げる補正、寸法の細い領域４５、４６、４７は、寸法を太くするために露光量を下げる補正を行う必要がある。そこで、演算機構２２において、エッチング後の実測寸法と狙い目寸法との差ΔＣＤを補正するのに必要な露光量を、パタン寸法の露光量依存性のデータに基づき算出する。そして、算出された露光量に基づき、各露光ショット内の補正露光量分布のデータを算出する（Ｓ３）。取得された各露光ショット内の補正露光量分布のデータは、記憶媒体２３に記憶される。
【００１８】
そして、記憶媒体２３に記憶された各露光ショット内の補正露光量分布のデータに基づき、各露光ショットにおいて、露光量を調整しながら露光し、マスクパタンを被処理膜上にレジスト感光膜が塗布されたウェハｗ上に転写する（Ｓ４）。
【００１９】
このとき、光源１１からの照射光は、スリット１２において成形され、制御部２０によりマスクステージ１５およびウェハステージ１７を移動させることにより、マスク１４上をスキャンする。同時に、それぞれ位置センサ１８、１９において検知された露光ショット内の照射位置の情報と、記憶媒体２３からの露光補正量に基づき、制御部２０により露光量フィルタ１３が制御され、スキャン方向と垂直方向（スリット長手方向）の照射光の強度分布が調整される。
【００２０】
露光量フィルタ１３は、例えば、図５に示すように、透過率に勾配を持たせた複数のフィルタ１３ａから構成されており、制御部２０により各フィルタがスリット１２の長手方向と垂直方向に動かされることにより、スリット１２上が所望の透過率となるように制御される。
【００２１】
さらに、照射光は、投影レンズ１６などを経て、ウェハｗ上をスキャンしながら露光することにより、ウェハｗ上にマスクパタンを転写させる。
【００２２】
そして、１ショット分の露光が完了したら、制御部２０によりウェハステージ１７移動させることにより、ウェハｗにおける露光位置を次の位置に移動させ、同様にして１ショット分の露光を行う。さらに、全面露光が完了したかどうかを判断し（Ｓ５）、完了していない場合、再度ウェハｗにおける露光位置を次の位置に移動させ、露光を繰り返す。
【００２３】
ウェハｗ全面の露光が完了した後、現像、ベーク処理を行い、被処理膜をエッチング処理することにより、ウェハｗ上に回路パタンが形成される（Ｓ６）。
【００２４】
このようにして、露光位置により、露光ショット内での露光量を補正することにより、より高精度にパタン寸法のばらつきを抑え、均一性を向上させることが可能となる。
【００２５】
本実施形態において、透過率勾配を有する複数のフィルタ１３ａからなる露光量フィルタ１３を用いたが、光源からの照射光の透過率を位置により制御することが可能なフィルタであれば、特に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、複数の光路を遮断するポール６３ａを密に配置し、ポールの本数をスリット６２の位置で変動させることにより、透過率を変動させてもよい。また、図７に示すように、断面が楕円になっているポール７３ａを複数配置し、スリット７２の位置により適宜回転させて遮光する面積を変動させることにより、透過率を変動させてもよい。
【００２６】
また、本実施形態において、ウェハｗ上の各露光ショット内の複数位置におけるエッチング後のパタン寸法を測定したが、ウェハｗ上の全ての露光ショットについて測定を行うことが好ましい。
【００２７】
但し、図８にパタン寸法のばらつきを示すエッチング変換差とウェハ中心からの距離の関係の一例を示すように、例えば１２インチのウェハにおいて、エッチング変換差の変動が穏やかな０〜１２０ｍｍにおいては、ショット内のパタン寸法のばらつきが小さいと考えられる。このような場合、図９に測定領域の概念図を示すように、破線で表示するウェハｗ中心から１２０ｍｍのラインの内側の領域（半分以上が含まれる領域を含む）の露光ショット９１については、パタン寸法の測定を行わず、ウェハｗ中心から１２０ｍｍのラインより外側の領域（半分以上が含まれる領域を含む）の露光ショット９２（ハッチングされた領域）について、パタン寸法の測定を行うこととしてもよい。
【００２８】
このように、エッチング変換差の変動のウェハ中心からの距離依存性により測定領域を限定することにより、測定時間を短縮し、スループットを向上させることが可能となる。
【００２９】
さらに、本実施形態において、パタン寸法のばらつきであるエッチング後の実測寸法と狙い目寸法との差ΔＣＤが−１ｎｍ≦ΔＣＤ＜＋１ｎｍの領域を、ほぼ狙い目通りとして補正を行わなかったが、ばらつき範囲は、製品スペックに応じて適宜設定される。そして、露光ショット内において、全ての領域において設定範囲内であれば、その露光ショットにおいては補正が不要と判断することができる。
【００３０】
また、本実施形態においては、照射光をスリットにより一軸方向に成形し、スキャンさせる場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、面照射する場合においても適用することが可能である。この場合、露光量フィルタは二次元的に透過率を制御できるものであればよい。
【００３１】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一態様における露光装置の構成を示す図。
【図２】本発明の一態様におけるフローチャートを示す図。
【図３】本発明の一態様におけるパタン寸法の測定位置の一例を示す図。
【図４】本発明の一態様における露光ショット内のパタン寸法の測定を行った結果の一例を示す図。
【図５】本発明の一態様における露光量フィルタを示す概念図。
【図６】本発明の一態様における露光量フィルタを示す概念図。
【図７】本発明の一態様における露光量フィルタを示す概念図。
【図８】本発明の一態様におけるエッチング変換差とウェハ中心からの距離の関係の一例を示す図。
【図９】本発明の一態様における測定領域の概念図。
【符号の説明】
【００３３】
ｗ…ウェハ
１１…光源
１２、６２、７２…スリット
１３、６３、７３…露光量フィルタ
１３ａ…フィルタ
１４…マスク
１５…マスクステージ
１６…投影レンズ
１７…ウェハステージ
１８、１９…位置センサ
２０…制御部
２１…測定機構
２２…演算機構
２３…記憶媒体
３１、９１、９２…露光ショット
３２…チップ
４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７…領域
６３ａ、７３ａ…ポール
【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】
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【図８】
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【図９】
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