(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布装置内でウエハ上にリソグラフィーレジストを塗布する工程と、
露光装置内でレチクルを介してウエハを露光させる工程と、
化学反応を活性化させるために前記リソグラフィーレジストを安定化させて、現像手段内で前記リソグラフィーレジストの前記所定範囲を現像して、ウエハ表面上に所定のリソグラフィーレジストパターンを出現させる工程と、
安定化手段内でリソグラフィーレジストを安定化させて、ウエハ表面上の前記パターンを強化する工程と、
計測装置内で前記ウエハ表面上の前記リソグラフィーレジストパターンの計測検査を行う工程とからなり、
前記計測検査は、前記安定化手段に隣接する原子間力顕微鏡モジュール内の原子間力顕微鏡により前記パターンを強化する工程の直後に実行され、
前記計測検査は、ウエハ表面上のリソグラフィーレジストパターンの臨界寸法及びオーバーレイを試験し、前記臨界寸法が所定の規格に適合するか否かを示す二つの所定の論理状態をとり得る試験結果に応答して、制御信号を生成する工程を含み、
その制御信号に応じて、露光パラメータを変更する工程を備える
少なくとも一つの半導体デバイスをウエハ上に形成するリソグラフィー方法。
【請求項２】
前記計測検査は、リソグラフィーレジストのウエハに対する整合を試験して、試験結果に応答して、ウエハの整合が正確か不正確かを示すエラー信号を生成する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記制御信号が、ウエハの整合が不正確であるか、または論理状態が前記所定の規格から逸脱していることを示す第一の所定の論理状態をとる場合に、自動応答が原子間力顕微鏡モジュールによって初期設定される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記リソグラフィーレジストは、深紫外線フォトレジスト、極端紫外線フォトレジスト、Ｘ線レジスト、電子リソグラフィーレジスト、およびイオンビームレジストのうちの少なくとも一つを備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ウエハ上に少なくとも一つの半導体デバイスを形成するリソグラフィー機器であって、該リソグラフィー機器は、リソグラフィーセルと、前記ウエハの計測検査を行う計測装置と、前記ウエハ内にエッチング、湿式処理、またはイオン打込みを行うプロセスセルとを備え、前記リソグラフィーセルは、
前記ウエハ上にリソグラフィーレジストを塗布する塗布手段と、
レチクルを介して前記ウエハを照射に露光させる露光装置と、
化学反応を活性化させるために前記リソグラフィーレジストを安定化させる第一安定化手段と、
前記リソグラフィーレジストの前記所定範囲を現像して、ウエハ表面上に所定のリソグラフィーレジストパターンを出現させる現像手段と、
リソグラフィーレジストを安定化させて、ウエハ表面上の前記パターンを強化する第二安定化手段とを備え、
前記計測装置は前記第二安定化手段に隣接して前記リソグラフィーセル内に一体化された原子間力顕微鏡モジュールを備え、該原子間力顕微鏡モジュールはウエハ表面上のリソグラフィーレジストパターンの臨界寸法及びオーバーレイを前記第二安定化手段によるパターンの強化直後に試験し、前記臨界寸法が所定の規格に適合するか否かを示す二つの所定の論理状態をとり得る試験結果に応答して、制御信号を生成し、その制御信号に応じて、露光パラメータの変更が可能とされるリソグラフィー機器。
【請求項６】
前記原子間力顕微鏡モジュールは、ウエハ上の所定位置にて複数の深針を備える請求項５に記載の機器。
【請求項７】
前記原子間力顕微鏡モジュールは、前記ウエハを前記原子間力顕微鏡モジュールに対して移動させる、移動可能な搭載台を備える請求項５に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大規模集積半導体デバイスに関し、より詳細には、ウエハ上に少なくとも一つの半導体デバイスを形成するリソグラフィー法と、同リソグラフィー法のための機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスの形状寸法が縮小するにつれて、オーバーレイおよび臨界寸法（ＣＤ）に対する要求は益々厳しいものとなっており、より高い精密性が要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
正確なオーバーレイを達成する困難さに加えて、光学的な探知技術を使用してフィーチャ寸法およびオーバーレイマークを（計測装置を使用して）計測する能力は限界に達しつつある。この限界のために、光学的な計測をより新しい技術にて行う必要がある。
【０００４】
本発明は、従来の光学的方法を使用したオーバーレイおよびＣＤの計測をより新規な技術に置き換えて、先行技術の不利益および限界を軽減あるいは回避する概念を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、同一モジュール内にてウエハ上に印刷されたマイクロ単位以下のフィーチャの限界寸法（ＣＤ）の計測に適用することも可能である。本発明に使用される技術は、原子間力顕微鏡検査法（ＡＦＭ）である。この顕微鏡モジュールは、リソグラフィーセル内に位置している。この機器は、原子スケールの整合およびフィーチャの計測の精密性を提供する。本願に提案される技術の利点の一つは、このシステムは光学的計測に関連するエラーを発生し難いことである。
本発明の第一の態様によれば、少なくとも一つの半導体デバイスをウエハ上に形成するリソグラフィー方法が提供される。その方法は、塗布装置内でウエハ上にリソグラフィーレジストを塗布する工程と、露光装置内でレチクルを介してウエハを露光させる工程と、化学反応を活性化させるために前記リソグラフィーレジストを安定化させて、現像手段内で前記リソグラフィーレジストの前記所定範囲を現像して、ウエハ表面上に所定のリソグラフィーレジストパターンを出現させる工程と、安定化手段内でリソグラフィーレジストを安定化させて、ウエハ表面上の前記パターンを強化する工程と、計測装置内で前記ウエハ表面上の前記リソグラフィーレジストパターンの計測検査を行う工程とからなる。前記計測検査は、前記安定化手段に隣接する原子間力顕微鏡モジュール内の原子間力顕微鏡により前記パターンを強化する工程の直後に実行され、前記計測検査は、ウエハ表面上のリソグラフィーレジストパターンの臨界寸法及びオーバーレイを試験し、前記臨界寸法が所定の規格に適合するか否かを示す二つの所定の論理状態をとり得る試験結果に応答して、制御信号を生成する工程を含む。本発明の方法は、前記制御信号に応じて、露光パラメータを変更する工程を備える。
本発明の第二の態様によれば、ウエハ上に少なくとも一つの半導体デバイスを形成するリソグラフィー機器が提供される。該リソグラフィー機器は、リソグラフィーセルと、前記ウエハの計測検査を行う計測装置と、前記ウエハ内にエッチング、湿式処理、またはイオン打込みを行うプロセスセルとを備える。前記リソグラフィーセルは、前記ウエハ上にリソグラフィーレジストを塗布する塗布手段と、レチクルを介して前記ウエハを照射に露光させる露光装置と、化学反応を活性化させるために前記リソグラフィーレジストを安定化させる第一安定化手段と、前記リソグラフィーレジストの前記所定範囲を現像して、ウエハ表面上に所定のリソグラフィーレジストパターンを出現させる現像手段と、リソグラフィーレジストを安定化させて、ウエハ表面上の前記パターンを強化する第二安定化手段とを備える。前記計測装置は前記第二安定化手段に隣接して前記リソグラフィーセル内に一体化された原子間力顕微鏡モジュールを備え、該原子間力顕微鏡モジュールはウエハ表面上のリソグラフィーレジストパターンの臨界寸法及びオーバーレイを前記第二安定化手段によるパターンの強化直後に試験し、前記臨界寸法が所定の規格に適合するか否かを示す二つの所定の論理状態をとり得る試験結果に応答して、制御信号を生成し、その制御信号に応じて、露光パラメータの変更が可能とされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１を参照すると、先行技術におけるリソグラフィーセルと、それに関連した隣接する装置が示されている。処理されるべきウエハは、例えば３００ｍｍ径ウエハを２５枚収容する、前面ドア付きポッド（ＦＯＵＰ）１にて搬送される。ウエハＦＯＵＰ１はリソグラフィーセル２内に入り、同リソグラフィーセルは、その主要な構成要素として塗布装置３と露光装置４とを備える。リソグラフィーセル２は太線による長方形にて示され、同長方形はその構成要素として塗布装置３と露光装置４とを包含する。塗布装置３は破線による多角形にて示され、同塗布装置３は、塗布手段５と、現像手段６と、ウエハを焼成／冷却する複数の安定化手段７とを備える。（以下にて、ウエハを「焼成」するという用語は、その後のウエハの「冷却」も含む。）リソグラフィーセル２内でプロセス工程を終了した後、ウエハはプロセスセル９に移されて、エッチング、湿式処理、またはイオン打込みが行われる。
【０００７】
ウエハにリソグラフィー処理を行うための装置は、ループ状に配列されており、二つの隣接する処理手段間におけるウエハの搬送経路１０は、実線（矢印）で示される。ウエハは、最初に塗布装置３内の塗布手段５に入り、同塗布手段５内でリソフラフィーレジストを塗布される。レジストの塗布後、ウエハは焼成および冷却されて、ウエハ上のリソグラフィーレジストが安定化される。その後、ウエハは露光装置４に移される。露光装置４は物理的環境の見地から、露光パラメータおよび環境に対する必要条件が、塗布、現像、および焼成／冷却に対する必要条件と異なるために、通常は塗布装置３の外部に置かれてい
る。ウエハは露光装置４内で、レチクル（図示せず）を介して、光、Ｘ線、電子またはイオンの照射に露光される。露光装置４内で露光された後、ウエハは塗布手段３に戻って第一安定化手段７内で焼成および冷却されて、ウエハ上の露光されたリソグラフィーレジストが安定化される。その後、ウエハは現像手段６に入り、現像手段６内で現像された後、第二安定化手段７へ移されてウエハ表面上のレジストパターンが焼成される。従って、複数枚のウエハが一度に並行して処理される。即ち、一枚のウエハが塗布手段５内でレジストを塗布され、かつ一枚のウエハが露光装置４内で光、電子、イオン等に照射され、かつ一枚のウエハが現像手段６内または一つの安定化手段７内に存在する。第二安定化手段７の後、ウエハはリソグラフィーセル２を退出して、（エッチャー、イオンインプランター等の）プロセスセル９に入り、さらなる処理が行われる。
【０００８】
ウエハがプロセスセル９に入り、さらなる処理が行われる前に、ウエハ表面上のパターンの計測検査が行われる。この計測検査によって、前のリソグラフィーの処理中に、リソグラフィーセル内でウエハとプロセス手段との不整合によって、あるいは特定のフィーチャ寸法が大きくなりすぎたか、または小さくなりすぎたことによって、ウエハ上のフィーチャがウエハに対して適切に配向されていない場合にウエハが拒絶される。この計測検査は、リソグラフィーセル２およびプロセスセル９の各々の外部の別個の計測検査装置８内で行なわれる。
【０００９】
しかしながら、この計測検査は、各ＦＯＵＰ１内のウエハのバッチ全体が処理された後に行なわれる。従って、最初に検査されたウエハに欠陥が見つかった場合、バッチ全体が欠陥を有することが直ちに推定される。この場合、バッチの全ウエハを再び処理する必要がある。この作業多大な時間とコストを要する。
【００１０】
図３に、関連する先行技術プロセスの工程を示す。図３を参照すると、最初の工程１３において、ウエハにリソグラフィーレジストが塗布された後、塗布手段５内で焼成および冷却されて、ウエハ上のリソグラフィーレジストが安定化される。続いて、工程１４において、レジストを有するウエハを、露光装置４内でレチクル（図示せず）を介して深紫外線、極端紫外線、Ｘ線、電子またはイオンビームの照射に露光させる。ウエハを、第一安定化手段７内で焼成および冷却して、ウエハ上のリソグラフィーレジストを安定化させる。レジストを安定化させてレジスト内の化学反応を活性化させた後、工程１５において、レジストを現像手段６内で現像してウエハ表面上のレジストパターンを出現させる。現像されたリソグラフィーレジストは再び、工程１６において、第二安定化手段７内で焼成およびその後の冷却によって安定化されて、ウエハ表面上のパターンが強化される。その後、工程１７において、本願発明に従ったモジュール８内で計測検査が行われた後、ウエハのバッチはプロセスセル９に移される。工程１８において、プロセスセル９内でウエハにエッチング、湿式処理、またはイオン打込みが行われる。
【００１１】
本発明によれば、工程１７においてウエハにより直接的な監視が行われる。即ち、計測検査装置８は、第二安定化手段７の後部においてリソグラフィーセル２に直接取り付けられている。モジュールのリソグラフィーレジストトラック内における、この位置は、ウエハの現像および焼成の工程が終了した後に、ウエハをｉｎ  ｓｉｔｕにて計測することを可能にする。図２に、本発明によるリソグラフィーセル２のデザインを示す。図２を参照すると、リソグラフィーセル２は、基本的に図１中の構成部分と同一の主要な構成部分を備える。しかしながら、図２において、計測検査は計測モジュールが第二安定化手段７に隣接してリソグラフィーセル２内に組み込まれているために、焼成の直後に行われる。工程１７でウエハに任意の規格外状態が探知された場合、ウエハのバッチの処理は、ウエハの排除数が最小限にて停止され得る。即ち、（現像および焼成の工程がたった今終了した）現在検査中の一枚、現像手段６内の一枚、安定化手段７内の一枚、および露光装置４内の一枚のウエハ４枚のみを再処理する必要があるであろう。（露光装置に入る前の）塗布
手段５内の五枚目のウエハは影響を受けないであろう。このことは、ＦＯＵＰ１内のウエハの全２５枚に塗布、露光、現像および焼成を行った後に、別個の計測モジュール内で計測検査を行なって、製造プロセス内に再導入する前に、ウエハのバッチ全体を再処理する必要のあった先行技術と比較するに多大な利点を有する。
【００１２】
ウエハ表面上の微細なフィーチャを検査するために、原子間力顕微鏡モジュール１１を使用する検査もまた行なわれる。原子間力顕微鏡１１は、圧電駆動カンチレバーを備え、同圧電駆動カンチレバーはその自由端にチップ（例、ＳｉＣチップ、ダイアモンドチップ、およびいわゆるＣ６０構造分子のいずれか）を備える。チップは、ウエハを横切ってウエハ表面上のパターンを走査する。（ウエハを塔載台（図示せず）上で平行移動させるか、またはウエハを横切ってカンチレバーを牽引することによって。）カンチレバーの端部のチップは、ウエハ上のフィーチャによりウエハ表面とほぼ直交する方向に吸引されるか、または反発される。チップの鉛直方向の移動は圧電探知器により探知されて、同圧電探知器は変動する電気信号を生成する。この電気信号はその後増幅器に印加されて、コンピュータ（図示せず）にて判定される。
【００１３】
マクロマシン（ＭＥＭＳ）としてチップ上に集積されたセンサ、メカニズム、および電子機器と、電気的構成要素および機械的構成要素とを組み合わせた集積マイクロ素子を使用することによって、必要とされるウエハパターンの任意のレイアウト空間の同時計測を成し遂げる安価なアレイが構築され得る。予め設定したウエハ上の範囲に複数の深針の位置を使用して、通常の位置上の計測値を獲得して、ウエハの処理量を向上させることが好ましい。これは、圧電塔載台のような限定範囲内にて移動可能な塔載台（図示せず）が使用された場合に、データ獲得時間を短縮させる。代替として、同時データを獲得するために移動可能な塔載台を設置するよう変更された、改良型の独立ＡＦＭシステムを使用して行なうことも可能である。
【００１４】
本発明によれば、原子力間顕微鏡（ＡＦＭ）モジュール１１は、ウエハプロセスのタイミング、特に上述のモジュール内の工程のタイミングを制御する外部制御ユニット１２に連絡する制御リンクを備える。この役割を果たすために、外部制御ユニット１２はリソグラフィーセル２内の他の要素、即ち塗布手段５、露光装置４、現像手段６、および安定化手段７にも接続されている。ＡＦＭモジュール１１内で一度に一枚のウエハが検査される。検査されたウエハ上フィーチャが、以前格納されたテンプレートまたはデータベースに一致するか否かが、自動的に試験される。ＡＦＭモジュール１１は、少なくとも第一および第二の所定の論理状態をとり得る制御信号を出力する。この制御信号は、前述の制御リンクを介して外部制御ユニット１２に供給され、従って間接的にリソグラフィーセル２内の他のモジュールに供給される。制御リンクは、図２にて破線（矢印）で示される。原子間力顕微鏡モジュール１１内で検査されたウエハに任意の規格外の状態が探知されると、制御信号は、試験されたウエハがそのウエハの規格に適合しないことを示す所定の論理状態をとり（従って、制御信号の反対の論理状態は、プロセスが連続するべきであることを示す。）、制御リンクを介してリソグラフィーセル２の他の要素に出力される。試験されたウエハがそのウエハの規格に適合しないことを示す論理状態の制御信号が入力されると、続くウエハのプロセスが自動的に停止されて、リソグラフィー機器の操作者は、例えば塔載台（図示せず）上のウエハを再び整合するか、または露光装置４内の臨界寸法のための露光パラメータを変更することが可能となる。上述したように、この構成により、リソグラフィーセル２内の任意の構成要素に対するウエハの任意の不整合に対する、最も直接的かつ即時的な反応が確実となる。
【００１５】
図４を参照すると、図３のフローチャート１７の工程１７のサブ工程の詳細なリストが示されている。図４の一連のサブ工程は、工程１７１のリソグラフィーレジストパターンのウエハに対する整合の検査から開始される。工程１７２では、ウエハ表面上のパターン
の整合が正確であるか否かを判定する。ウエハが正確に整合されており、ウエハ上のパターンが正確に配向されている場合、プロセスは工程１７４へ続く。反対に、レジストパターンが正確に整合されていない場合は、検査されたウエハは拒絶されて、プロセスセル９内のさらなるプロセスから除外される。リソグラフィープロセスは停止され、その結果操作者は現像機器４後のウエハ全部を拒絶して、リソグラフィー設備内に欠陥が存在するか否かを調査して、ウエハの整合を修正することが可能となる。（一般的には、ウエハのみを移動して整合させるが、原則的にはレチクルも微調整され得る。）工程１７４ではウエハ表面上のレジストパターンの臨界寸法が検査される。この計測の結果は、工程１７５で判定される。ウエハが整合検査および臨界寸法検査の両方に合格した場合、ウエハはプロセスセル９を退出する。しかしながら、レジストパターンのいずれかの臨界寸法が規格外である場合、工程１７６でウエハは拒絶され、さらなる工程から除外されて、リソグラフィーセル２内のウエハプロセスは、サービスのために停止される。操作者は、露光装置４後にウエハ全部を除去して、リソグラフィーセル２内のシステムの構成要素の整合またはプロセスパラメータの適切性を検証する機会が与えられる。
【００１６】
簡単に言えば、ＡＦＭモジュールは、オーバーレイに続いて臨界寸法を計測する。規格外の状態が判定された場合、制御ユニット（図示せず）にフィードバックされるエラーメッセージが初期設定される。この原子間力顕微鏡モジュール１１の自動応答に基づいて、能動的なフィードバックループにおいてウエハのバッチが処理される間に、制御ユニットが指定されたウエハを選別し得る。
【００１７】
以下に、本発明の工業的用途における主な利点を列挙する。
ＣＤおよびオーバーレイを計測するリソグラフィークラスタ上にＡＦＭを使用することによって、確実にプロセス監視が向上され、かつ再作業時間が確実に短縮される。リソグラフィーセル内にＡＦＭモジュールを一体化させることによって、デバイス製造のサイクル時間が短縮し、光学的方法が効果的でないフィーチャおよびオーバーレイの物理的計測もまた可能となる。リソグラフィーセル内のウエハの処理量は、ＡＦＭモジュール内に複数のＡＭＦ深針の位置を備えることにより増加する。現存する光学的技術によっては正確に計測できないデザインフィーチャのＣＤおよびオーバーレイ制御は、ＡＦＭにより向上される。精度のレベルはより高く、装置内計測と装置外計測と間にて相関可能であり、露光装置内における整合計測の必要性が無視され得る。
【００１８】
本発明をその特定の構成、デバイス、および方法の観点から説明してきたが、当業者は、本願はこのような実施例のみに限定されるものではなく、本願の全範囲は請求項によって適切に判断されることを、本願の説明を基に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術によるリソグラフィー機器を示すブロック回路図。
【図２】本発明の実施態様によるリソグラフィー機器を示すブロック回路図。
【図３】先行技術によるウエハ上の半導体デバイスのためのリソグラフィー工程を示すフローチャート。
【図４】図３の一部を詳細に示し、本発明を具体化するフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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