(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部信号によって露光時間を調節する露光ユニットと、
処理対象となる半導体基板の前段階工程の情報を入手し、前記露光ユニットで形成される露光パターンに影響を与える要素として反射防止膜の厚さを抽出し、フィードフォワードデータとして貯蔵する前段階影響推定ユニットと、
前記露光ユニットで、既に処理された一定期間の先作業を検査し、検査値をフィードバックデータとして貯蔵する検査ユニットと、
前記前段階影響推定ユニットに貯蔵された前記フィードフォワードデータと前記検査ユニットに貯蔵された前記フィードバックデータとを所定の計算方式によって処理した結果を前記露光ユニットが反応できる信号に変え、前記露光ユニットに伝達することで、露光時間を調節する中央処理ユニットと、
を含み、
前記中央処理ユニットは、
前記前段階推定ユニットで前記処理対象となる半導体基板の反射防止膜の厚さを入手すると、前記中央処理ユニットに予め入力された反射防止膜の厚さと適正露光時間の対応関係によって適正露光時間（ＥＴ‘ｎ）を得て、
前記検査ユニットで得られたｎ番目の作業の線幅値をｎ番目の作業の目標線幅値から引いた線幅差（ΔＣＤｎ）を、目標線幅値に対する標準露光時間からｎ番目の作業に対して実施した露光時間を引いた差（ΔＥＴｎ）で割り算して得る値について、所定個数の前段階作業の値を平均することで、前記中央処理ユニットに入力された露光時間変動に伴う線幅値変動の比例関係常数常数（Ｇ）を得て、
直前の作業における前記線幅差（ΔＣＤｎ）を、前記比例関係常数（Ｇ）で割り算することで補正時間値（ΔＥＴｎ）を得て、
前記適正露光時間（ＥＴ‘ｎ）に前記補正時間値（ΔＥＴｎ）を足すことで前記処理対象となる半導体基板に対する適正露光時間（ＥＴ‘ｎ＋１）を得て、前記露光ユニットが反応できる信号に変え、前記露光ユニットに伝達することを特徴とする半導体製造装備の露光時間調節システム。
【請求項２】
前記フィードフォワードデータとして貯蔵される値は、前記要素に対して定量化処理をして得られる値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造装備の露光時間調節システム。
【請求項３】
前記中央処理ユニットから前記露光ユニットに伝達される信号は、前記処理対象作業の処理の前に実時間で伝達されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造装備の露光時間調節システム。
【請求項４】
前記所定の計算方式は、前記検査ユニットで収集されたデータと前記前段階影響推定ユニットに貯蔵されたデータに加重値を付与する方式であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造装備の露光時間調節システム。
【請求項５】
前記中央処理ユニットは、前記前段階影響推定ユニット、検査ユニット及び露光ユニットから入手された情報と前記情報を通じて得られた加工情報を整理したデータベースを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装備の露光時間調節システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光時間調節システムに係り、より詳細には、前後工程の状態に従って露光時間を調節できる露光時間調節システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の素子高集積化に従って、配線の幅が縮まりつつある。又、線幅微小化によって、半導体装置製造のために形成される各層の配列が正確になされなければならない。半導体装置製造設備のうち、このような要求に強く影響を受けるのが露光装置である。即ち、精密な半導体装置を形成するためには露光装置の解像度と整列能力の向上が要求される。
【０００３】
半導体装置製造技術の精密性を高め、微細パターンを正確な位置に均一した形態に形成するために、露光装置で光源として従来G-Lineを使用したが、次第に、波長３６５nmの i-LINE、波長２４８nmの原紫外線(Deep Ultra Violet)に変えて使用している。又、露光方式もステッパ方式からスキャナ方式に変化する等、露光装置において多くの変化がなされている。
【０００４】
露光の精密度に重要な影響を与える要素は、露光装置のレンズシステム又は光源の種類である。既存の露光装置で、露出時間調節方法、フォトレジスターの種類と厚さ、ベーク（bake）及び現像条件なども全部露光品質に影響を与える。特に、露光時間はフォトレジスター膜に生じるパターンイメージの境界部でフォトレジスターの光化学反応量に影響を与えて、パターンの線幅の大きさ及び均一性に重要な変数になる。
【０００５】
従って、パターンの線幅の大きさは、露光マスクのパターンの線幅と露光装置の幾何光学的構成によって一次的に決定されるが、小範囲では、フォトレジスターパターンの線幅の大きさを、露光時間の調節によって調節できる。そして、半導体装置の素子高集積化と線幅微細化の傾向のために、露光時間によって調節される線幅の大きさは製造工程において重要な役割をする。
【０００６】
露光時間を調節することは、既存の露光時間によって得られたフォトレジスターパターンの大きさ又は品質に対する評価がなされることを前提とする。そして、この評価に基づいて、工程フィードバックによって露光時間を再設定することである。後段階の調査評価を前段階にフィードバックして、前段階工程条件を調節する例が、米国特許第5,965,309に開示されている。これによると、まず、写真工程（photolithography）とエッチングを利用した普通のパターニング工程によって得られた結果パータンの大きさと形態を評価する。そして、評価結果を所定の方式によって処理して、パターニングに影響を与える工程条件を再設定する。特に、エッチング過程での工程条件を調節して結果パターンに影響を与えるという内容と共に、露光工程での焦点と露光量（exposure dose）を調節して結果パターンに影響を与える方法が開示されている。
【０００７】
しかし、このような例はフィードバックによるパターニング条件調節という主題下で一般的な露光、エッチング条件を幅広く扱っているが、露光時間によって露光量に影響を与えるという概念は明確に扱っていない。
【０００８】
一方、露光の結果によって得られたフォトレジスターパターンは、現像後検査（ADI: after development inspection）によって評価され得る。得られたフォトレジスターパターンは露光に関した様々な工程条件によって影響を受けると共に、露光前段階の工程結果によっても影響を受ける。
【０００９】
例えば、露光前に積層された物質膜は光をよく反射する特性があることと、反射防止膜の役割をすること等がフォトレジスターパターンに影響を与える。又、露光前になされた工程基板の表面屈曲形態と露光工程によって得られるパターンの相対的な位置等も露光によって得られる特定部分のフォトレジスターパターンに影響を与え得る。
【００１０】
しかし、現在の露光条件調節システムは、露光工程の前段階工程の結果物又は前段階工程の特性を、現在の露光工程に体系的に反映していない。従って、露光工程に投入された基板の電力に従って露光工程と通じて得られるフォトレジスターパターンの位置と線幅が一定ではない問題点があった。
【００１１】
又、大部分の製造システムで、工程結果に対する調査で得られる調節変数が工程条件に影響を与えるためには、大抵、定期的なデータ募集と評価過程がある。しかし、データ募集と評価過程を遂行する間に、工程に適合しない条件を維持することが多い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した問題点を改善するためのものであり、露光工程の結果を反映して露光時間を適切に調節する露光時間調節システムを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明は、前段階工程の特性と結果を前もって反映して歪曲要素を減らすことによって、露光によって得られるフォトレジスターパターンの均一性を高め得る露光時間調節システムを提供することを目的とする。
【００１４】
又、本発明は、露光結果物の検査によって得られる修正要素のフィードバック（feed back）と露光工程前の工程ウェーハによる露光工程歪曲要素のフィードフォワード(feed forward)を実時間で反映して、フォトレジスターパターンの均一性を高め得る露光時間調節システムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するための本発明のシステムは、露光ユニット、前段階影響推定ユニット、検査ユニット及び中央処理ユニットを備える。
【００１６】
露光ユニットは、中央処理ユニット等から入力される外部信号によって露光時間を調節できるようになされる。前段階影響推定ユニットは、まず、露光ユニットで処理すべき露光対象半導体基板に対する前段階工程の情報を入手する。そして、この情報のうち、露光ユニットで形成される露光パターン線幅に影響を与える要素に対する値を抽出する。抽出された要素値が直接に処理されにくい場合、所定の合理的な方法によって要素値の定量化を実施することもできる。抽出された要素値又は定量化された要素値はフィードフォワードデータとして、中央処理ユニットに印出され得るように前段階影響推定ユニットに貯蔵される。
【００１７】
検査ユニットは、既に露光ユニットで処理された半導体基板に対する露光ユニットでの先作業結果、即ち、線幅値を検査して貯蔵する。検査ユニットは先作業結果の値の代わりに、先作業結果値と先作業結果に対して付与された目標値を比較して得られた差を貯蔵することもできる。貯蔵される値は工程フィードバックデータとして貯蔵されることである。比較値が工程フィードバックデータとして貯蔵される場合、比較のために、先作業に対して付与された目標値が検査ユニットに入力されなければならない。
【００１８】
中央処理ユニットは、まず、前段階影響推定ユニットと検査ユニットに貯蔵されたり収集されたりするデータを取り込む。このデータはプログラム化された所定の計算方式に適用されて、処理結果値を得ることに使用される。結果値は、大抵、露光ユニットの直前段階露光時間に対して補正されるべき差又は最適露光時間自体になる。結果値は露光ユニットが反応できる信号の形態で直接又は変換されて露光ユニットに送られる。望ましくは、露光ユニットに対する信号は対象半導体基板を処理する前に実時間で伝達されて、一部基板が不適合した露光時間によって露光されることを防止する。
【００１９】
本発明で、中央処理ユニットに適用される所定の計算方式は、現段階の工程の性格が考慮され得ることが望ましい。例えば、所定の計算方式に適用される検査ユニット又は推定ユニットに貯蔵されたデータのうち、より最近になされた作業の結果データに加重値が付与され得ることが望ましい。このような場合、加重値を適用データと共に入力できる方式を考え得る。
【００２０】
本発明で、作業の段位又は一度の作業で処理される基板の個数は作業の与件によって決定されるが、作業の段位を基板１ロット（LOT）にすることが便利である。ロットを段位とすることは、大抵、同一のロットで基板が同一の条件によって加工されるためである。先作業に対する結果の検査は、露光ユニットで直前に作業された基板３つのロットを対象とすることができる。この時、所定の計算方式による時間補正値としては、３つのロット各々に対する線幅誤差値を傾向分析して、推定される線幅誤差値に該当される時間補正値を採択できる。又、時間補正値の計算には、フィードフォワードデータに該当する時間補正値が共に反映され得る。
【００２１】
先作業による影響の評価のために、多くの先作業に対する露光結果、即ち、現像後の線幅値の累積されたデータが使用され得る。例えば、まず、先作業されたロット各々に対する現像後検査でのパターン線幅値を整理する。そして、各々の先作業の前段階工程で現段階の露光工程に影響を与える要素を定めて、その要素値を定量化する。そして、パターン線幅値と定量化された要素値の連関関係をグラフ化したり関数化したりして整理する。パターン線幅値の代わりにパターン線幅値とパターン線幅目標値の差を連関関係を引っぱり出すことに使用することもできる。要素値のうち、パターン線幅値と有意味な連関関係を示すグラフ又は関数を得る場合、このような連関関係は前述の所定の計算方式に反映される。
【００２２】
本発明では、直前段階の工程で形成されて基板の表層をなす膜の厚さ及び膜の材質によって定める反射度を、定量化できる要素値又はフィードフォワードデータで例示できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１を参照すると、幅広の矢印は工程ウェーハが進行される方向を示し、細い矢印は情報の流れ及び情報の処理がなされる形態を示す。露光工程２０を基準とする時、工程ウェーハは、まず、前段階工程１０に投入される。前段階工程１０では、ウェーハ全面にシリコン窒化膜がコンフォーマル（conformal）に積層される。次に、工程ウェーハは露光工程２０に投入される。露光工程２０では、全面にフォトレジスター塗布がなされ、続けて、ベーク（bake）、露光(exposure)、現像(development)がなされる。現像の後、工程ウェーハは露光工程２０を通じて形成されたフォトレジスターパターンの線幅を検査、測定するADI(after development inspection)工程３０に投入される。そして、エッチング工程又はイオン注入工程のようにフォトレジスターマスクが必要した次の工程に工程ウェーハが反送される。
【００２５】
以上の各工程段階で、工程条件又は工程結果に対する情報は必要によって前段階影響推定ユニット４０、検査ユニット６０及び中央処理ユニット７０に入力され、整理される。シリコン窒化膜積層工程１０では、シリコン窒化膜の固有反射率と積層厚さ等が露光工程２０に影響を与える要素になる。この要素に対する値が抽出されて、前段階影響推定ユニット４０に記録される。露光工程２０では、フォトレジスターの特性、ベークの温度及び時間、光源特性、現像条件など、他の条件と共に露光時間に対する情報が露光ユニット５０に記録される。同一の装備の同一の段階でも、レチクルによって露光時間が異なり得るので、露光時間はレチクル固有番号によって管理することが望ましい。
【００２６】
工程全体を通じて、各段階の記録は工程ウェーハによってなされ得る。又は１ロットを工程段位にして、これらのうち一つを抽出したのに対する記録を該当ロットの代表値として処理して貯蔵できる。ＡＤＩ過程３０では、個別工程ウェーハ又は工程段位で抽出されたウェーハの所定領域の線幅を検査する。そして、検査によって測定された線幅値に対する情報は検査ユニット６０に貯蔵される。
【００２７】
下記の数学式１のように、n番目の作業に対する線幅の測定値CDnは検査ユニット６０から印出され、既に中央処理ユニット７０に入力された線幅目標値CDTARGETと比較される。その結果として、線幅差のΔCDが生成され、中央処理ユニット７０内の該当記憶場所に貯蔵される。
【００２８】
【数１】
0004508457.tif 000002
レチクルによって管理される露光時間をETとし、線幅目標値CDTARGETのために定めた標準露光時間と実際露光時間の差をΔETとする。n番目の作業に対する実際露光時間と標準露光時間の差はΔETnに示し得る。そして、露光時間変化に対する線幅変化の比率を常数のGに示す。Gは既に作業が実施された多数の、例えば、１００以上の記録対象作業段位に対する線幅差ΔCDnと露光時間差ΔETnの比、ΔCDn／ΔETnを平均した値にすることができる。これを次式（数２）のように示し得る。常数Gは工程が続ぐことによって、中央処理ユニット７０のデータベース７４にデータが累積されると、累積されたデータに基づいて、修正され得る。
【００２９】
【数２】
0004508457.tif 000003
従って、常数Gとn番目作業に対して線幅差ΔCDnに対する資料を有すると、必要な補正時間値、即ち、実施露光時間と標準露光時間との差ΔETnを、ΔCDnをGで割り算して得ることができる。結果的に、既に実施したn番目の作業によって逆算された望ましい露光時間値ET’n を得ることができる。一方、露光工程２０を進行するべき作業対象がn+1番目なら、補正の前に露光ユニット５０に現在セッチングされている露光時間はETnになる。n+1番目の作業の望ましい露光時間ET’n+1は先作業のn番目の作業の結果をフィードバックして得る、n番目の作業に対する望ましい露光時間ET’n と同じであるので、次式（数３）によって決定される。
【００３０】
【数３】
0004508457.tif 000004
この結果は、n+1番目の作業に対する前段階工程の影響を考慮しないという仮定下で得られたものである。従って、前段階工程の影響が問題にならない露光作業、敏感性がより劣る露光作業で現実的に使用され得る値である。
【００３１】
（数３）では、偏差値ΔETnを施行値ETnに足すが、フォトレジスターの種類が陰性又は陽性であるのかに従って、偏差値を引くここともある。
【００３２】
しかし、フィードバックの要素だけを考慮した露光時間の決定は該当作業に対する前段階工程の影響を考慮しないものであるので、複雑な形態を有し、前段階に形成された膜質に敏感な工程の場合、適合しない。従って、工程の対象によっては、前段階工程の影響を考慮して望ましい露光時間ET’を決定しなければならない。即ち、前段階工程の要素値又は定量化された要素値の関数になる新たな露光時間を設定する必要がある。
【００３３】
従って、多くの先作業工程基板に対する現像後検査の結果、線幅値に累積されたデータを有する場合を想定して、前段階工程の影響を受ける例を説明する。まず、シリコン窒化膜は反射防止膜の役割をするので、表面プロファイルによって有意味な連関関係を得ることができると仮定する。そして、累積されたデータを整理して先作業されたロット各々に対して要求される線幅を得るために必要になった露光時間、即ち、適正露光時間を貯蔵する。又、適正露光時間の間、露光を実施する時の現像後検査で得られた線幅の大きさと各先作業の前段階工程で形成されたシリコン窒化膜の厚さを調査する。これによって、この結果を対象にして、線幅を中間媒介変数にする、適正露光時間と対応するシリコン窒化膜の厚さの間の連関関係を調査できる。データ獲得の間に、他の工程変数は一定に統制するのが望ましい。しかし、累積データの数が多い場合、他の工程変数を統制しなくても、変数に特別な変化がないと、連関関係を調査できる。
【００３４】
連関関係は、中央処理ユニット又は前段階影響推定ユニットで、関数式又はグラフなどで整理され得る。その結果、n番目の作業の前段階工程の結果の基板表層シリコン窒化膜の厚さTnに対する適正露光時間ET(Tn)を関数式又はグラフによって得ることができる。
【００３５】
累積されたデータが十分ではない場合又は結果値が他の影響によって頻繁に変わる場合、他の方法を使用できる。即ち、データ収集対象を最近になされた少数の先作業の基板にする。そして、連続的なシリコン窒化膜の厚さと露光時間の対応関係の代わりに、一定の範囲のシリコン窒化膜の厚さに対して同一の適正露光時間を対応させる。
【００３６】
前述の例のように、前段階工程の結果を考慮する場合、前記の数学式３のET’n+1は、数学式４のような形態の望ましい露光時間ET’（Tn+1）に変換され得る。数学式４によると、まず、前段階影響推定ユニットでは、今度の作業工程基板に対する前処理工程段階の結果資料のシリコン窒化膜の厚さを取り込む。そして、中央処理ユニット７０では、データ整理によって得られたシリコン窒化膜の厚さTn+1と適正露光時間の対応関係によって適正露光時間ET（Tn+1）が得られた。このような経路によってフィードフォワードが実現される。検査ユニットで、直前の先作業結果によって得られた必要な補正時間値ΔETnを適正露光時間に足して、最終的に望ましい露光時間ET’（Tn+1）を得るようになる。そして、露光ユニット５０が抽出された露光時間ET’（Tn+1）に合わせて露光を実施するように信号を露光ユニットに伝達する。
【００３７】
その結果、所定の計算方式は次式（数４）の形態になる。（数４）のET（Tn）のTとの対応関係は、前もって中央処理ユニット７０に入力されているものにする。この処理過程は各工程段階を統合する電算網を通じて実時間で処理され得る。各ユニットの間に、工程条件、目標値、検査結果等は相互に実時間で移動され、移動された情報の実時間処理のためには、この情報の流れを前もってプログラム化して進行させるのが望ましい。
【００３８】
【数４】
0004508457.tif 000005
もし、ET（Tn）とTnの対応関係が明確ではなく、今度の工程基板のシリコン窒化膜の厚さに対する露光時間値を得りにくい場合、前段階工程の傾向に基づいて次式（数５）の例のような加重平均による傾向値を利用することもできる。
【００３９】
【数５】
0004508457.tif 000006
図２は、露光時間と現像後線幅検査の結果を示すグラフである。この図には、本発明の実施形態による露光時間調節システムの適用の前の工程と適用の後の工程の結果が示されている。グラフ上の各点は露光工程の１回実施時期を意味する。Y軸上の上部の長方形の点は露光ユニットでの露光時間を、下部の菱形の点は露光現像後検査で現れた線幅の大きさを示す。又、X軸上の数値は
実施時期を示す。全体的に、分散は減り、分散度は２０％改善され、線幅の均一性も向上されて、平均値に近づく。
【００４０】
【発明の効果】
前述のような本発明によると、このような計算と資料の更新は中央処理ユニットで高速になされ、その結果値が露光ユニットにすぐに反映される。従って、補正された露光時間によって露光工程がなされるので、工程上適正でないことが判明しているにもかかわらず一定の期間の間に不適切な条件で工程が続くのを防止できる。そして、工程結果のフィードバックによる工程条件修正に加えて、前段階工程の結果を反映することによって、前もって露光時間の最適化を追求できる。従って、従来に比べてより精密に、要求される幅の露光パターンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に関する工程と情報の流れを示すシステム概念図である。
【図２】本発明の適用前後の露光時間と現像後線幅検査の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
４０    前段階影響推定ユニット
５０    露光ユニット
６０    検査ユニット
７０    中央処理ユニット
【図１】
0004508457.tif 000007
【図２】
0004508457.tif 000008