(57)【要約】フォトレジストに対する露光時間を算出する工程が、（ａ）対象となる半導体ウエハ１０１と同じウエハ情報を有する過去に製造された複数の半導体ウエハ１０１内の基準チップにおけるデバイスパターン１０４又はレジストパターン１０２ａの線幅のバラツキが、過去の複数の半導体ウエハ１０１にわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲内に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブル２２を用いて露光時間をチップ毎に補正するステップと、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2004095547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが多面取りされる半導体ウエハ上に膜を形成する工程と、
前記膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストに対する露光時間を前記半導体チップ毎に算出する工程と、
前記算出された露光時間により前記フォトレジストにデバイスパターンを露光する工程と、
前記露光されたフォトレジストを現像してレジストパターンにする工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクに使用しながら前記膜をエッチングしてデバイスパターンにする工程と、を有し、
前記露光時間を算出する工程は、
（ａ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報を有する過去に製造された複数の半導体ウエハ内の基準チップにおける前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅のバラツキが許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲内に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用いて前記露光時間を前記チップ毎に補正するステップと、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）の前に、
（ｃ）対象としている前記半導体ウエハと同じウエハ情報を有する半導体ウエハが、前記過去に製造された複数の半導体ウエハのなかに基準値以上の数だけ存在するか否かを判断するステップ
を有し、前記ステップ（ｃ）において基準値以上存在すると判断される場合に前記ステップ（ａ）を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ）又は前記ステップ（ｃ）でＮＯと判断された場合は、
試験ウエハ上に前記レジストパターンを作成し、該レジストパターンの線幅と目標の線幅とのずれ量を算出し、該ずれ量に基づいて対象とする前記半導体ウエハに対する前記露光時間を補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
（ｄ）前記補正された露光時間によって作成された前記半導体ウエハ上の前記レジストパターンの線幅を前記チップ毎に測長するステップと、
（ｅ）前記デバイスパターンの線幅を前記チップ毎に測長するステップと、
を更に有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
（ｆ）前記過去に製造された複数の半導体ウエハと比較して、対象としている前記ウエハが新品種であるか否かを判断するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）において新品種であると判断された場合に、前記レジストパターンの測長値を第１線幅データベースに転送して前記レジストパターンの線幅のウエハ面内分布を表す第１未補正テーブルを前記第１線幅データベースに作成し、且つ、前記デバイスパターンの測長値を第２線幅データベースに転送して前記デバイスパターンの線幅のウエハ面内分布を表す第２未補正テーブルを前記第２線幅データベースに作成するステップと、
を更に有することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１未補正テーブル及び前記第２未補正テーブルは、前記半導体ウエハのウエハ情報によってアドレス付けされることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ステップ（ａ）は、対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報でアドレス付けされた前記第１未補正テーブルを前記第１線幅データベースから抽出し、該抽出されたテーブル内の基準チップにおける前記レジストパターンの線幅のバラツキが、前記抽出された第１未補正テーブルにわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ステップ（ａ）は、対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報でアドレス付けされた前記第２未補正テーブルを前記第２線幅データベースから抽出し、該抽出されたテーブル内の基準チップにおける前記デバイスパターンの線幅のバラツキが、前記抽出された第２未補正テーブルにわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ステップ（ａ）は、
（ａ１）前記基準チップの所定部分における前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅を、前記過去に製造された複数の半導体ウエハにわたって平均するステップと、
（ａ２）  前記ステップ（ａ１）で求めた線幅の平均値の＋／−１０％にある範囲を前記基準チップ毎に算出し、該範囲を前記許容範囲とするステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｂ）における前記露光補正テーブルとして、前記露光時間Ｔと、該露光時間Ｔで露光した場合の前記デバイスパターンの線幅Ｗとが対応Ｗ＝ｆ（Ｔ）によって対応づけられたテーブルを使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｂ）は、
（ｂ１）前記過去に製造された複数の半導体ウエハの同一チップの所定部分における前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅を前記複数の半導体ウエハにわたって平均して前記線幅の平均値ＷＡＶを前記チップ毎に求めるステップと、
（ｂ２）  前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅の目標値をＷ０とし、ｆ−１（ＷＡＶ）−ｆ−１（Ｗ０）を露光補正時間の差分ΔＴとして前記チップ毎に算出するステップと、
（ｂ３）  ｆ−１（ＷＡＶ）から前記差分ΔＴを引いた値を補正された露光時間として前記チップ毎に算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｂ）における前記露光補正テーブルとして、前記露光時間Ｔと、該露光時間Ｔで露光した場合の前記レジストパターンの線幅Ｗとが対応Ｗ＝ｆ（Ｔ）によって対応づけられたテーブルを使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
（ｈ）前記レジストパターンの線幅を前記チップ毎に測長するステップと、
（ｉ）前記レジストパターンの測長値を第１線幅データベースに転送し、前記レジストパターンの線幅のウエハ面内分布を表す第１補正済テーブルを前記第１線幅データベースに作成するステップと、
（ｊ）前記デバイスパターンの線幅を前記チップ毎に測長するステップと、
（ｋ）前記デバイスパターンの測長値を第２線幅データベースに転送し、前記デバイスパターンの線幅のウエハ面内分布を表す第２補正済テーブルを前記第２線幅データベースに作成するステップと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ｈ）の後に、
（ｌ）前記ステップ（ｈ）で測長した前記レジストパターンの線幅と、該レジストパターンの線幅の許容値とを表示手段に表示させることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記フォトレジストとして化学増幅型レジストを使用すると共に、
前記フォトレジストを露光する工程の後、且つ、前記フォトレジストを現像する工程の前に、前記フォトレジストに対して露光後のベーク（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）を施す工程を有し、
前記ウエハ情報として、前記化学増幅型レジストの種類及び前記ベーク時のウエハ温度の少なくとも一方を含む情報を採用することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記フォトレジストを露光する工程においてＫｒＦよりも短波長の露光光を使用することを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記フォトレジストを露光する工程においてＩ線を露光光として使用すると共に、
前記レジストパターンに対してキュアを施す工程を有し、
前記ウエハ情報として、少なくとも前記キュア時のウエハ温度を含む情報を採用することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記ウエハ情報として、前記チップの品種、前記フォトレジストの種類、前記フォトレジストを塗布するときに使用される塗布装置の機種、該塗布装置における塗布条件、前記膜をエッチングするときのエッチング条件、及び、前記デバイスパターンが形成される層の少なくとも一つを含む情報を採用することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
半導体チップが多面取りされる半導体ウエハ上の膜にフォトレジストを塗布する塗布装置と、
前記フォトレジストを露光する露光装置と、
露光後の前記フォトレジストを現像してレジストパターンにする現像装置と、
前記レジストパターンの線幅を測長する第１測長器と、
前記レジストパターンをエッチングマスクにし、前記膜をエッチングしてデバイスパターンにするエッチング装置と、
前記デバイスパターンの線幅を測長する第２測長器と、
前記第１測長器と前記第２測長器の少なくとも一方の測長結果が格納される線幅データベース、露光補正テーブルが格納された露光補正データベース、及び、前記露光装置における露光時間を前記チップ毎に算出する演算部を備えた制御手段と、
を有し、
前記線幅データベースには、前記レジストパターン又は前記デバイスパターンのウエハ面内における線幅分布を表す線幅テーブルが、過去に製造された前記半導体ウエハのウエハ情報によってアドレス付けされて蓄積され、
前記演算部は、（ａ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報によりアドレス付けされた線幅テーブルを前記線幅データベースから抽出し、該抽出された線幅テーブル内の基準チップにおける前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅のバラツキが許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用いて前記露光時間を前記チップ毎に補正するステップと、を行い、
前記露光装置は、前記演算部により前記チップ毎に算出された前記露光時間に基づいて露光を実行することを特徴とする半導体装置製造システム。
【請求項２０】
前記制御手段は、前記ステップ（ａ）の前に、
（ｃ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報でアドレス付けされた前記テーブルの数を計数し、計数値が基準値以上であるか否かを判断するステップと、
を有し、前記ステップ（ｃ）において前記係数値が基準値以上であると判断される場合に前記ステップ（ａ）を行うことを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置製造システム。
【請求項２１】
前記制御部が行う前記ステップ（ａ）は、
（ａ１）前記基準チップの所定部分における前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅を、前記抽出された複数の線幅テーブルにわたって平均するステップと、
（ａ２）  前記ステップ（ａ１）で求めた線幅の平均値の＋／−１０％にある範囲を前記基準チップ毎に算出し、該範囲を前記許容範囲とするステップと、
を有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置製造システム。
【請求項２２】
前記露光補正テーブルは、前記露光時間Ｔと、該露光時間Ｔで露光した場合の前記デバイスパターンの線幅Ｗとが対応Ｗ＝ｆ（Ｔ）によって対応づけられてなることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置製造システム。
【請求項２３】
前記制御部が行う前記ステップ（ｂ）は、
（ｂ１）前記過去に製造された複数の半導体ウエハの同一チップの所定部分における前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅を前記複数の半導体ウエハにわたって平均して前記線幅の平均値ＷＡＶを前記チップ毎に求めるステップと、
（ｂ２）  前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅の目標値をＷ０とし、ｆ−１（ＷＡＶ）−ｆ−１（Ｗ０）を露光補正時間の差分ΔＴとして前記チップ毎に算出するステップと、
（ｂ３）  ｆ−１（ＷＡＶ）から前記差分ΔＴを引いた値を補正された露光時間として前記チップ毎に算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置製造システム。
【請求項２４】
前記露光補正テーブルは、前記露光時間Ｔと、該露光時間Ｔで露光した場合の前記レジストパターンの線幅Ｗとが対応Ｗ＝ｆ（Ｔ）によって対応づけられてなることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体装置の製造方法、及び、半導体装置製造システムに関する。より詳しくは、本発明は、膜のパターニングに使用されるリソグラフィー工程、エッチング工程を有する半導体装置の製造方法、及び、半導体装置製造システムに関する。
【背景技術】  ＬＳＩ等の半導体装置を製造するには、絶縁膜や導電膜等の膜を所望の形状に加工するため、リソグラフィー工程とそれに続くエッチング工程とが行われる。リソグラフィー工程では、膜上にフォトレジストを塗布した後それを露光、現像してレジストパターンを作製する。そして、エッチング工程では、そのレジストパターンをマスクに使用しながら下地の膜をエッチングして所望のデバイスパターンにする
リソグラフィー工程における露光時間はレジストパターンの線幅に影響を与えるので、その露光時間の設定を誤ると、最終的なデバイスパターンの線幅が目標の線幅からずれてしまい、ひいては半導体装置の歩留まりが低下してしまう。そのため、デバイスパターンの線幅を目標通りにするため、リソグラフィー工程における露光時間の管理方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１では、フォトレジストのプリベークの終了から露光が開始されるまでの時間が一定にならないと、露光且つ現像後のフォトレジストのパターン寸法のバラツキが大きくなるという観点から、露光条件を変えることによりパターン寸法のバラツキを防止している。
しかし、この露光条件は同一ウエハ上の各チップ領域では変更されていないので、同一ウエハの同一面内の各チップ領域相互で生じるレジストパターンの線幅の不均一性を防止することはできない。
また、特許文献２では、リソグラフィー工程において、ウエハに対して同心円状の分布で露光量に違いを持たせ、ウエハの中央部と周縁部とでのレジストパターンの寸法を意図的に異ならせている。これによれば、ウエハの中央部と周縁部とにおけるエッチングレートの差に起因する膜のパターン寸法のバラツキがレジストパターンの寸法の相違によって吸収され、エッチング後に形成されるパターンの線幅がウエハ面内で均一になるとされている。
しかしながら、エッチング後のパターン寸法のバラツキは、エッチレートの差によってのみ生じるわけではなく、別の要因によっても生じると考えられ、更に或る要因によってはバラツキが同心円状にならないとも考えられる。こうなると、露光量分布を同心円状にしたことで、ウエハのある部位では、エッチング後のパターン寸法の変動が吸収されるどころかむしろ増幅されてしまう事態も予想され、パターン寸法が目標値から大きく外れてしまう恐れがある。
更に、特許文献２は、ウエハ面内におけるパターン寸法のバラツキのみを考慮しており、複数枚のウエハで構成されるロット内のバラツキについては考慮していない。
【特許文献１】    特開２００１−３３８８５６号公報（段落番号００２５）
【特許文献２】    特開２０００−２７７４２３号公報（段落番号００１５〜００２９）
【発明の開示】
本発明の目的は、リソグラフィー、エッチングによりウエハ上に形成されるパターンの線幅のバラツキを最適化して小さくすることができる半導体装置の製造方法、及び、半導体装置製造システムを提供することにある。
本発明の第一の観点によれば、半導体チップが多面取りされる半導体ウエハ上に被エッチング膜を形成する工程と、前記被エッチング膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、前記フォトレジストに対する露光時間を前記半導体チップ毎に算出する工程と、前記算出された露光時間により前記フォトレジストにデバイスパターンを露光する工程と、前記露光されたフォトレジストを現像してレジストパターンにする工程と、前記レジストパターンをエッチングマスクに使用しながら前記被エッチング膜をエッチングしてデバイスパターンにする工程と、を有し、前記露光時間を算出する工程は、（ａ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報を有する過去に製造された複数の半導体ウエハ内の基準チップにおける前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅のバラツキが許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲内に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用いて前記露光時間を前記チップ毎に補正するステップと、を備えた半導体装置の製造方法が提供される。
これによれば、ステップ（ａ）において、基準チップにおけるデバイスパターンやレジストパターンの線幅のバラツキが、過去に製造された複数の半導体ウエハにわたって許容範囲に収まっていると判断された場合に、ステップ（ｂ）に移行して半導体ウエハの露光時間をチップ毎に補正する。その線幅のバラツキは、過去のウエハにおいて線幅が統計的に安定に分布しているかどうかの一つの目安になるので、上記のようにバラツキを判断してから露光時間の補正行うことにより、その露光時間を精度良く補正することができ、ひいては半導体装置の歩留まりを上げることができる。
また、ステップ（ａ）の前に、ステップ（ｃ）として、対象としている半導体ウエハと同じウエハ情報を有する半導体ウエハが、過去に製造された複数の半導体ウエハの中に基準値以上の数だけ存在するか否かを判断するステップを行ってもよい。このステップ（ｃ）を行うと、対象としている半導体ウエハと同じウエハ情報を有する半導体ウエハが過去に少数しか存在しないことに起因して線幅分布の信頼性が統計的に低下するのが防がれ、露光時間の補正を更に精度良く行うことができる。
そして、フォトレジストとして化学増幅型レジストを使用すると共に、そのフォトレジストを露光する工程の後、且つ、フォトレジストを現像する工程の前に、フォトレジストに対して露光後のベーク（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）を施す工程を行ってもよい。この場合は、化学増幅型レジストの種類やＰＥＢ時のウエハ温度によってレジストパターンの線幅が変動するため、上記で使用されるウエハ情報として、少なくともレジストの種類とＰＥＢ時のウエハ温度との少なくとも一方を含む情報を採用することにより、これらの要因によって生じるデバイスパターンの線幅の誤差を吸収し、露光補正をより正確に行うことができる。なお、上記の情報として、ＰＥＢを使用した装置や、装置のユニット番号を更に含むものを使用すると、露光補正の正確性が更に増す。
ＰＥＢ時のウエハ温度は、ＫｒＦよりも短波長の露光光を使用する化学増幅型レジストに大きな影響を与えるので、このような化学増幅型レジストを用いる場合に上記したウエハ情報を採用するのが特に好適である。
一方、露光光としてＩ線を使用するフォトレジストの場合は、レジストパターンを紫外線でキュアする際のウエハ温度によってレジストパターンの線幅が変動するので、そのキュア時の温度を含む情報を上記したウエハ情報として使用することにより、キュアによって生じるデバイスパターンの線幅を吸収することができ、正確な補正露光時間を得ることができる。
また、本発明の第二の観点によれば、半導体チップが多面取りされる半導体ウエハ上の被エッチング膜にフォトレジストを塗布する塗布装置と、前記フォトレジストを露光する露光装置と、露光後の前記フォトレジストを現像してレジストパターンにする現像装置と、前記レジストパターンの線幅を測長する第１測長器と、前記レジストパターンをエッチングマスクにし、前記被エッチング膜をエッチングしてデバイスパターンにするエッチング装置と、前記デバイスパターンの線幅を測長する第２測長器と、前記第１測長器と前記第２測長器の少なくとも一方の測長結果が格納される線幅データベース、露光補正テーブルが格納された露光補正データベース、及び、前記露光装置における露光時間を前記チップ毎に算出する演算部を備えた制御手段と、を有し、前記線幅データベースには、前記レジストパターン又は前記デバイスパターンのウエハ面内における線幅分布を表す線幅テーブルが、過去に製造された前記半導体ウエハのウエハ情報によってアドレス付けされて蓄積され、前記演算部は、（ａ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報によりアドレス付けされた線幅テーブルを前記線幅データベースから抽出し、該抽出された線幅テーブル内の基準チップにおける前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅のバラツキが、前記抽出されたテーブルにわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用いて前記露光時間を前記チップ毎に補正するステップと、を行い、前記露光装置は、前記演算部により前記チップ毎に算出された前記露光時間に基づいて露光を実行する半導体装置製造システムが提供される。
このような半導体装置製造システムによれば、上記した本発明の第１の観点と同様の理由によって、露光時間を精度良く補正することができ、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置製造システムの構成図であり；
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であり；
図３は、本発明の実施の形態を適用しない場合における、レジストパターンとデバイスパターンのそれぞれの線幅のウエハ面内における分布をＣＤ−ＳＥＭによって測長して得られた三次元グラフであり；
図４は、図３とは別の品種のチップが多面取りされる半導体ウエハにおいて、本発明の実施の形態を適用しない場合の、レジストパターンとデバイスパターンのそれぞれの線幅のウエハ面内における分布をＣＤ−ＳＥＭによって測長して得られた三次元グラフであり；
図５は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャート（その１）であり；
図６は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャート（その２）であり；
図７は、本発明の実施の形態において使用される未補正デバイスパターン線幅テーブルの一例を示す図であり；
図８は、本発明の実施の形態において、ＣＰＵの演算内容を模式的に表す図であり；
図９は、本発明の実施の形態において使用される露光補正テーブルの一例を示す図であり；
図１０は、本発明の実施の形態において使用される、図９とは別の品種のウエハに対する露光補正テーブルの一例を示す図であり；
図１１は、本発明の実施の形態において使用される補正済レジストパターン線幅テーブルの一例を示す図であり；
図１２は、本発明の実施の形態において使用される補正済デバイスパターン線幅テーブルの一例を示す図であり；
図１３は、本発明の実施の形態において使用される未補正レジストパターン線幅テーブルの一例を示す図であり；
図１４は、図３に示した品種のウエハにおいて、本発明の実施の形態によって露光量を補正する前と後でのデバイスパターンの線幅分布を示すグラフであり；
図１５は、図４に示した品種のウエハにおいて、本発明の実施の形態によって露光量を補正する前と後でのデバイスパターンの線幅分布を示すグラフである。
発明の実施をするための最良の形態
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体装置製造システムの構成図である。
半導体ウエハＷは、リソグラフィー工程に流されると、まずコータ（塗布装置）１３に入れられてフォトレジストが塗布される。その後、ウエハＷはステッパ等の露光装置１４に移され、例えば、配線パターン等がウエハＷの各チップ毎に１ショットづつ投影される。なお、ステッパに代えて、スキャナを露光装置１４として使用してもよい。
次いで、ホットプレート１５上において露光後のベーク（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）を行った後、現像装置１６においてフォトレジストを現像し、レジストパターンを作製する。そして、そのレジストパターンの線幅が目標の寸法になっているか否かを判断するため、レジストパターンの線幅を第１測長器１７で測長する。その測長器としては、ＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いても良いし、光学エリプソ技術を使用した光学測長器を用いてもよい。そして、リソグラフィー工程の最後に、レジストパターンのキュアがホットプレート１８上において紫外線を照射しながら行われる。
リソグラフィー工程の後、ウエハＷはエッチング工程に移され、エッチング工程で作製したレジストパターンをマスクにして絶縁膜や導電膜等の膜をエッチング装置１９内においてエッチングし、エッチングされずに残った膜よりなるデバイスパターンを作製する。その後に、得られたデバイスパターンが目標の寸法になっているか否かを調べるため、第２測長器２０においてパターンの線幅が測長される。第２測長器２０は、リソグラフィー工程で使用した第１測長器１８で代用してもよく、ＣＤ−ＳＥＭ、光学式測長器のいずれであってもよい。
上記したリソグラフィー工程やエッチング工程で使用される各半導体製造装置１３〜２０は、ホストコンピュータ（制御手段）１によって制御されており、オペレータによってその動作が管理されている。
ホストコンピュータ１は、上記の各半導体製造装置１３〜２０へのデータ入出力を所定の信号フォーマットで行うためのインターフェイス１２を備える。第１、第２測長器１７、２０からインターフェイス１を介してホストコンピュータ１に取り込まれた線幅データは、システムバス１１を介してレジストパターン用線幅データベース（第１線幅データベース）５、デバイスパターン用線幅データベース（第２線幅データベース）８等に取り込まれる。なお、これらのデータベース５、８に格納されるデータの詳細については後述する。
上記した各半導体製造装置１３〜２０の状態やウエハの履歴等は、システムバス１１に接続されたディスプレイ２上に表示され、それによりオペレータが現在の工程の様子を把握することができる。そして、ホストコンピュータ１に対する指示は、システムバス１１に接続されたキーボード４をオペレータが操作することにより行われる。
システムバス１１には更にＣＰＵ（演算部）３が接続されており、そのＣＰＵ３は、各半導体製造装置１３〜２０の制御に必要な論理演算を実行する機能や、ディスプレイ２、キーボード４、現像後の線幅データベース５、エッチング後の線幅データベース８の動作を管理する機能を有する。
次に、図１のシステムを用いた半導体装置の製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図２（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
シリコンウエハ等の半導体ウエハ１０１上に、後でパターニングされてデバイスパターンとなる膜１０２としてＳｉＯ２膜をＣＶＤ法（化学的気相成長法）により厚さ約３００ｎｍ程度に形成する。なお、露光光の反射を防止する反射防止膜として、ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ  Ｓｉｄｅ  Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ）を予め半導体ウエハ１０１の上に塗布しておいても良いし、ＴＡＲＣ（Ｔｏｐ  Ｓｉｄｅ  Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ）を膜１０２の上に塗布しても良い。
また、特に限定されないが、半導体ウエハ１０１としては、チップが多面取りされる６インチ、８インチ、１２インチのシリコンウエハを用いるのが好ましい。図２（ａ）と後続の断面図は、そのようなシリコンウエハの一つのチップにおける断面図である。
その後に、半導体ウエハ１０１を図１のコータ１３内に容れて回転数３０００ｒｐｍで回転させ、ポジ型の化学増幅型レジストを膜１０２上に約１〜２ｃｃ滴下することにより、フォトレジスト１０３を膜１０２上に塗布する。なお、コータ１３における塗布条件はこれに限定されず、種々に最適化してよい。
次に、半導体ウエハ１０１を図１の露光装置１４内に搬送し、そこでフォトレジスト１０３を露光する。本実施形態では、露光装置１４としてステッパを使用し、半導体ウエハ１０１の各チップ毎に１ショットづつパターンを露光してく。
これにより、図２（ｂ）に示すように、露光パターン形状の感光部１０３ｂがフォトレジスト１０３に形成され、それ以外の部分のフォトレジスト１０３は感光されずに非感光部１０３ａとなる。上記したように、フォトレジスト１０３は化学増幅型のレジストなので、露光光が照射された感光部１０３ａには酸が発生する。
その後に、半導体ウエハ１０１を図１のホットプレート１５上に搬送し、アミンが除去されて環境制御がなされた雰囲気中で基板温度を１２０℃に設定してフォトレジスト１０３をベークする。このベークは、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｉｎｇ）とも呼ばれ、感光部１０３ｂにおける酸の生成を加速させるために行われる。
次いで、図１の現像装置１６内においてフォトレジスト１０３を現像することにより、図２（ｃ）に示すように、酸が存在する感光部１０３ｂを除去し、残存する非感光部１０３ａをレジストパターン１０４として使用する。
次に、このレジストパターン１０４の線幅が目標値となっているか否かを調べるため、半導体ウエハ１０１を図１の第１測長装置１７内に搬送し、そこでレジストパターン１０４の線幅を測長する。
その後、レジストパターン１０４を完全に架橋させるために、半導体ウエハ１０１を図１のホットプレート１８上に搬送し、そこで紫外線を照射しながらレジストパターン１０４を加熱してキュアする。
続いて、図１のエッチング装置１９が有するエッチングチャンバ（不図示）内に半導体ウエハ１０１を容れる。エッチングチャンバの種類は特に限定されず、例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のチャンバを使用し得る。そして、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン１０４をマスクとして使用し、その下の膜１０２をエッチングしてデバイスパターン１０２ａとする。
そのデバイスパターン１０２ａは、特に限定されないが、例えば配線パターンやキャパシタ誘電体膜のパターンである。
この後に、例えば酸素雰囲気中のアッシングにより、レジストパターン１０４を灰化して除去する。
ところで、このデバイスパターン１０２ａは、半導体ウエハ１０１の全てのチップの同じ部分に着目した場合、その全てのチップにおいて同じ線幅を有する必要がある。そこで、本願発明者は、その線幅が半導体ウエハ１０１の面内においてどのように分布するかについて調査した。その調査結果を図３に示す。
図３は、レジストパターン１０３とデバイスパターン１０２ａの線幅のウエハ面内における分布をＣＤ−ＳＥＭによって測定した結果を示す三次元グラフである。各グラフにおけるｘ、ｙ座標は、同図右側に示すウエハのチップの位置を示し、ｚ座標が線幅を表す。
このうち、「現像後」の欄に示されるグラフは、フォトレジスト１０３を現像して得たレジストパターン１０４のウエハ面内における線幅分布を表し、「キュア後」の欄に示されるグラフは、レジストパターン１０４をキュアした後のレジストパターン１０４の線幅分布を表す。そして、「エッチング後」の欄に示されるグラフは、最終的な管理対象となるデバイスパターン１０２ａの線幅を表す。
なお、それぞれのグラフにおいて、Ｏ．Ｆとはウエハのオリエンテーションフラットが向いている方向を意味する。「現像後」、「キュア後」、「エッチング後」のそれぞれの欄において左右二つのグラフが示されているが、右側のグラフは左側のグラフを時計周りに９０°回転させたものであって、両グラフは同じウエハの測定結果を表す。
図３の「現像後」と「キュア後」とを比較すると、レジストパターン１０４の線幅分布は両者ともウエハ面内において略同傾向を示す。一方、「エッチング後」に示されるデバイスパターン１０２ａの線幅分布を見ると、その分布傾向は、「現像後」や「キュア後」に示されるレジストパターン１０４とは異なった傾向を示す。
「エッチング後」に示されるデバイスパターン１０２ａの線幅は、ウエハの周縁部分のチップでは細く、ウエハの中央付近のチップで太くなっており、ウエハ全面にわたって一様に分布しているとは言えない。よって、後述するようにステッパの露光量を各チップ毎に異ならせ、ウエハの全てのチップにおいてデバイスパターン１０２ａの線幅が同じ値になるようにする必要がある。
図４は、図３とは別の品種のチップが多面取りされるウエハに対して図３と同じ調査をおこなって得た三次元グラフである。
図３と図４を比較すると、チップの品種が異なると、最終的なデバイスパターン１０２ａの分布も異なることが理解される。
これは、品種が異なるウエハでは、使用するフォトレジスト１０３、コータ１３、ホットプレート１５、１８も異なり、これらの材料や装置環境におけるバラツキ成分が種類の異なるウエハに対して異なった形で現れるためである。なお、ここでは品種の違いを考えたが、同じ品種であっても、デバイスパターン１０２ａの層が異なれば上記のようにデバイスパターン１０２ａの面内分布も異なった傾向となる。同じ品種の異なる層とは、例えば、同一チップ内の一層目の配線層と二層目の配線層や、配線層と層間絶縁層等を指す。
また、図４の「エッチング後」のグラフ、すなわちデバイスパターン１０２ａの分布を見ると、その線幅がウエハの中心に対して同心円状に分布していないことが判る。従って、線幅分布が同心円状であることを前提とし、露光量を同心円状に変化させる特許文献２に記載の方法は、図４のような線幅分布を示すデバイスパターン１０２ａに対しては有効ではない。
そこで、デバイスパターン１０２ａの線幅分布の仕方によらず、その線幅をウエハ面内で略同じ値に補正するために、本実施形態では図５、図６に示すフローチャートに従ってステッパの露光量を補正する。
図５、図６は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートであって、図１のコータ１３を出たウエハに対する処理手順を示す図である。また、説明の都合上、以下では既述の図１、図２も参照する。
まず、図２（ａ）に示した工程を１ロットのウエハに対して行い、各ウエハに対してフォトレジスト１０３を塗布する。１ロットに含まれるウエハの枚数は、特に限定されないが、例えば試験用に使用される１枚のパイロットウエハと、２４枚の製品ウエハの合計２５枚である。
次いで、ステップＳ１において、露光装置１４における露光時間の補正を本発明の方法で行うか否かを判断する。この判断は、オペレータがディスプレイ２を見ながらキーボード４を操作することで行われる。
ステップＳ１で露光補正をしないと判断されるのは、例えば、今から流そうとするロットが新品種の場合である。これは、新品種に対して本実施形態の露光補正を行うと、後述するように、今までデータベース５、８に蓄積していなかった新しい傾向の線幅分布がデータベース５、８に落とされ、データベース内のデータの傾向が乱されてしまうからである。
よって、新品種に対しては補正をしない（ＮＯ）と判断し、後述の通常処理に移行するのが好ましい。
一方、ステップＳ１で補正をすると判断されるのは、例えば、流されるロットが今までに何度も露光工程に流されている既存の品種の場合である。この場合は、データベース５、８内に蓄積されている線幅分布と同じ傾向の線幅分布がこのロットでも得られると期待できるため、たとえその線幅分布をデータベース５、８に落としても、データベース５、８内にあるデータの傾向が乱されることはない。
ステップＳ１において補正をする（ＹＥＳ）と判断した場合は、ステップＳ２に移行し、露光時間の補正を図１のホストコンピュータ１で自動的に行うか、或いはホストコンピュータ１に頼らずオペレータが手動で行うかを判断する。この判断も、ステップＳ１と同様に、オペレータがディスプレイ２を見ながらキーボード４を操作することにより行われる。
ステップＳ２で露光時間の補正を手動で行う場合としては、例えば、対象となるウエハが、開発目的や実験目的で露光工程に単発的に流される場合がある。これは、そのようなウエハに対して補正を自動で行ってしまうと、ステップＳ１で説明したのと同様の理由によってデータバース５、８内のデータの傾向が乱されてしまうからである。また、開発目的や実験目的で流されるウエハは、製品ウエハのように１ロットづつまとまって流されるのは稀であり、一枚又は数枚程度の単位でしか露光工程に流されないので、それを製品ウエハ用の通常処理にまわすことはできず、手動で露光補正をする必要がある。
一方、露光時間の補正を自動で行うとステップＳ２において判断される場合としては、ステップＳ１と同様に、流されるロットが今までに何度も露光工程に流されている既存の品種の場合がある。この場合は、ステップＳ１で説明したのと同様の理由により、データベース５、８内のデータの傾向が乱されることはない。
ステップＳ２で「自動」と判断された場合は、ステップＳ３に移行し、今から流そうとするウエハの情報をホストコンピュータ１に入力する。入力される情報としては、最終的なデバイスパターン１０２ａの線幅のウエハ面内分布に影響を与えるものが採用され、例えば、製品の品種、層、フォトレジスト１０３の種類、エッチング条件、コータ１３の機種、コータ１３におけるスピンコートの条件、ＰＥＢ時のウエハ温度、及び、フォトレジスト１０３のキュア時のウエハ温度等がある。
この入力作業は、ディスプレイ２を見ながらオペレータがキーボード４を操作することにより行われる。また、このウエハ情報は、１ロット内の２５枚のウエハのそれぞれに共通なので、オペレータは１ロットにつき一回だけこのウエハ情報の入力を行えばよい。なお、このような手入力に代えて、製造ラインのバーコードに上記のウエハ情報をあらかじめ含ませておき、そのバーコードを読み取ることで自動的にウエハ情報を入力してもよい。
次いで、ステップＳ４に移行し、ステップＳ３で入力された情報を基にＣＰＵ３がデバイスパターン用線幅データベース８と通信を行う。
ここで、線幅データベース８には、過去に本発明の方法で露光量補正を行わなかった場合に得られたデバイスパターン１０２ａの線幅分布がテーブル９（以下、未補正デバイスパターン線幅テーブルと言う）の形で複数蓄積されている。この未補正デバイスパターン線幅テーブル９一例は図７に示す通りであり、上記したウエハ情報が各々のテーブルのアドレスとなり、それぞれのテーブル９にはテーブル番号が付与されている。
そして、上記のアドレス、即ちウエハ情報を一つ指定すると、そのウエハ情報に含まれる条件に一致するテーブル９が抽出される。抽出されたテーブル９の各々は、そのウエハ情報に従って過去作成されたデバイスパターン１０２ａの線幅の面内分布を表す。線幅の面内分布とは、図７に示すように、ウエハ内の全てのチップにそのチップの代表点におけるデバイスパターンの線幅を割り当てたものを言い、その代表点としては、全てのチップにおいて同じ点、例えばチップの中心点が用いられる。
なお、上記のテーブル９とそのテーブルが表すウエハとは一対一に対応するので、以下ではこのテーブル９のことを単にウエハと言う場合もある。
ステップＳ４では、このように入力されたウエハ情報に一致するテーブル９が読み出されるのであるが、今対象としているウエハと同一の品種のウエハを過去に多数流した場合は、このように読み出されるテーブル９が多数存在すると期待できる。これに対し、同一のウエハを過去に余り流していない場合は読み出されるテーブル９の数も少なくなる。
読み出されたテーブル９の数が多いと、テーブル９内の線幅分布の信頼性が統計的に向上するので、読み出されたテーブル９における線幅分布を基にして精度良く露光量を補正することができる。
一方、そのようなテーブル９の数が少ないと、線幅分布の信頼性が統計的に低下してしまうので、そのテーブル９を基にしたのでは露光量の補正が荒くなってしまう。
このように、ステップＳ４で読み出されるテーブル９の数は、過去にデータベース８に蓄積したテーブル９を基にして今から流そうとするウエハの露光量補正を精度良く行えるか否かを判断する一つの基準となる。
そこで、ステップＳ４を終了した後はステップＳ５に移行し、ステップＳ４で抽出されたテーブル９の数を計数し、その計数値が基準値以上であるか否かを判断し、基準値以上となった場合に、過去に蓄積したデータベースを基にして正確な露光量の補正が可能であると判断する。そして、抽出されたテーブル９の数の計数値が基準値よりも小さいと判断された場合は、過去のデータベースを基にしたのでは正確な露光量補正ができないと判断し、後述するような通常の露光処理に移行する。
このとき採用される基準値は、特に限定されないが、例えば５個以上とする。
そして、ステップＳ５において補正可能である（ＹＥＳ）と判断された場合はステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、ステップＳ４で読み出された各テーブルから、複数の基準チップ、例えば、ウエハ中心の１チップとウエハ周縁部の４チップの計５チップが抽出される。この５チップの位置は、図８の太線で示すように、ウエハの略中心である（Ｄ、４）と、ウエハ周縁部の４点の（Ａ、４）、（Ｄ、１）、（Ｄ、８）、（Ｈ、４）である。また、これらのチップは、抽出された各テーブルについて同じチップを採用する必要がある。
このように基準チップを抽出した後は、図８に示すように、抽出された各テーブルについて、位置（Ａ、４）での線幅を抽出する。なお、図８は、ＣＰＵ３の演算内容を模式的に表す図であり、その例では、テーブル番号が３、５、６、９、１１、１２、１７の計７個のテーブルがステップＳ４で抽出され、この各々のテーブルの線幅が図示のように抽出されている。
その後、この位置（Ａ、４）での線幅を各テーブルにわたって平均し、その平均値ＷＡＶを算出する。更に、この平均値ＷＡＶの＋／−１０％にある範囲を算出し、それを位置（Ａ、４）における線幅の許容範囲とする。そして、抽出されたテーブル内での線幅の最大値と最小値とを求め、これらが共に許容範囲にあるか否かを判断することにより、位置（Ａ、４）における線幅が、抽出された全てのテーブルにおいてこの許容範囲にあるか否かが判断される。
また、これと同じことを他のチップ位置（（Ａ、３）、（Ｂ、２）、…）でも行い、それぞれの位置について、線幅が許容範囲にあるか否かが判断される。
ここで、抽出された５つの基準チップの少なくとも一つにおいて線幅が許容範囲に無い場合は、デバイスパターン１０２ａの線幅が抽出された各テーブルにわたってランダムに分布していると判断される。この場合は、抽出されたテーブルにおける線幅の分布が統計的に安定していないので、そのテーブルを用いて精度良く露光量を補正することができない。よって、この場合は、自動で露光量補正を行うのは危険であり、後述の通常の露光処理に移行する。
一方、５つの基準チップの全ておいて線幅が許容範囲に分布している場合は、デバイスパターンの線幅が抽出されたテーブルにわたって統計的に安定にばらついていると判断され、ステップＳ７に移行する。図８の例では、（Ｄ、４）、（Ａ、４）、（Ｄ、１）、（Ｄ、８）、（Ｈ、４）の５つの基準チップの全てにおいて線幅が許容範囲に分布しているので、バラツキが安定であると判断され、ステップＳ７に移行する。
そのステップＳ７では、ＣＰＵ３が露光補正データベース２１と通信し、ステップＳ３で入力されたウエハ情報と一致する露光補正テーブル２２を抽出する。
図９は、その露光補正テーブル２２の一例であって、一つのテーブルには露光時間Ｔと、その露光時間Ｔで露光した場合のデバイスパターンの線幅Ｗとが対応Ｗ＝ｆ（Ｔ）により対応づけられて格納されており、各々のテーブルはウエハ情報によってアドレッシングされる。但し、この例では、ｆをＴの有限次数の多項式で近似している。また、図９のテーブルは、既述の図３に示されるウエハと同じウエハ情報でアドレス指定をして抽出たものである。
一方、図１０は、既述の図４に示されるウエハと同じウエハ情報でアドレス指定をして抽出された露光補正テーブル２２である。このウエハの品種は、図９に示されるものと異なるため、その露光補正テーブルは図９とくらべて緩やかな傾きを示す。このように異なる傾向となるのは、ウエハ情報に含まれる条件、例えば品種が異なると、露光装置のＮＡ（開口数）、絞りの大きさ等が図９と異なり、それにより露光マージンも図９と異なるためである。
各テーブル２２は、ホストコンピュータ１をセットアップする前に、与えられたウエハ情報に含まれる条件（製品の品種、層、フォトレジスト１０３の種類、エッチング条件、コータ１３の機種、コータ１３におけるスピンコートの条件等）に基づき、露光量を種々振ってデバイスパターンの線幅を変化させ、その線幅を測長器で測長することにより作成される。そして、得られた各テーブル２２は、ホストコンピュータ１をセットアップする際に露光補正データベース２１に格納される。
ＣＰＵ３は、この露光補正テーブル２２を使用し、過去の露光量の履歴に基づき、ウエハ内の全チップにおける露光量の補正を次のようにして行う。
例えば、上記したデバイスパターン１０２ａの線幅の設計値Ｗ０が１９５０ｎｍであり、その線幅の平均値ＷＡＶがあるチップにおいて１８９０ｎｍであるとする。その場合、過去の平均露光時間ｆ−１（ＷＡＶ）は５２０ｍｓｅｃとなり、設計値の１９５０ｎｍを得るための露光時間ｆ−１（Ｗ０）である４３０ｍｓｅｃと比較して、差分ΔＴ＝ｆ−１（ＷＡＶ）−ｆ−１（Ｗ０）＝９０ｍｓｅｃだけ露光時間が長い（オーバードーズ）ことが理解できる。よって、この場合は、過去の平均露光時間ｆ−１（ＷＡＶ）（＝５２０ｍｓｅｃ）からΔＴ（＝９０ｍｓｅｃ）を引くことで、目標とする線幅１９５０ｎｍを得るのに適正な露光時間である４３０秒を算出することが可能となる。
ステップＳ７では、このような計算をＣＰＵ３がウエハ内の全チップに対して行うことにより、露光時間の補正が全チップに対して行われる。
上記は、ステップＳ２で露光補正を自動で行うと判断した場合であったが、対象となるウエハが開発目的や実験目的のウエハであり、ステップＳ２で露光補正を手動で行うと判断された場合は、ステップＳ２からステップＳ１７に移行する。
そのステップＳ１７では、対象となるウエハのウエハ情報に最も近い露光補正テーブル２２を参照する。その露光補正テーブル２２は、露光補正データベース２１に格納されているのものを使用しても良いし、露光工程においてハードコピーや電子ファイルの形態で保管されているものを使用しても良い。そして、このような露光補正テーブルの中から対象となるウエハのウエハ情報に最も近いものを選び出す際の基準は、オペレータの経験や直感によって定まる。
このようにして露光補正テーブルを手動で選び出した後は、既述したステップＳ７の作業を手動で行い、露光量の補正を行う。
ステップＳ２において手動、自動のいずれを選択した場合であっても、ステップＳ７を終了した後はステップＳ８に移行する。
そのステップＳ８では、１ロット内に含まれるウエハを露光装置１４に一枚づつ流し、フォトレジスト１０３をチップ毎に１ショットづつ露光していく。このとき、各ショットの露光時間としては、ステップＳ７で算出された露光時間を採用する。
その後、１ロットのウエハを図１のホットプレート１５上に搬送し、各ウエハのフォトレジスト１０３に対してＰＥＢを行う。そのＰＥＢは、アミンが除去されて環境制御がなされた雰囲気中、ウエハ温度１２０℃で行われる。
次いで、ステップＳ９に移行し、１ロット内の全ウエハを現像装置１６に容れてフォトレジスト１０３を現像し、全ウエハ上にレジストパターン１０４を形成する。
その後に、ステップＳ１０に移行し、ＣＤ−ＳＥＭ等の第１測長器１７でレジストパターン１０４の線幅を測長する。この測長は、全ウエハの全チップの代表点に対して行われる。
そして、ステップＳ１１に移行し、ステップＳ１０で測長した各ウエハのレジストパターンの線幅を、レジストパターン用線幅データベース５に転送する。この転送により、図１１に示すようなテーブル７（以下、補正済レジストパターン線幅テーブルと言う）がウエハ毎に一つずつデータベース５に格納されていく。この補正済レジストパターン線幅テーブル７は、既述のウエハ情報がアドレスとなり、その各々にテーブル番号が付与される。そして、各テーブル７は、レジストパターンの線幅の面内分布をデータとして有する。
ところで、本実施形態では、最終的なデバイスパターン１０２ａの線幅を設計値に近づけるのであるが、図３に示したように、デバイスパターン１０２ａの線幅分布とレジストパターン１０４の線幅分布は必ずしも同じ傾向を有するとは限らない。そのため、一見したところ目標とするデバイスパターン１０２ａの線幅よりも大きく外れた線幅のレジストパターン１０４でも、目標の線幅を有するデバイスパターン１０２ａが作成できる場合もある。ところが、工程を管理するオペレータがこのことを知らないと、デバイスパターン１０４の線幅から大きくはずれた線幅を有するレジストパターン１０２ａがオペレータの所に流れてきた際、オペレータが誤ってそのレジストパターン１０２ａを不良であると判断する恐れがある。
そこで、次のステップＳ１２では、１ロットの各々のウエハについて、レジストパターン１０４の線幅の許容範囲と、ステップＳ１０で測長した測長値とをディスプレイ２に表示する。例えば、最終的なデバイスパターン１０４の線幅目標値が３００ｎｍであり、Ｅｔｃｈ  Ｓｈｉｆｔ（デバイスパターン１０４の線幅−レジストパターン１０２ａの線幅）が−５０ｎｍの場合を考える。この場合、レジストパターン１０２ａの線幅を３５０ｎｍに仕上げないと、デバイスパターン１０４の線幅が目標とする３００ｎｍにならないので、ディスプレイ２上には、レジストパターン１０２ａの線幅目標値が３５０ｎｍである旨を表示する。そして、この線幅目標値に所定の幅を設け、それをレジストパターン１０２ａの線幅の許容範囲としてディスプレイ２上に表示する。
このように許容範囲を表示することで、オペレータは、表示された情報に基づいて、レジストパターン１０４の線幅が許容範囲内にあるか否かを判断することができ、レジストパターン１０４の線幅を誤って不良と判断する恐れが無くなる。
この後は、まず、１ロットの各ウエハを図１のホットプレート１８上に搬送し、環境制御がなされた雰囲気中でウエハ温度を１２０℃に保持しながらレジストパターン１０４に紫外線を照射してキュアする。
次いで、ステップＳ１３に移行し、１ロット内のウエハを１枚づつ図１のエッチング装置１９内に入れ、レジストパターン１０４をマスクにしながら膜１０２をエッチングし、エッチングにより残った膜１０２をデバイスパターン１０２ａとする。その後に、デバイスパターン１０２ａは除去される。
続いて、ステップＳ１４に移行して、１ロット内のウエハを一枚づつ図１の第２測長器２０に容れ、そこで各ウエハの全チップにおけるデバイスパターン１０２ａを測長する。測長の対象となるデバイスパターン１０２ａとしては、図７に示した未補正デバイスパターン線幅テーブル９と同様に、全チップにおける代表点が採用される。
その後、ステップＳ１５に移行し、ステップＳ１４で測長した各ウエハのデバイスパターン１０２ａの線幅を、デバイスパターン用線幅データベース８に転送する。この転送により、図１２に示すようなテーブル１０（以下、補正済デバイスパターン線幅テーブルと言う）がウエハ毎に一枚ずつデータベース８に格納されていく。この補正済デバイスパターン線幅テーブル１０は、既述のウエハ情報によりアドレス付けされ、デバイスパターン１０２ａの線幅の面内分布をデータとして有する。
以上によって、上記１ロットのリソグラフィー工程とエッチング工程とが終了する。
この後は、ステップＳ１６に移行し、この１ロットのウエハを後続の工程、例えば絶縁膜の形成工程等に払い出しする。
ところで、上記したステップＳ１、Ｓ５、Ｓ６のいずれかでＮＯと判断された場合は、図６に示す通常の露光処理のルーティンに移行する。
このルーティンでは、まず、ステップＳ１８において、１ロットの先頭にあるパイロットウエハに対して露光、現像を行う。そして、そのパイロットウエハのレジストパターン１０４の線幅を測長器で測長する。
次いで、ステップＳ１９に移行し、ステップＳ２０で測長した測長値が、レジストパターン１０４の線幅の目標値からどのくらいずれているかを算出し、そのずれ量に基づいて後続の製品ウエハに対する露光時間の補正をチップ毎に行う。このような露光時間の補正方法は、既存の露光工程においては十分確立されている。
その後、ステップＳ２０に移行して、１ロット内の製品ウエハを一枚づつ図１の露光装置１４に流し、上でチップ毎に算出された露光時間を用いて製品ウエハ上のフォトレジスト１０３を１チップづつ露光していく。そして、図１のホットプレート１５において、露光後のフォトレジスト１０３に対してＰＥＢを行う。
次いで、ステップＳ２１に移行し、１ロット内の全ウエハを現像装置１６に容れてフォトレジスト１０３を現像し、全ウエハ上にレジストパターン１０４を形成する。
続いて、ステップＳ２２に移行し、ＣＤ−ＳＥＭ等の第１測長器１７でレジストパターン１０４の線幅を測長する。この測長は、１ロットの全製品ウエハに対して行われ、各ウエハの全チップにける代表点において測長される。なお、スループットを高めるために、全ウエハではなく、１ロット中２〜５枚程度抜き取って、それらに対して側長を行ってもよい。
その後に、１ロット内の製品ウエハを図１のホットプレート１８上に搬送し、レジストパターン１０４を加熱しながら紫外線でキュアする。
次いで、ステップＳ２３に移行し、１ロット内の製品ウエハを１枚づつ図１のエッチング装置１９内に入れ、レジストパターン１０４をマスクにしながら膜１０２をエッチングし、エッチングにより残った膜１０２をデバイスパターン１０２ａとする。
続いて、ステップＳ２４に移行して、１ロット内の製品ウエハを一枚づつ図１の第２測長器２０に容れ、そこで各ウエハの全チップにおけるデバイスパターン１０２ａを測長する。測長の対象となるデバイスパターンとしては、全チップに共通に予め定められた代表点におけるパターンを採用する。
次に、ステップＳ２５に移行し、ステップＳ２２で測長した現像後のレジストパターン１０４の線幅面内分布をレジストパターン用線幅データベース５に転送し、且つ、ステップＳ２３で測長したエッチング後のデバイスパターン１０２ａの線幅面内分布をデバイスパターン線幅データベース８に転送するか否かを判断する。
この判断において、転送する（ＹＥＳ）と判断されるのは、例えば、今流しているロットが新品種であり、今後も同品種のロットを多く流すと予想される場合である。
このような場合は、ステップＳ２６に移行し、レジストパターン１０４の線幅面内分布を、図１３に示すようなテーブル６（以下、未補正レジストパターン線幅テーブルと言う）の形でウエハ毎にレジストパターン用線幅データベース５に蓄積していく。この未補正レジストパターン線幅テーブル（第１未補正テーブル）６は、既述のウエハ情報がアドレスとなり、その各々にテーブル番号が付与される。そして、各テーブル６は、ステップＳ２２で測長されたレジストパターン１０４の線幅の面内分布をデータとして有する。
また、これと共に、デバイスパターン１０２ａの線幅面内分布を、図７に示した未補正デバイスパターン線幅テーブル（第２未補正テーブル）９の形でデバイスパターン線幅データベース８にウエハ毎に格納する。
このように、デバイスパターン線幅データベース８にテーブル９を格納することにより、蓄積されるテーブル９の数が増える。これにより、次回以降のロットにおいて、ステップＳ１で露光補正をする（ＹＥＳ）とオペレータが判断すると、ステップＳ５において過去の履歴から補正可能である（ＹＥＳ）と判断され易くなるので、露光補正が全て自動で行われる確率が高くなる。その結果、露光補正を手動で行うことに起因するオペレータの負担を軽減することができると共に、露光工程のスループットを速めることができる。
このようにステップＳ６が終了した後は、既述した図５のステップＳ１６に移行し、ロットを次の工程に払い出す。
一方、ステップＳ２５で線幅の面内分布を補正前データベース９に転送しない（ＮＯ）と判断されるのは、例えば、対象となるウエハが、開発目的や実験目的で露光工程に単発的に流される場合である。そのようなウエハは、製品ウエハとは異なった傾向の線幅分布を示すので、その線幅の面内分布をデータベース５、９に転送してしまうと、各データベース５、９に蓄積されているデータの傾向が乱されてその信頼性が低下してしまう。よって、このようなウエハに対しては、その線幅の面内分布をデータベース５、９に転送するのは好ましくなく、ステップＳ２５においてＮＯと判断するのが好ましい。
このようにステップＳ２５でＮＯと判断された場合は、ステップＳ２６を経ずに図５のステップＳ１６に移行し、ロットを次の工程に払い出す。
上記した実施形態によれば、ステップＳ４において、過去に製造された半導体ウエハ（未補正デバイスパターン線幅テーブル９）のうち、今対象となっている半導体ウエハと同じウエハ情報を有するものを抽出する。そして、ステップＳ６において、ステップＳ４で抽出された半導体ウエハ内の基準チップにおけるデバイスパターン１０２ａの線幅のバラツキが、抽出された過去の半導体ウエハにわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断する。その後、そのバラツキが許容範囲内に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用い、対象としている半導体ウエハの露光時間をチップ毎に補正する。
デバイスパターン１０２ａの線幅のバラツキは、抽出された過去のウエハにおいて線幅が統計的に安定に分布しているかどうかの一つの目安になるので、上記のようにバラツキを判断してから露光時間の補正行うことにより、その露光時間を精度良く補正することができ、ひいては半導体装置の歩留まりを上げることができる。
また、ステップＳ６の前に、ステップＳ５において、抽出された過去の半導体ウエハが基準値以上の数だけ存在するか否かを判断し、基準値以上存在する場合にステップＳ６に移行するので、抽出された過去の半導体ウエハが少数であることに起因して線幅分布の信頼性が統計的に低下するのが防がれ、露光時間の補正を更に精度良く行うことができる。
特に、フォトレジストとして化学増幅型レジストを使用する場合は、そのレジストの種類やＰＥＢ時のウエハ温度によってレジストパターン１０４の線幅が変動する。よって、この場合は、上記で使用されるウエハ情報として、少なくともレジストの種類とＰＥＢ時のウエハ温度との少なくとも一方を含む情報を採用することにより、これらの要因によって生じるデバイスパターン１０２ａの線幅の誤差を吸収し、露光補正をより正確に行うことができる。
ＰＥＢ時のウエハ温度は、ＫｒＦよりも短波長の露光光を使用する化学増幅型レジストに大きな影響を与えるので、このような化学増幅型レジストを用いる場合に上記したウエハ情報を採用するのが特に好適である。
一方、露光光としてＩ線を使用するフォトレジストの場合は、レジストパターン１０４を紫外線でキュアする際のウエハ温度によってレジストパターン１０４の線幅が変動するので、そのキュア時の温度を含む情報を上記したウエハ情報として使用することにより、キュアによって生じるデバイスパターン１０２ａの線幅を吸収することができ、正確な補正露光時間を得ることができる。
また、このようなレジスト種によらず、デバイスパターン１０２ａの出来上がりの線幅に影響を与えるような要素を含んだウエハ情報を採用することにより、その要素による線幅の変動を吸収するように露光時間を補正することが可能となる。そのような要素としては、例えば、ＤＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等で表されるチップの品種、フォトレジストを塗布するときに使用される塗布装置の機種、該塗布装置における塗布条件、膜をエッチングするときのエッチング条件、及び、デバイスパターンが形成される層等がある。
図１４は、図３に示した品種のウエハにおいて、上記実施形態によって露光量を補正する前と後でのデバイスパターン１０２ａの線幅分布を示すグラフである。これに示されるように、補正前はデバイスパターン１０２ａの線幅がウエハ面内で一様でないが、補正後では線幅分布がウエハ面内で一様に均されており、本実施形態の効果が確認できる。
一方、図１５は、図４に示した品種のウエハにおいて、上記実施形態によって露光量を補正する前と後でのデバイスパターンの線幅分布を示すグラフである。この品種においては、図示のように、補正前の線幅分布が同心円状ではないので、特許文献２の方法では露光補正を精度良く行うことができないが、本実施形態の方法で露光補正を行うことにより、図示のように線幅分布を一様にすることができる。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記では、ステップＳ７において、デバイスパターン１０２ａの線幅Ｗが露光時間Ｔと対応付けられてなる露光補正テーブル２２を使用したが、これに代えて、レジストパターン１０４の線幅Ｗが対応Ｗ＝ｆ（Ｔ）により露光時間Ｔと対応付けられた露光補正テーブルを使用してもよい。その露光補正テーブルは、既述したウエハ情報によってアドレス付けされる。
また、ステップＳ６では、未補正デバイスパターン線幅テーブル９を利用してデバイスパターン１０２ａの過去のバラツキを判断したが、これに代えて、図１３に示したような未補正レジストパターン線幅テーブル６を利用して、レジストパターン１０４の過去のバラツキを判断してもよい。
【図１】
2004095547.tif 000003
【図２】
2004095547.tif 000004
【図３】
2004095547.tif 000005
【図４】
2004095547.tif 000006
【図５】
2004095547.tif 000007
【図６】
2004095547.tif 000008
【図７】
2004095547.tif 000009
【図８】
2004095547.tif 000010
【図９】
2004095547.tif 000011
【図１０】
2004095547.tif 000012
【図１１】
2004095547.tif 000013
【図１２】
2004095547.tif 000014
【図１３】
2004095547.tif 000015
【図１４】
2004095547.tif 000016
【図１５】
2004095547.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月15日(2005.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが多面取りされる半導体ウエハ上に膜を形成する工程と、
前記膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストに対する露光時間を前記半導体チップ毎に算出する工程と、
前記算出された露光時間により前記フォトレジストにデバイスパターンを露光する工程と、
前記露光されたフォトレジストを現像してレジストパターンにする工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクに使用しながら前記膜をエッチングしてデバイスパターンにする工程と、を有し、
前記露光時間を算出する工程は、
（ａ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報を有する過去に製造された複数の半導体ウエハ内の基準チップにおける前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅のバラツキが許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲内に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用いて前記露光時間を前記チップ毎に補正するステップと、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）の前に、
（ｃ）対象としている前記半導体ウエハと同じウエハ情報を有する半導体ウエハが、前記過去に製造された複数の半導体ウエハのなかに基準値以上の数だけ存在するか否かを判断するステップ
を有し、前記ステップ（ｃ）において基準値以上存在すると判断される場合に前記ステップ（ａ）を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ）又は前記ステップ（ｃ）でＮＯと判断された場合は、
試験ウエハ上に前記レジストパターンを作成し、該レジストパターンの線幅と目標の線幅とのずれ量を算出し、該ずれ量に基づいて対象とする前記半導体ウエハに対する前記露光時間を補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ）は、対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報でアドレス付けされた前記第１未補正テーブルを前記第１線幅データベースから抽出し、該抽出されたテーブル内の基準チップにおける前記レジストパターンの線幅のバラツキが、前記抽出された第１未補正テーブルにわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ）は、対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報でアドレス付けされた前記第２未補正テーブルを前記第２線幅データベースから抽出し、該抽出されたテーブル内の基準チップにおける前記デバイスパターンの線幅のバラツキが、前記抽出された第２未補正テーブルにわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ステップ（ａ）は、
（ａ１）前記基準チップの所定部分における前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅を、前記過去に製造された複数の半導体ウエハにわたって平均するステップと、
（ａ２）  前記ステップ（ａ１）で求めた線幅の平均値の＋／−１０％にある範囲を前記基準チップ毎に算出し、該範囲を前記許容範囲とするステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｂ）における前記露光補正テーブルとして、前記露光時間Tと、該露光時間Tで露光した場合の前記デバイスパターンの線幅Wとが対応W=f(T)によって対応づけられたテーブルを使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｂ）における前記露光補正テーブルとして、前記露光時間Tと、該露光時間Tで露光した場合の前記レジストパターンの線幅Wとが対応W=f(T)によって対応づけられたテーブルを使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
（ｈ）前記レジストパターンの線幅を前記チップ毎に測長するステップと、
（ｉ）前記レジストパターンの測長値を第１線幅データベースに転送し、前記レジストパターンの線幅のウエハ面内分布を表す第１補正済テーブルを前記第１線幅データベースに作成するステップと、
（ｊ）前記デバイスパターンの線幅を前記チップ毎に測長するステップと、
（ｋ）前記デバイスパターンの測長値を第２線幅データベースに転送し、前記デバイスパターンの線幅のウエハ面内分布を表す第２補正済テーブルを前記第２線幅データベースに作成するステップと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体チップが多面取りされる半導体ウエハ上の膜にフォトレジストを塗布する塗布装置と、
前記フォトレジストを露光する露光装置と、
露光後の前記フォトレジストを現像してレジストパターンにする現像装置と、
前記レジストパターンの線幅を測長する第１測長器と、
前記レジストパターンをエッチングマスクにし、前記膜をエッチングしてデバイスパターンにするエッチング装置と、
前記デバイスパターンの線幅を測長する第２測長器と、
前記第１測長器と前記第２測長器の少なくとも一方の測長結果が格納される線幅データベース、露光補正テーブルが格納された露光補正データベース、及び、前記露光装置における露光時間を前記チップ毎に算出する演算部を備えた制御手段と、
を有し、
前記線幅データベースには、前記レジストパターン又は前記デバイスパターンのウエハ面内における線幅分布を表す線幅テーブルが、過去に製造された前記半導体ウエハのウエハ情報によってアドレス付けされて蓄積され、
前記演算部は、（ａ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報によりアドレス付けされた線幅テーブルを前記線幅データベースから抽出し、該抽出された線幅テーブル内の基準チップにおける前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅のバラツキが許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用いて前記露光時間を前記チップ毎に補正するステップと、を行い、
前記露光装置は、前記演算部により前記チップ毎に算出された前記露光時間に基づいて露光を実行することを特徴とする半導体装置製造システム。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記ステップ（ａ）の前に、
（ｃ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報でアドレス付けされた前記テーブルの数を計数し、計数値が基準値以上であるか否かを判断するステップと、
を有し、前記ステップ（ｃ）において前記係数値が基準値以上であると判断される場合に前記ステップ（ａ）を行うことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置製造システム。
【請求項１２】
前記制御部が行う前記ステップ（ａ）は、
（ａ１）前記基準チップの所定部分における前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅を、前記抽出された複数の線幅テーブルにわたって平均するステップと、
（ａ２）  前記ステップ（ａ１）で求めた線幅の平均値の＋／−１０％にある範囲を前記基準チップ毎に算出し、該範囲を前記許容範囲とするステップと、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置製造システム。
【請求項１３】
前記露光補正テーブルは、前記露光時間Tと、該露光時間Tで露光した場合の前記デバイスパターンの線幅Wとが対応W=f(T)によって対応づけられてなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置製造システム。
【請求項１４】
前記制御部が行う前記ステップ（ｂ）は、
（ｂ１）前記過去に製造された複数の半導体ウエハの同一チップの所定部分における前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅を前記複数の半導体ウエハにわたって平均して前記線幅の平均値WAVを前記チップ毎に求めるステップと、
（ｂ２）  前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅の目標値をW0とし、f-1(WAV)−f-1(W0)を露光補正時間の差分ΔＴとして前記チップ毎に算出するステップと、
（ｂ３）  f-1(WAV)から前記差分ΔＴを引いた値を補正された露光時間として前記チップ毎に算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置製造システム。
【請求項１５】
前記露光補正テーブルは、前記露光時間Tと、該露光時間Tで露光した場合の前記レジストパターンの線幅Wとが対応W=f(T)によって対応づけられてなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置製造システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、及び、半導体装置製造システムに関する。より詳しくは、本発明は、膜のパターニングに使用されるリソグラフィー工程、エッチング工程を有する半導体装置の製造方法、及び、半導体装置製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI等の半導体装置を製造するには、絶縁膜や導電膜等の膜を所望の形状に加工するため、リソグラフィー工程とそれに続くエッチング工程とが行われる。リソグラフィー工程では、膜上にフォトレジストを塗布した後それを露光、現像してレジストパターンを作製する。そして、エッチング工程では、そのレジストパターンをマスクに使用しながら下地の膜をエッチングして所望のデバイスパターンにする。
【０００３】
リソグラフィー工程における露光時間はレジストパターンの線幅に影響を与えるので、その露光時間の設定を誤ると、最終的なデバイスパターンの線幅が目標の線幅からずれてしまい、ひいては半導体装置の歩留まりが低下してしまう。そのため、デバイスパターンの線幅を目標通りにするため、リソグラフィー工程における露光時間の管理方法が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、フォトレジストのプリベークの終了から露光が開始されるまでの時間が一定にならないと、露光且つ現像後のフォトレジストのパターン寸法のバラツキが大きくなるという観点から、露光条件を変えることによりパターン寸法のバラツキを防止している。
【０００５】
しかし、この露光条件は同一ウエハ上の各チップ領域では変更されていないので、同一ウエハの同一面内の各チップ領域相互で生じるレジストパターンの線幅の不均一性を防止することはできない。
【０００６】
また、特許文献２では、リソグラフィー工程において、ウエハに対して同心円状の分布で露光量に違いを持たせ、ウエハの中央部と周縁部とでのレジストパターンの寸法を意図的に異ならせている。これによれば、ウエハの中央部と周縁部とにおけるエッチングレートの差に起因する膜のパターン寸法のバラツキがレジストパターンの寸法の相違によって吸収され、エッチング後に形成されるパターンの線幅がウエハ面内で均一になるとされている。
【０００７】
しかしながら、エッチング後のパターン寸法のバラツキは、エッチレートの差によってのみ生じるわけではなく、別の要因によっても生じると考えられ、更に或る要因によってはバラツキが同心円状にならないとも考えられる。こうなると、露光量分布を同心円状にしたことで、ウエハのある部位では、エッチング後のパターン寸法の変動が吸収されるどころかむしろ増幅されてしまう事態も予想され、パターン寸法が目標値から大きく外れてしまう恐れがある。
【０００８】
更に、特許文献２は、ウエハ面内におけるパターン寸法のバラツキのみを考慮しており、複数枚のウエハで構成されるロット内のバラツキについては考慮していない。
【特許文献１】特開２００１−３３８８５６号公報（段落番号００２５）
【特許文献２】特開２０００−２７７４２３号公報（段落番号００１５〜００２９）
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、リソグラフィー、エッチングによりウエハ上に形成されるパターンの線幅のバラツキを最適化して小さくすることができる半導体装置の製造方法、及び、半導体装置製造システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の第一の観点によれば、半導体チップが多面取りされる半導体ウエハ上に被エッチング膜を形成する工程と、前記被エッチング膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、前記フォトレジストに対する露光時間を前記半導体チップ毎に算出する工程と、前記算出された露光時間により前記フォトレジストにデバイスパターンを露光する工程と、 前記露光されたフォトレジストを現像してレジストパターンにする工程と、前記レジストパターンをエッチングマスクに使用しながら前記被エッチング膜をエッチングしてデバイスパターンにする工程と、を有し、前記露光時間を算出する工程は、（ａ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報を有する過去に製造された複数の半導体ウエハ内の基準チップにおける前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅のバラツキが許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲内に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用いて前記露光時間を前記チップ毎に補正するステップと、を備えた半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
これによれば、ステップ（ａ）において、基準チップにおけるデバイスパターンやレジストパターンの線幅のバラツキが、過去に製造された複数の半導体ウエハにわたって許容範囲に収まっていると判断された場合に、ステップ（ｂ）に移行して半導体ウエハの露光時間をチップ毎に補正する。その線幅のバラツキは、過去のウエハにおいて線幅が統計的に安定に分布しているかどうかの一つの目安になるので、上記のようにバラツキを判断してから露光時間の補正を行うことにより、その露光時間を精度良く補正することができ、ひいては半導体装置の歩留まりを上げることができる。
【００１２】
また、ステップ（ａ）の前に、ステップ（ｃ）として、対象としている半導体ウエハと同じウエハ情報を有する半導体ウエハが、過去に製造された複数の半導体ウエハの中に基準値以上の数だけ存在するか否かを判断するステップを行ってもよい。このステップ（ｃ）を行うと、対象としている半導体ウエハと同じウエハ情報を有する半導体ウエハが過去に少数しか存在しないことに起因して線幅分布の信頼性が統計的に低下するのが防がれ、露光時間の補正を更に精度良く行うことができる。
【００１３】
そして、フォトレジストとして化学増幅型レジストを使用すると共に、そのフォトレジストを露光する工程の後、且つ、フォトレジストを現像する工程の前に、フォトレジストに対して露光後のベーク(PEB: Post Exposure Bake)を施す工程を行ってもよい。この場合は、化学増幅型レジストの種類やPEB時のウエハ温度によってレジストパターンの線幅が変動するため、上記で使用されるウエハ情報として、少なくともレジストの種類とPEB時のウエハ温度との少なくとも一方を含む情報を採用することにより、これらの要因によって生じるデバイスパターンの線幅の誤差を吸収し、露光補正をより正確に行うことができる。なお、上記の情報として、PEBを使用した装置や、装置のユニット番号を更に含むものを使用すると、露光補正の正確性が更に増す。
【００１４】
PEB時のウエハ温度は、KrFよりも短波長の露光光を使用する化学増幅型レジストに大きな影響を与えるので、このような化学増幅型レジストを用いる場合に上記したウエハ情報を採用するのが特に好適である。
【００１５】
一方、露光光としてＩ線を使用するフォトレジストの場合は、レジストパターンを紫外線でキュアする際のウエハ温度によってレジストパターンの線幅が変動するので、そのキュア時の温度を含む情報を上記したウエハ情報として使用することにより、キュアによって生じるデバイスパターンの線幅を吸収することができ、正確な補正露光時間を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の第二の観点によれば、半導体チップが多面取りされる半導体ウエハ上の被エッチング膜にフォトレジストを塗布する塗布装置と、前記フォトレジストを露光する露光装置と、露光後の前記フォトレジストを現像してレジストパターンにする現像装置と、前記レジストパターンの線幅を測長する第１測長器と、前記レジストパターンをエッチングマスクにし、前記被エッチング膜をエッチングしてデバイスパターンにするエッチング装置と、前記デバイスパターンの線幅を測長する第２測長器と、前記第１測長器と前記第２測長器の少なくとも一方の測長結果が格納される線幅データベース、露光補正テーブルが格納された露光補正データベース、及び、前記露光装置における露光時間を前記チップ毎に算出する演算部を備えた制御手段と、を有し、前記線幅データベースには、前記レジストパターン又は前記デバイスパターンのウエハ面内における線幅分布を表す線幅テーブルが、過去に製造された前記半導体ウエハのウエハ情報によってアドレス付けされて蓄積され、前記演算部は、（ａ）対象となる前記半導体ウエハと同じウエハ情報によりアドレス付けされた線幅テーブルを前記線幅データベースから抽出し、該抽出された線幅テーブル内の基準チップにおける前記デバイスパターン又は前記レジストパターンの線幅のバラツキが、前記抽出されたテーブルにわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）においてバラツキが許容範囲に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用いて前記露光時間を前記チップ毎に補正するステップと、を行い、前記露光装置は、前記演算部により前記チップ毎に算出された前記露光時間に基づいて露光を実行する半導体装置製造システムが提供される。
【００１７】
このような半導体装置製造システムによれば、上記した本発明の第１の観点と同様の理由によって、露光時間を精度良く補正することができ、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る半導体装置製造システムの構成図である。
【００２０】
半導体ウエハＷは、リソグラフィー工程に流されると、まずコータ（塗布装置）１３に入れられてフォトレジストが塗布される。その後、ウエハＷはステッパ等の露光装置１４に移され、例えば、配線パターン等がウエハＷの各チップ毎に１ショットづつ投影される。なお、ステッパに代えて、スキャナを露光装置１４として使用してもよい。
【００２１】
次いで、ホットプレート１５上において露光後のベーク（PEB: Post Exposure Bake）を行った後、現像装置１６においてフォトレジストを現像し、レジストパターンを作製する。そして、そのレジストパターンの線幅が目標の寸法になっているか否かを判断するため、レジストパターンの線幅を第１測長器１７で測長する。その測長器としては、CD-SEM (Critical Dimension Scanning Electron Microscope)を用いても良いし、光学エリプソ技術を使用した光学測長器を用いてもよい。そして、リソグラフィー工程の最後に、レジストパターンのキュアがホットプレート１８上において紫外線を照射しながら行われる。
【００２２】
リソグラフィー工程の後、ウエハＷはエッチング工程に移され、エッチング工程で作製したレジストパターンをマスクにして絶縁膜や導電膜等の膜をエッチング装置１９内においてエッチングし、エッチングされずに残った膜よりなるデバイスパターンを作製する。その後に、得られたデバイスパターンが目標の寸法になっているか否かを調べるため、第２測長器２０においてパターンの線幅が測長される。第２測長器２０は、リソグラフィー工程で使用した第１測長器１８で代用してもよく、CD-SEM、光学式測長器のいずれであってもよい。
【００２３】
上記したリソグラフィー工程やエッチング工程で使用される各半導体製造装置１３〜２０は、ホストコンピュータ（制御手段）１によって制御されており、オペレータによってその動作が管理されている。
【００２４】
ホストコンピュータ１は、上記の各半導体製造装置１３〜２０へのデータ入出力を所定の信号フォーマットで行うためのインターフェイス１２を備える。第１、第２測長器１７、２０からインターフェイス１２を介してホストコンピュータ１に取り込まれた線幅データは、システムバス１１を介してレジストパターン用線幅データベース（第１線幅データベース）５、デバイスパターン用線幅データベース（第２線幅データベース）８等に取り込まれる。なお、これらのデータベース５、８に格納されるデータの詳細については後述する。
【００２５】
上記した各半導体製造装置１３〜２０の状態やウエハの履歴等は、システムバス１１に接続されたディスプレイ２上に表示され、それによりオペレータが現在の工程の様子を把握することができる。そして、ホストコンピュータ１に対する指示は、システムバス１１に接続されたキーボード４をオペレータが操作することにより行われる。
【００２６】
システムバス１１には更にCPU（演算部）３が接続されており、そのCPU３は、各半導体製造装置１３〜２０の制御に必要な論理演算を実行する機能や、ディスプレイ２、キーボード４、現像後の線幅データベース５、エッチング後の線幅データベース８の動作を管理する機能を有する。
【００２７】
次に、図１のシステムを用いた半導体装置の製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００２９】
シリコンウエハ等の半導体ウエハ１０１上に、後でパターニングされてデバイスパターンとなる膜１０２としてSiO2膜をCVD法（化学的気相成長法）により厚さ約３００nm程度に形成する。なお、露光光の反射を防止する反射防止膜として、BARC(Bottom Side Antireflective Coating)を予め半導体ウエハ１０１の上に塗布しておいても良いし、TARC(Top Side Antireflective Coating)を膜１０２の上に塗布しても良い。
【００３０】
また、特に限定されないが、半導体ウエハ１０１としては、チップが多面取りされる６インチ、８インチ、１２インチのシリコンウエハを用いるのが好ましい。図２（ａ）と後続の断面図は、そのようなシリコンウエハの一つのチップにおける断面図である。
【００３１】
その後に、半導体ウエハ１０１を図１のコータ１３内に容れて回転数３０００rpmで回転させ、ポジ型の化学増幅型レジストを膜１０２上に約１〜２cc滴下することにより、フォトレジスト１０３を膜１０２上に塗布する。なお、コータ１３における塗布条件はこれに限定されず、種々に最適化してよい。
【００３２】
次に、半導体ウエハ１０１を図１の露光装置１４内に搬送し、そこでフォトレジスト１０３を露光する。本実施形態では、露光装置１４としてステッパを使用し、半導体ウエハ１０１の各チップ毎に１ショットづつパターンを露光してく。
【００３３】
これにより、図２（ｂ）に示すように、露光パターン形状の感光部１０３ｂがフォトレジスト１０３に形成され、それ以外の部分のフォトレジスト１０３は感光されずに非感光部１０３ａとなる。上記したように、フォトレジスト１０３は化学増幅型のレジストなので、露光光が照射された感光部１０３ｂには酸が発生する。
【００３４】
その後に、半導体ウエハ１０１を図１のホットプレート１５上に搬送し、アミンが除去されて環境制御がなされた雰囲気中で基板温度を１２０℃に設定してフォトレジスト１０３をベークする。このベークは、PEB(Post Exposure Baking)とも呼ばれ、感光部１０３ｂにおける酸の生成を加速させるために行われる。
【００３５】
次いで、図１の現像装置１６内においてフォトレジスト１０３を現像することにより、図２（ｃ）に示すように、酸が存在する感光部１０３ｂを除去し、残存する非感光部１０３ａをレジストパターン１０４として使用する。
【００３６】
次に、このレジストパターン１０４の線幅が目標値となっているか否かを調べるため、半導体ウエハ１０１を図１の第１測長装置１７内に搬送し、そこでレジストパターン１０４の線幅を測長する。
【００３７】
その後、レジストパターン１０４を完全に架橋させるために、半導体ウエハ１０１を図１のホットプレート１８上に搬送し、そこで紫外線を照射しながらレジストパターン１０４を加熱してキュアする。
【００３８】
続いて、図１のエッチング装置１９が有するエッチングチャンバ（不図示）内に半導体ウエハ１０１を容れる。エッチングチャンバの種類は特に限定されず、例えばRIE(Reactive Ion Etching)等のチャンバを使用し得る。そして、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン１０４をマスクとして使用し、その下の膜１０２をエッチングしてデバイスパターン１０２ａとする。
【００３９】
そのデバイスパターン１０２ａは、特に限定されないが、例えば配線パターンやキャパシタ誘電体膜のパターンである。
【００４０】
この後に、例えば酸素雰囲気中のアッシングにより、レジストパターン１０４を灰化して除去する。
【００４１】
ところで、このデバイスパターン１０２ａは、半導体ウエハ１０１の全てのチップの同じ部分に着目した場合、その全てのチップにおいて同じ線幅を有する必要がある。そこで、本願発明者は、その線幅が半導体ウエハ１０１の面内においてどのように分布するかについて調査した。その調査結果を図３に示す。
【００４２】
図３は、レジストパターン１０３とデバイスパターン１０２ａの線幅のウエハ面内における分布をCD-SEMによって測定した結果を示す三次元グラフである。各グラフにおけるx、y座標は、同図右側に示すウエハのチップの位置を示し、z座標が線幅を表す。
【００４３】
このうち、「現像後」の欄に示されるグラフは、フォトレジスト１０３を現像して得たレジストパターン１０４のウエハ面内における線幅分布を表し、「キュア後」の欄に示されるグラフは、レジストパターン１０４をキュアした後のレジストパターン１０４の線幅分布を表す。そして、「エッチング後」の欄に示されるグラフは、最終的な管理対象となるデバイスパターン１０２ａの線幅を表す。
【００４４】
なお、それぞれのグラフにおいて、O.Fとはウエハのオリエンテーションフラットが向いている方向を意味する。「現像後」、「キュア後」、「エッチング後」のそれぞれの欄において左右二つのグラフが示されているが、右側のグラフは左側のグラフを時計周りに９０°回転させたものであって、両グラフは同じウエハの測定結果を表す。
【００４５】
図３の「現像後」と「キュア後」とを比較すると、レジストパターン１０４の線幅分布は両者ともウエハ面内において略同傾向を示す。一方、「エッチング後」に示されるデバイスパターン１０２ａの線幅分布を見ると、その分布傾向は、「現像後」や「キュア後」に示されるレジストパターン１０４とは異なった傾向を示す。
【００４６】
「エッチング後」に示されるデバイスパターン１０２ａの線幅は、ウエハの周縁部分のチップでは細く、ウエハの中央付近のチップで太くなっており、ウエハ全面にわたって一様に分布しているとは言えない。よって、後述するようにステッパの露光量を各チップ毎に異ならせ、ウエハの全てのチップにおいてデバイスパターン１０２ａの線幅が同じ値になるようにする必要がある。
【００４７】
図４は、図３とは別の品種のチップが多面取りされるウエハに対して図３と同じ調査をおこなって得た三次元グラフである。
【００４８】
図３と図４を比較すると、チップの品種が異なると、最終的なデバイスパターン１０２ａの分布も異なることが理解される。
【００４９】
これは、品種が異なるウエハでは、使用するフォトレジスト１０３、コータ１３、ホットプレート１５、１８も異なり、これらの材料や装置環境におけるバラツキ成分が種類の異なるウエハに対して異なった形で現れるためである。なお、ここでは品種の違いを考えたが、同じ品種であっても、デバイスパターン１０２ａの層が異なれば上記のようにデバイスパターン１０２ａの面内分布も異なった傾向となる。同じ品種の異なる層とは、例えば、同一チップ内の一層目の配線層と二層目の配線層や、配線層と層間絶縁層等を指す。
【００５０】
また、図４の「エッチング後」のグラフ、すなわちデバイスパターン１０２ａの分布を見ると、その線幅がウエハの中心に対して同心円状に分布していないことが判る。従って、線幅分布が同心円状であることを前提とし、露光量を同心円状に変化させる特許文献２に記載の方法は、図４のような線幅分布を示すデバイスパターン１０２ａに対しては有効ではない。
【００５１】
そこで、デバイスパターン１０２ａの線幅分布の仕方によらず、その線幅をウエハ面内で略同じ値に補正するために、本実施形態では図５、図６に示すフローチャートに従ってステッパの露光量を補正する。
【００５２】
図５、図６は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートであって、図１のコータ１３を出たウエハに対する処理手順を示す図である。また、説明の都合上、以下では既述の図１、図２も参照する。
【００５３】
まず、図２（ａ）に示した工程を１ロットのウエハに対して行い、各ウエハに対してフォトレジスト１０３を塗布する。１ロットに含まれるウエハの枚数は、特に限定されないが、例えば試験用に使用される１枚のパイロットウエハと、２４枚の製品ウエハの合計２５枚である。
【００５４】
次いで、ステップＳ１において、露光装置１４における露光時間の補正を本発明の方法で行うか否かを判断する。この判断は、オペレータがディスプレイ２を見ながらキーボード４を操作することで行われる。
【００５５】
ステップＳ１で露光補正をしないと判断されるのは、例えば、今から流そうとするロットが新品種の場合である。これは、新品種に対して本実施形態の露光補正を行うと、後述するように、今までデータベース５、８に蓄積していなかった新しい傾向の線幅分布がデータベース５、８に落とされ、データベース内のデータの傾向が乱されてしまうからである。
【００５６】
よって、新品種に対しては補正をしない(NO)と判断し、後述の通常処理に移行するのが好ましい。
【００５７】
一方、ステップＳ１で補正をすると判断されるのは、例えば、流されるロットが今までに何度も露光工程に流されている既存の品種の場合である。この場合は、データベース５、８内に蓄積されている線幅分布と同じ傾向の線幅分布がこのロットでも得られると期待できるため、たとえその線幅分布をデータベース５、８に落としても、データベース５、８内にあるデータの傾向が乱されることはない。
【００５８】
ステップＳ１において補正をする(YES)と判断した場合は、ステップＳ２に移行し、露光時間の補正を図１のホストコンピュータ１で自動的に行うか、或いはホストコンピュータ１に頼らずオペレータが手動で行うかを判断する。この判断も、ステップＳ１と同様に、オペレータがディスプレイ２を見ながらキーボード４を操作することにより行われる。
【００５９】
ステップＳ２で露光時間の補正を手動で行う場合としては、例えば、対象となるウエハが、開発目的や実験目的で露光工程に単発的に流される場合がある。これは、そのようなウエハに対して補正を自動で行ってしまうと、ステップＳ１で説明したのと同様の理由によってデータバース５、８内のデータの傾向が乱されてしまうからである。また、開発目的や実験目的で流されるウエハは、製品ウエハのように１ロットづつまとまって流されるのは稀であり、一枚又は数枚程度の単位でしか露光工程に流されないので、それを製品ウエハ用の通常処理にまわすことはできず、手動で露光補正をする必要がある。
【００６０】
一方、露光時間の補正を自動で行うとステップＳ２において判断される場合としては、ステップＳ１と同様に、流されるロットが今までに何度も露光工程に流されている既存の品種の場合がある。この場合は、ステップＳ１で説明したのと同様の理由により、データベース５、８内のデータの傾向が乱されることはない。
【００６１】
ステップＳ２で「自動」と判断された場合は、ステップＳ３に移行し、今から流そうとするウエハの情報をホストコンピュータ１に入力する。入力される情報としては、最終的なデバイスパターン１０２ａの線幅のウエハ面内分布に影響を与えるものが採用され、例えば、製品の品種、層、フォトレジスト１０３の種類、エッチング条件、コータ１３の機種、コータ１３におけるスピンコートの条件、PEB時のウエハ温度、及び、フォトレジスト１０３のキュア時のウエハ温度等がある。
【００６２】
この入力作業は、ディスプレイ２を見ながらオペレータがキーボード４を操作することにより行われる。また、このウエハ情報は、１ロット内の２５枚のウエハのそれぞれに共通なので、オペレータは１ロットにつき一回だけこのウエハ情報の入力を行えばよい。なお、このような手入力に代えて、製造ラインのバーコードに上記のウエハ情報をあらかじめ含ませておき、そのバーコードを読み取ることで自動的にウエハ情報を入力してもよい。
【００６３】
次いで、ステップＳ４に移行し、ステップＳ３で入力された情報を基にCPU３がデバイスパターン用線幅データベース８と通信を行う。
【００６４】
ここで、線幅データベース８には、過去に本発明の方法で露光量補正を行わなかった場合に得られたデバイスパターン１０２ａの線幅分布がテーブル９（以下、未補正デバイスパターン線幅テーブルと言う）の形で複数蓄積されている。この未補正デバイスパターン線幅テーブル９一例は図７に示す通りであり、上記したウエハ情報が各々のテーブルのアドレスとなり、それぞれのテーブル９にはテーブル番号が付与されている。
【００６５】
そして、上記のアドレス、即ちウエハ情報を一つ指定すると、そのウエハ情報に含まれる条件に一致するテーブル９が抽出される。抽出されたテーブル９の各々は、そのウエハ情報に従って過去作成されたデバイスパターン１０２ａの線幅の面内分布を表す。線幅の面内分布とは、図７に示すように、ウエハ内の全てのチップにそのチップの代表点におけるデバイスパターンの線幅を割り当てたものを言い、その代表点としては、全てのチップにおいて同じ点、例えばチップの中心点が用いられる。
【００６６】
なお、上記のテーブル９とそのテーブルが表すウエハとは一対一に対応するので、以下ではこのテーブル９のことを単にウエハと言う場合もある。
【００６７】
ステップＳ４では、このように入力されたウエハ情報に一致するテーブル９が読み出されるのであるが、今対象としているウエハと同一の品種のウエハを過去に多数流した場合は、このように読み出されるテーブル９が多数存在すると期待できる。これに対し、同一のウエハを過去に余り流していない場合は読み出されるテーブル９の数も少なくなる。
【００６８】
読み出されたテーブル９の数が多いと、テーブル９内の線幅分布の信頼性が統計的に向上するので、読み出されたテーブル９における線幅分布を基にして精度良く露光量を補正することができる。
【００６９】
一方、そのようなテーブル９の数が少ないと、線幅分布の信頼性が統計的に低下してしまうので、そのテーブル９を基にしたのでは露光量の補正が荒くなってしまう。
【００７０】
このように、ステップＳ４で読み出されるテーブル９の数は、過去にデータベース８に蓄積したテーブル９を基にして今から流そうとするウエハの露光量補正を精度良く行えるか否かを判断する一つの基準となる。
【００７１】
そこで、ステップＳ４を終了した後はステップＳ５に移行し、ステップＳ４で抽出されたテーブル９の数を計数し、その計数値が基準値以上であるか否かを判断し、基準値以上となった場合に、過去に蓄積したデータベースを基にして正確な露光量の補正が可能であると判断する。そして、抽出されたテーブル９の数の計数値が基準値よりも小さいと判断された場合は、過去のデータベースを基にしたのでは正確な露光量補正ができないと判断し、後述するような通常の露光処理に移行する。
【００７２】
このとき採用される基準値は、特に限定されないが、例えば５個以上とする。
【００７３】
そして、ステップＳ５において補正可能である(YES)と判断された場合はステップＳ６に移行する。
【００７４】
ステップＳ６では、ステップS4で読み出された各テーブルから、複数の基準チップ、例えば、ウエハ中心の１チップとウエハ周縁部の４チップの計５チップが抽出される。この５チップの位置は、図８の太線で示すように、ウエハの略中心である（Ｄ、４）と、ウエハ周縁部の４点の（Ａ、４）、（Ｄ、１）、（Ｄ、８）、（Ｈ、４）である。また、これらのチップは、抽出された各テーブルについて同じチップを採用する必要がある。
【００７５】
このように基準チップを抽出した後は、図８に示すように、抽出された各テーブルについて、位置（Ａ、４）での線幅を抽出する。なお、図８は、CPU３の演算内容を模式的に表す図であり、その例では、テーブル番号が３、５、６、９、１１、１２、１７の計７個のテーブルがステップＳ４で抽出され、この各々のテーブルの線幅が図示のように抽出されている。
【００７６】
その後、この位置（Ａ、４）での線幅を各テーブルにわたって平均し、その平均値ＷAVを算出する。更に、この平均値ＷAVの＋／−１０％にある範囲を算出し、それを位置（Ａ、４）における線幅の許容範囲とする。そして、抽出されたテーブル内での線幅の最大値と最小値とを求め、これらが共に許容範囲にあるか否かを判断することにより、位置（Ａ、４）における線幅が、抽出された全てのテーブルにおいてこの許容範囲にあるか否かが判断される。
【００７７】
また、これと同じことを他のチップ位置（（Ａ、３）、（Ｂ、２）、…）でも行い、それぞれの位置について、線幅が許容範囲にあるか否かが判断される。
【００７８】
ここで、抽出された５つの基準チップの少なくとも一つにおいて線幅が許容範囲に無い場合は、デバイスパターン１０２ａの線幅が抽出された各テーブルにわたってランダムに分布していると判断される。この場合は、抽出されたテーブルにおける線幅の分布が統計的に安定していないので、そのテーブルを用いて精度良く露光量を補正することができない。よって、この場合は、自動で露光量補正を行うのは危険であり、後述の通常の露光処理に移行する。
【００７９】
一方、５つの基準チップの全ておいて線幅が許容範囲に分布している場合は、デバイスパターンの線幅が抽出されたテーブルにわたって統計的に安定にばらついていると判断され、ステップＳ７に移行する。図８の例では、（Ｄ、４）、（Ａ、４）、（Ｄ、１）、（Ｄ、８）、（Ｈ、４）の５つの基準チップの全てにおいて線幅が許容範囲に分布しているので、バラツキが安定であると判断され、ステップＳ７に移行する。
【００８０】
そのステップＳ７では、CPU３が露光補正データベース２１と通信し、ステップＳ３で入力されたウエハ情報と一致する露光補正テーブル２２を抽出する。
【００８１】
図９は、その露光補正テーブル２２の一例であって、一つのテーブルには露光時間Tと、その露光時間Tで露光した場合のデバイスパターンの線幅Wとが対応W=f(T)により対応づけられて格納されており、各々のテーブルはウエハ情報によってアドレッシングされる。但し、この例では、fをTの有限次数の多項式で近似している。また、図９のテーブルは、既述の図３に示されるウエハと同じウエハ情報でアドレス指定をして抽出たものである。
【００８２】
一方、図１０は、既述の図４に示されるウエハと同じウエハ情報でアドレス指定をして抽出された露光補正テーブル２２である。このウエハの品種は、図９に示されるものと異なるため、その露光補正テーブルは図９とくらべて緩やかな傾きを示す。このように異なる傾向となるのは、ウエハ情報に含まれる条件、例えば品種が異なると、露光装置のNA（開口数）、絞りの大きさ等が図９と異なり、それにより露光マージンも図９と異なるためである。
【００８３】
各テーブル２２は、ホストコンピュータ１をセットアップする前に、与えられたウエハ情報に含まれる条件（製品の品種、層、フォトレジスト１０３の種類、エッチング条件、コータ１３の機種、コータ１３におけるスピンコートの条件等）に基づき、露光量を種々振ってデバイスパターンの線幅を変化させ、その線幅を測長器で測長することにより作成される。そして、得られた各テーブル２２は、ホストコンピュータ１をセットアップする際に露光補正データベース２１に格納される。
【００８４】
CPU３は、この露光補正テーブル２２を使用し、過去の露光量の履歴に基づき、ウエハ内の全チップにおける露光量の補正を次のようにして行う。
【００８５】
例えば、上記したデバイスパターン１０２ａの線幅の設計値W0が１９５０nmであり、その線幅の平均値WAVがあるチップにおいて１８９０nmであるとする。その場合、過去の平均露光時間f-1(WAV)は５２０msecとなり、設計値の１９５０nmを得るための露光時間f-1(W0)である４３０msecと比較して、差分ΔＴ＝f-1(WAV)−f-1(W0)＝９０msecだけ露光時間が長い（オーバードーズ）ことが理解できる。よって、この場合は、過去の平均露光時間f-1(WAV)（＝５２０msec）からΔＴ（＝９０msec）を引くことで、目標とする線幅１９５０nmを得るのに適正な露光時間である４３０秒を算出することが可能となる。
【００８６】
ステップS7では、このような計算をCPU３がウエハ内の全チップに対して行うことにより、露光時間の補正が全チップに対して行われる。
【００８７】
上記は、ステップＳ２で露光補正を自動で行うと判断した場合であったが、対象となるウエハが開発目的や実験目的のウエハであり、ステップＳ２で露光補正を手動で行うと判断された場合は、ステップＳ２からステップＳ１７に移行する。
【００８８】
そのステップＳ１７では、対象となるウエハのウエハ情報に最も近い露光補正テーブル２２を参照する。その露光補正テーブル２２は、露光補正データベース２１に格納されているのものを使用しても良いし、露光工程においてハードコピーや電子ファイルの形態で保管されているものを使用しても良い。そして、このような露光補正テーブルの中から対象となるウエハのウエハ情報に最も近いものを選び出す際の基準は、オペレータの経験や直感によって定まる。
【００８９】
このようにして露光補正テーブルを手動で選び出した後は、既述したステップＳ７の作業を手動で行い、露光量の補正を行う。
【００９０】
ステップＳ２において手動、自動のいずれを選択した場合であっても、ステップＳ７を終了した後はステップＳ８に移行する。
【００９１】
そのステップＳ８では、１ロット内に含まれるウエハを露光装置１４に一枚づつ流し、フォトレジスト１０３をチップ毎に１ショットづつ露光していく。このとき、各ショットの露光時間としては、ステップS7で算出された露光時間を採用する。
【００９２】
その後、１ロットのウエハを図１のホットプレート１５上に搬送し、各ウエハのフォトレジスト１０３に対してPEBを行う。そのPEBは、アミンが除去されて環境制御がなされた雰囲気中、ウエハ温度１２０℃で行われる。
【００９３】
次いで、ステップＳ９に移行し、１ロット内の全ウエハを現像装置１６に容れてフォトレジスト１０３を現像し、全ウエハ上にレジストパターン１０４を形成する。
【００９４】
その後に、ステップＳ１０に移行し、CD-SEM等の第１測長器１７でレジストパターン１０４の線幅を測長する。この測長は、全ウエハの全チップの代表点に対して行われる。
【００９５】
そして、ステップＳ１１に移行し、ステップＳ１０で測長した各ウエハのレジストパターンの線幅を、レジストパターン用線幅データベース５に転送する。この転送により、図１１に示すようなテーブル７（以下、補正済レジストパターン線幅テーブルと言う）がウエハ毎に一つずつデータベース５に格納されていく。この補正済レジストパターン線幅テーブル７は、既述のウエハ情報がアドレスとなり、その各々にテーブル番号が付与される。そして、各テーブル７は、レジストパターンの線幅の面内分布をデータとして有する。
【００９６】
ところで、本実施形態では、最終的なデバイスパターン１０２ａの線幅を設計値に近づけるのであるが、図３に示したように、デバイスパターン１０２ａの線幅分布とレジストパターン１０４の線幅分布は必ずしも同じ傾向を有するとは限らない。そのため、一見したところ目標とするデバイスパターン１０２ａの線幅よりも大きく外れた線幅のレジストパターン１０４でも、目標の線幅を有するデバイスパターン１０２ａが作成できる場合もある。ところが、工程を管理するオペレータがこのことを知らないと、デバイスパターン１０２ａの線幅から大きくはずれた線幅を有するレジストパターン１０４がオペレータの所に流れてきた際、オペレータが誤ってそのレジストパターン１０４を不良であると判断する恐れがある。
【００９７】
そこで、次のステップＳ１２では、１ロットの各々のウエハについて、レジストパターン１０４の線幅の許容範囲と、ステップＳ１０で測長した測長値とをディスプレイ２に表示する。例えば、最終的なデバイスパターン１０２ａの線幅目標値が３００nmであり、Etch Shift（デバイスパターン１０２ａの線幅−レジストパターン１０４の線幅）が−５０nmの場合を考える。この場合、レジストパターン１０４の線幅を３５０nmに仕上げないと、デバイスパターン１０２ａの線幅が目標とする３００nmにならないので、ディスプレイ２上には、レジストパターン１０４の線幅目標値が３５０nmである旨を表示する。そして、この線幅目標値に所定の幅を設け、それをレジストパターン１０４の線幅の許容範囲としてディスプレイ２上に表示する。
【００９８】
このように許容範囲を表示することで、オペレータは、表示された情報に基づいて、レジストパターン１０４の線幅が許容範囲内にあるか否かを判断することができ、レジストパターン１０４の線幅を誤って不良と判断する恐れが無くなる。
【００９９】
この後は、まず、１ロットの各ウエハを図１のホットプレート１８上に搬送し、環境制御がなされた雰囲気中でウエハ温度を１２０℃に保持しながらレジストパターン１０４に紫外線を照射してキュアする。
【０１００】
次いで、ステップＳ１３に移行し、１ロット内のウエハを１枚づつ図１のエッチング装置１９内に入れ、レジストパターン１０４をマスクにしながら膜１０２をエッチングし、エッチングにより残った膜１０２をデバイスパターン１０２ａとする。その後に、デバイスパターン１０２ａは除去される。
【０１０１】
続いて、ステップＳ１４に移行して、１ロット内のウエハを一枚づつ図１の第２測長器２０に容れ、そこで各ウエハの全チップにおけるデバイスパターン１０２ａを測長する。測長の対象となるデバイスパターン１０２ａとしては、図７に示した未補正デバイスパターン線幅テーブル９と同様に、全チップにおける代表点が採用される。
【０１０２】
その後、ステップＳ１５に移行し、ステップＳ１４で測長した各ウエハのデバイスパターン１０２ａの線幅を、デバイスパターン用線幅データベース８に転送する。この転送により、図１２に示すようなテーブル１０（以下、補正済デバイスパターン線幅テーブルと言う）がウエハ毎に一枚ずつデータベース８に格納されていく。この補正済デバイスパターン線幅テーブル１０は、既述のウエハ情報によりアドレス付けされ、デバイスパターン１０２ａの線幅の面内分布をデータとして有する。
【０１０３】
以上によって、上記１ロットのリソグラフィー工程とエッチング工程とが終了する。
【０１０４】
この後は、ステップＳ１６に移行し、この１ロットのウエハを後続の工程、例えば絶縁膜の形成工程等に払い出しする。
【０１０５】
ところで、上記したステップＳ１、Ｓ５、Ｓ６のいずれかでNOと判断された場合は、図６に示す通常の露光処理のルーティンに移行する。
【０１０６】
このルーティンでは、まず、ステップＳ１８において、１ロットの先頭にあるパイロットウエハに対して露光、現像を行う。そして、そのパイロットウエハのレジストパターン１０４の線幅を測長器で測長する。
【０１０７】
次いで、ステップＳ１９に移行し、ステップＳ１８で測長した測長値が、レジストパターン１０４の線幅の目標値からどのくらいずれているかを算出し、そのずれ量に基づいて後続の製品ウエハに対する露光時間の補正をチップ毎に行う。このような露光時間の補正方法は、既存の露光工程においては十分確立されている。
【０１０８】
その後、ステップＳ２０に移行して、１ロット内の製品ウエハを一枚づつ図１の露光装置１４に流し、上でチップ毎に算出された露光時間を用いて製品ウエハ上のフォトレジスト１０３を１チップづつ露光していく。そして、図１のホットプレート１５において、露光後のフォトレジスト１０３に対してPEBを行う。
【０１０９】
次いで、ステップＳ２１に移行し、１ロット内の全ウエハを現像装置１６に容れてフォトレジスト１０３を現像し、全ウエハ上にレジストパターン１０４を形成する。
【０１１０】
続いて、ステップＳ２２に移行し、CD-SEM等の第１測長器１７でレジストパターン１０４の線幅を測長する。この測長は、１ロットの全製品ウエハに対して行われ、各ウエハの全チップにける代表点において測長される。なお、スループットを高めるために、全ウエハではなく、１ロット中２〜５枚程度抜き取って、それらに対して測長を行ってもよい。
【０１１１】
その後に、１ロット内の製品ウエハを図１のホットプレート１８上に搬送し、レジストパターン１０４を加熱しながら紫外線でキュアする。
【０１１２】
次いで、ステップＳ２３に移行し、１ロット内の製品ウエハを１枚づつ図１のエッチング装置１９内に入れ、レジストパターン１０４をマスクにしながら膜１０２をエッチングし、エッチングにより残った膜１０２をデバイスパターン１０２ａとする。
【０１１３】
続いて、ステップＳ２４に移行して、１ロット内の製品ウエハを一枚づつ図１の第２測長器２０に容れ、そこで各ウエハの全チップにおけるデバイスパターン１０２ａを測長する。測長の対象となるデバイスパターンとしては、全チップに共通に予め定められた代表点におけるパターンを採用する。
【０１１４】
次に、ステップＳ２５に移行し、ステップＳ２２で測長した現像後のレジストパターン１０４の線幅面内分布をレジストパターン用線幅データベース５に転送し、且つ、ステップＳ２３で測長したエッチング後のデバイスパターン１０２ａの線幅面内分布をデバイスパターン線幅データベース８に転送するか否かを判断する。
【０１１５】
この判断において、転送する(YES)と判断されるのは、例えば、今流しているロットが新品種であり、今後も同品種のロットを多く流すと予想される場合である。
【０１１６】
このような場合は、ステップＳ２６に移行し、レジストパターン１０４の線幅面内分布を、図１３に示すようなテーブル６（以下、未補正レジストパターン線幅テーブルと言う）の形でウエハ毎にレジストパターン用線幅データベース５に蓄積していく。この未補正レジストパターン線幅テーブル（第１未補正テーブル）６は、既述のウエハ情報がアドレスとなり、その各々にテーブル番号が付与される。そして、各テーブル６は、ステップＳ２２で測長されたレジストパターン１０４の線幅の面内分布をデータとして有する。
【０１１７】
また、これと共に、デバイスパターン１０２ａの線幅面内分布を、図７に示した未補正デバイスパターン線幅テーブル（第２未補正テーブル）９の形でデバイスパターン線幅データベース８にウエハ毎に格納する。
【０１１８】
このように、デバイスパターン線幅データベース８にテーブル９を格納することにより、蓄積されるテーブル９の数が増える。これにより、次回以降のロットにおいて、ステップＳ１で露光補正をする(YES)とオペレータが判断すると、ステップＳ５において過去の履歴から補正可能である(YES)と判断され易くなるので、露光補正が全て自動で行われる確率が高くなる。その結果、露光補正を手動で行うことに起因するオペレータの負担を軽減することができると共に、露光工程のスループットを速めることができる。
【０１１９】
このようにステップＳ６が終了した後は、既述した図５のステップＳ１６に移行し、ロットを次の工程に払い出す。
【０１２０】
一方、ステップＳ２５で線幅の面内分布を補正前データベース９に転送しない(NO)と判断されるのは、例えば、対象となるウエハが、開発目的や実験目的で露光工程に単発的に流される場合である。そのようなウエハは、製品ウエハとは異なった傾向の線幅分布を示すので、その線幅の面内分布をデータベース５、９に転送してしまうと、各データベース５、９に蓄積されているデータの傾向が乱されてその信頼性が低下してしまう。よって、このようなウエハに対しては、その線幅の面内分布をデータベース５、９に転送するのは好ましくなく、ステップＳ２５においてNOと判断するのが好ましい。
【０１２１】
このようにステップＳ２５でNOと判断された場合は、ステップＳ２６を経ずに図５のステップＳ１６に移行し、ロットを次の工程に払い出す。
【０１２２】
上記した実施形態によれば、ステップＳ４において、過去に製造された半導体ウエハ（未補正デバイスパターン線幅テーブル９）のうち、今対象となっている半導体ウエハと同じウエハ情報を有するものを抽出する。そして、ステップＳ６において、ステップＳ４で抽出された半導体ウエハ内の基準チップにおけるデバイスパターン１０２ａの線幅のバラツキが、抽出された過去の半導体ウエハにわたって許容範囲内に収まっていたか否かを判断する。その後、そのバラツキが許容範囲内に収まっていると判断された場合に、露光補正テーブルを用い、対象としている半導体ウエハの露光時間をチップ毎に補正する。
【０１２３】
デバイスパターン１０２ａの線幅のバラツキは、抽出された過去のウエハにおいて線幅が統計的に安定に分布しているかどうかの一つの目安になるので、上記のようにバラツキを判断してから露光時間の補正行うことにより、その露光時間を精度良く補正することができ、ひいては半導体装置の歩留まりを上げることができる。
【０１２４】
また、ステップＳ６の前に、ステップＳ５において、抽出された過去の半導体ウエハが基準値以上の数だけ存在するか否かを判断し、基準値以上存在する場合にステップＳ６に移行するので、抽出された過去の半導体ウエハが少数であることに起因して線幅分布の信頼性が統計的に低下するのが防がれ、露光時間の補正を更に精度良く行うことができる。
【０１２５】
特に、フォトレジストとして化学増幅型レジストを使用する場合は、そのレジストの種類やPEB時のウエハ温度によってレジストパターン１０４の線幅が変動する。よって、この場合は、上記で使用されるウエハ情報として、少なくともレジストの種類とPEB時のウエハ温度との少なくとも一方を含む情報を採用することにより、これらの要因によって生じるデバイスパターン１０２ａの線幅の誤差を吸収し、露光補正をより正確に行うことができる。
【０１２６】
PEB時のウエハ温度は、KrFよりも短波長の露光光を使用する化学増幅型レジストに大きな影響を与えるので、このような化学増幅型レジストを用いる場合に上記したウエハ情報を採用するのが特に好適である。
【０１２７】
一方、露光光としてＩ線を使用するフォトレジストの場合は、レジストパターン１０４を紫外線でキュアする際のウエハ温度によってレジストパターン１０４の線幅が変動するので、そのキュア時の温度を含む情報を上記したウエハ情報として使用することにより、キュアによって生じるデバイスパターン１０２ａの線幅を吸収することができ、正確な補正露光時間を得ることができる。
【０１２８】
また、このようなレジスト種によらず、デバイスパターン１０２ａの出来上がりの線幅に影響を与えるような要素を含んだウエハ情報を採用することにより、その要素による線幅の変動を吸収するように露光時間を補正することが可能となる。そのような要素としては、例えば、DRAM、FeRAM、EEPROM等で表されるチップの品種、フォトレジストを塗布するときに使用される塗布装置の機種、該塗布装置における塗布条件、膜をエッチングするときのエッチング条件、及び、デバイスパターンが形成される層等がある。
【０１２９】
図１４は、図３に示した品種のウエハにおいて、上記実施形態によって露光量を補正する前と後でのデバイスパターン１０２ａの線幅分布を示すグラフである。これに示されるように、補正前はデバイスパターン１０２ａの線幅がウエハ面内で一様でないが、補正後では線幅分布がウエハ面内で一様に均されており、本実施形態の効果が確認できる。
【０１３０】
一方、図１５は、図４に示した品種のウエハにおいて、上記実施形態によって露光量を補正する前と後でのデバイスパターンの線幅分布を示すグラフである。この品種においては、図示のように、補正前の線幅分布が同心円状ではないので、特許文献２の方法では露光補正を精度良く行うことができないが、本実施形態の方法で露光補正を行うことにより、図示のように線幅分布を一様にすることができる。
【０１３１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【０１３２】
例えば、上記では、ステップＳ７において、デバイスパターン１０２ａの線幅Wが露光時間Tと対応付けられてなる露光補正テーブル２２を使用したが、これに代えて、レジストパターン１０４の線幅Wが対応W=f(T)により露光時間Tと対応付けられた露光補正テーブルを使用してもよい。その露光補正テーブルは、既述したウエハ情報によってアドレス付けされる。
【０１３３】
また、ステップＳ６では、未補正デバイスパターン線幅テーブル９を利用してデバイスパターン１０２ａの過去のバラツキを判断したが、これに代えて、図１３に示したような未補正レジストパターン線幅テーブル６を利用して、レジストパターン１０４の過去のバラツキを判断してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置製造システムの構成図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態を適用しない場合における、レジストパターンとデバイスパターンのそれぞれの線幅のウエハ面内における分布をCD-SEMによって測長して得られた三次元グラフである。
【図４】図４は、図３とは別の品種のチップが多面取りされる半導体ウエハにおいて、本発明の実施の形態を適用しない場合の、レジストパターンとデバイスパターンのそれぞれの線幅のウエハ面内における分布をCD-SEMによって測長して得られた三次元グラフである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャート（その１）である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャート（その２）である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態において使用される未補正デバイスパターン線幅テーブルの一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態において、CPUの演算内容を模式的に表す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態において使用される露光補正テーブルの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態において使用される、図９とは別の品種のウエハに対する露光補正テーブルの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態において使用される補正済レジストパターン線幅テーブルの一例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態において使用される補正済デバイスパターン線幅テーブルの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態において使用される未補正レジストパターン線幅テーブルの一例を示す図である。
【図１４】図１４は、図３に示した品種のウエハにおいて、本発明の実施の形態によって露光量を補正する前と後でのデバイスパターンの線幅分布を示すグラフである。
【図１５】図１５は、図４に示した品種のウエハにおいて、本発明の実施の形態によって露光量を補正する前と後でのデバイスパターンの線幅分布を示すグラフである。
【国際調査報告】
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