(57)【要約】【課題】  露光量およびフォーカスのずれを適切に補正して、パターン寸法の変動を確実に解消することができる信頼性にすぐれた半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。【解決手段】  複数枚のウェーハ１４に対するパターン形成が実行されるごとにパターン寸法の変動を監視し、その監視結果から露光量・フォーカス許容領域を求め、その露光量・フォーカス許容領域の中心を露光量およびフォーカスに対する新たな目標値として逐次に更新していく。【選択図】      図６
2006253209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパターンを所定の光量および所定のフォーカスによる露光にて基板上に形成する露光ユニットと、
複数枚の前記基板に対するパターン形成が実行されるごとに、少なくとも１つの基板に形成された各パターンの寸法を測定し、かつ同基板に対する各露光の光量およびフォーカスをそれぞれ測定する測定ユニットと、
前記測定された光量の平均値と、前記測定されたフォーカスの平均値との対応を、前記測定された寸法の平均値をパラメータとして、２次元的に表わす２次元パターンを形成する形成手段と、
前記各パターンの寸法基準値が中心となる寸法許容領域を前記２次元パターン上に設定するとともに、その寸法許容領域に収まる露光量変動余裕幅を設定し、かつその露光量変動余裕幅に対応しつつ前記許容寸法領域に収まるフォーカス変動余裕幅を設定する設定手段と、
前記設定された露光量変動余裕幅およびフォーカス変動余裕幅が対応する前記２次元パターン上の領域を、前記露光の光量およびフォーカスについての許容領域として設定し、その許容領域の中心を同露光の光量およびフォーカスに対する目標値として設定する設定手段と、
前記露光の光量およびフォーカスを前記設定された目標値に補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記形成手段は、２次曲面近似により２次元パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
複数のパターンを所定の光量および所定のフォーカスによる露光にて基板上に形成する工程と、
複数枚の前記基板に対するパターン形成が実行されるごとに、少なくとも１つの基板に形成された各パターンの寸法を測定し、かつ同基板に対する各露光の光量およびフォーカスをそれぞれ測定する工程と、
前記測定された光量の平均値と、前記測定されたフォーカスの平均値との対応を、前記測定された寸法の平均値をパラメータとして、２次元的に表わす２次元パターンを形成する工程と、
前記各パターンの寸法基準値が中心となる寸法許容領域を前記２次元パターン上に設定するとともに、その寸法許容領域に収まる露光量変動余裕幅を設定し、かつその露光量変動余裕幅に対応しつつ前記許容寸法領域に収まるフォーカス変動余裕幅を設定する工程と、
前記設定された露光量変動余裕幅およびフォーカス変動余裕幅が対応する前記２次元パターン上の領域を、前記露光の光量およびフォーカスについての許容領域として設定し、その許容領域の中心を同露光の光量およびフォーカスに対する目標値として設定する工程と、
前記露光の光量およびフォーカスを前記設定された目標値に補正する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回路等のパターンを露光により基板上に形成する半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路などのパターンを露光により基板上に形成する半導体製造装置では、露光の光量（露光量という）およびフォーカスが一定の場合、環境変化などにより、実際の露光量およびフォーカスにずれが生じたり、基板いわゆるウェーハ上に塗布されているレジストに感度変化が生じることがあり、その影響で、ウェーハ上に形成されるパターンの寸法に変動が生じてしまう。
【０００３】
そこで、露光量およびフォーカスのずれを捕らえて露光量およびフォーカスを補正し、これによりパターン寸法の変動を解消するものがある（例えば特許文献１，２）。  
【特許文献１】特開２００３−１４２３９７号公報
【特許文献２】特開２００３−１７３９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、パターン寸法の変動を解消するに際しては、露光量およびフォーカスのずれを適切に補正することが重要である。
【０００５】
この発明は、上記の事情を考慮したもので、露光量およびフォーカスのずれを適切に補正して、パターン寸法の変動を確実に解消することができる信頼性にすぐれた半導体製造装置および半導体製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明の半導体製造装置は、複数のパターンを所定の光量および所定のフォーカスによる露光にて基板上に形成する露光ユニットと、複数枚の上記基板に対するパターン形成が実行されるごとに、少なくとも１つの基板に形成された各パターンの寸法を測定し、かつ同基板に対する各露光の光量およびフォーカスをそれぞれ測定する測定ユニットと、上記測定された光量の平均値と、上記測定されたフォーカスの平均値との対応を、上記測定された寸法の平均値をパラメータとして、２次元的に表わす２次元パターンを形成する形成手段と、上記各パターンの寸法基準値が中心となる寸法許容領域を上記２次元パターン上に設定するとともに、その寸法許容領域に収まる露光量変動余裕幅を設定し、かつその露光量変動余裕幅に対応しつつ上記許容寸法領域に収まるフォーカス変動余裕幅を設定する設定手段と、上記設定された露光量変動余裕幅およびフォーカス変動余裕幅が対応する上記２次元パターン上の領域を、上記露光の光量およびフォーカスについての許容領域として設定し、その許容領域の中心を同露光の光量およびフォーカスに対する目標値として設定する設定手段と、上記露光の光量およびフォーカスを上記設定された目標値に補正する補正手段と、を備えている。
【０００７】
請求項３に係る発明の半導体製造方法は、複数のパターンを所定の光量および所定のフォーカスによる露光にて基板上に形成する工程と、複数枚の上記基板に対するパターン形成が実行されるごとに、少なくとも１つの基板に形成された各パターンの寸法を測定し、かつ同基板に対する各露光の光量およびフォーカスをそれぞれ測定する工程と、上記測定された光量の平均値と、上記測定されたフォーカスの平均値との対応を、上記測定された寸法の平均値をパラメータとして、２次元的に表わす２次元パターンを形成する工程と、上記各パターンの寸法基準値が中心となる寸法許容領域を上記２次元パターン上に設定するとともに、その寸法許容領域に収まる露光量変動余裕幅を設定し、かつその露光量変動余裕幅に対応しつつ上記許容寸法領域に収まるフォーカス変動余裕幅を設定する工程と、上記設定された露光量変動余裕幅およびフォーカス変動余裕幅が対応する上記２次元パターン上の領域を、上記露光の光量およびフォーカスについての許容領域として設定し、その許容領域の中心を同露光の光量およびフォーカスに対する目標値として設定する工程と、上記露光の光量およびフォーカスを上記設定された目標値に補正する工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の半導体製造装置および半導体製造方法によれば、露光量およびフォーカスのずれを適切に補正することができる。これにより、基板上に形成されるパターンの寸法変動を確実に解消することができて、半導体製造についての信頼性が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。  
図１において、１は露光ユニットで、回路パターンやテストパターンなど複数のパターンを所定の光量および所定のフォーカスによる露光にて基板いわゆるウェーハ上に形成する。この露光ユニット１の要部の構成を図２に示している。
【００１０】
図２において、１１は光源で、露光用の光を発する。この光源１１から発せられる光は、フォトマスク（レチクルともいう）１２およびレンズ１３を介してウェーハ１４に照射される。ウェーハ１４の上面には、レジストが塗布されている。フォトマスク１２には、ウェーハ１４に転写すべき切欠きパターン１２ａが形成されている。
【００１１】
この切欠きパターン１２ａを通った光がレンズ１３によってウェーハ１４上に集光されることにより、その集光部分のレジストに化学変化が生じて、切欠きパターン１２ａを縮小した形のパターン１５がウェーハ１４上に形成される。図２のウェーハ１４には、周縁部に５つのパターン１５が形成されている。これらパターン１５は、パターン寸法を測定するためのテストパターンとして使用される。実際には、これらテストパターン１５のほかに、図示していないが、製品としての多数のパターンが形成される。
【００１２】
露光ユニット１に隣接して、測定ユニット２が設置されている。測定ユニット２は、複数枚のウェーハ１４に対するパターン形成が実行されるごとに、少なくとも１つのウェーハ１４に形成された各テストパターン１５の寸法を測定するとともに、同ウェーハ１４に対する各露光の光量（露光量という）およびフォーカスをそれぞれ測定する。
【００１３】
露光ユニット１および測定ユニット２は、それぞれサーバ３，４に接続されている。サーバ３，４は、通信ネットワーク５を介してパーソナルコンピュータ等を使用したフィードバック制御演算器６に接続されている。サーバ３，４および通信ネットワーク５により、露光ユニット１とフィードバック制御演算器６との間のデータ伝送、測定ユニット２とフィードバック制御演算器６との間のデータ伝送が、それぞれ実施される。
【００１４】
フィードバック制御演算器６は、主要な機能として次の（１）〜（４）の手段を有している。  
（１）測定ユニット２で測定された露光量の平均値と、測定ユニット２で測定されたフォーカスの平均値との対応を、測定ユニット２で測定された寸法の平均値をパラメータとして、２次元的に表わす２次元パターンを形成する形成手段。  
（２）各パターン１５の寸法基準値（本来あるべき寸法）が中心となる寸法許容領域を上記２次元パターン上に設定するとともに、その寸法許容領域に収まる露光量変動余裕幅を設定し、かつその露光量変動余裕幅に対応しつつ上記許容寸法領域に収まるフォーカス変動余裕幅を設定する設定手段。
【００１５】
（３）上記設定された露光量変動余裕幅およびフォーカス変動余裕幅が対応する上記２次元パターン上の領域を、露光量およびフォーカスについての許容領域として設定し、その許容領域の中心を露光量およびフォーカスに対する目標値として設定する設定手段。
【００１６】
（４）露光量およびフォーカスを上記設定された目標値に補正する補正手段。
【００１７】
つぎに、作用を説明する。  
１ロットたとえば２４枚のウェーハ１４に対するパターン形成が実行されるごとに、そのうちの１枚のウェーハ１４に形成された各テストパターン１５の寸法が測定されるとともに、同ウェーハ１４に対する実際の露光量およびフォーカスがそれぞれ測定される。
【００１８】
これら測定に伴い、図３に示すように、測定された露光量の平均値、測定されたフォーカスの平均値、測定された寸法の平均値を３次元的に表わす３次元パターンが形成される。この３次元パターンでは、寸法の平均値を複数の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６に分けて示している。図中の丸印は、各ロットにおける１枚のウェーハ１４からの測定データを示している。これら測定データの集合により、３次元パターンが成り立っている。
【００１９】
形成された３次元パターンは、図４に示す２次元パターンに変換される。すなわち、測定された露光量の平均値と、測定されたフォーカスの平均値との対応が、測定された寸法の平均値（領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６）をパラメータとして、２次元的に表わされている。
【００２０】
この２次元パターンは、次の数１および数２の式を用いた２次曲面近似の演算により、図５に示すようたきれいな形状の２次元パターンに変換される。ＣＤは寸法の平均値、ｘは露光量の平均値、ｙはフォーカスの平均値である。
【数１】
2006253209.tif 000003
【００２１】
【数２】
2006253209.tif 000004
【００２２】
こうして、きれいな形状の２次元パターンが形成されると、図６に示すように、各パターン１５の寸法基準値（本来あるべき寸法）を中心とする寸法許容領域Ｒ２が２次元パターン上に設定されるとともに、その寸法許容領域Ｒ２に収まる露光量変動余裕幅（露光量の全変動幅の例えば１０％）が設定され、かつその露光量変動余裕幅に対応しつつ上記許容寸法領域に収まるフォーカス変動余裕幅が設定される。
【００２３】
露光量変動余裕幅およびフォーカス変動余裕幅が設定されると、その露光量変動余裕幅およびフォーカス変動余裕幅が対応する２次元パターン上の領域（点々で示す矩形状領域）が、露光量およびフォーカスについての許容領域（露光量・フォーカス許容領域）として設定され、その許容領域の中心が露光量およびフォーカスに対する目標値として設定される。
【００２４】
そして、露光ユニット１の各露光に際しての露光量およびフォーカスが、上記設定された目標値に補正される。
【００２５】
このように、複数枚のウェーハ１４に対するパターン形成が実行されるごとにパターン寸法の変動を監視し、その監視結果から露光量・フォーカス許容領域を求め、その露光量・フォーカス許容領域の中心を露光量およびフォーカスに対する新たな目標値として逐次に更新していくことにより、露光量およびフォーカスのずれを適切に補正することができる。これにより、ウェーハ１４上に形成されるパターンの寸法変動を確実に解消することができて、半導体製造についての信頼性が大幅に向上する。
【００２６】
なお、上記実施形態では、ウェーハ１４上に５つのテストパターン１５を形成したが、そのテストパターン１５の個数については、ウェーハ１４上の領域の余裕度などに応じて適宜に選定可能である。
【００２７】
また、上記実施形態では、２次元パターンを形成するためのデータとして、ロットごとの測定データをそのまま用いたが、測定データが古いと目標値の信頼性に支障をきたしてしまう可能性があることから、測定データの取得時期に応じた重み付けをその測定データに付加することにより、測定タイミングに影響を受けることなく、信頼性の高い目標値を得ることができる。
【００２８】
その他、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】一実施形態における露光ユニットの要部の構成を示す図。
【図３】一実施形態の３次元パターンを示すブロック図。
【図４】一実施形態の２次元パターンを示す図。
【図５】一実施形態の２次曲面近似された２次元パターンを示す図。
【図６】図５の２次元パターン上でどのように目標値を求めるかを説明するための図。
【符号の説明】
【００３０】
１…露光ユニット、２…測定ユニット、３，４…サーバ、５…通信ネットワーク、６…フィードバック制御演算器
【図１】
2006253209.tif 000005
【図２】
2006253209.tif 000006
【図３】
2006253209.tif 000007
【図４】
2006253209.tif 000008
【図５】
2006253209.tif 000009
【図６】
2006253209.tif 000010