(57)【要約】半導体ウェハを露光する方法が提供される。露光装置の露光パラメータを調整することおよび半導体ウェハ（１０）上の露光場のマトリックス構成（２２）にパターンを投影することによって該半導体ウェハ（１０）を露光する方法である。この方法は、例えば、半導体エッチングまたは堆積プロセス等のプロセスの不均一性の影響の補償を、任意の露光場（２１）に対する露光装置の露光パラメータ（３０）、好適には、照射量および焦点のセットを、半導体ウェハ（１０）全体にわたって個別に調整することによって提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置の露光パラメータを調整することおよび半導体ウェハ（１０）上の露光場のマトリックス構成（２２）にパターンを投影することによって該半導体ウェハ（１０）を露光する方法であって、
露光場の該マトリックス構成（２２）は、少なくとも２つの領域（２０、２０’）に分割され、該領域（２０、２０’）の各々に、露光装置の照射量および焦点を含む露光パラメータ（３０）の異なったセットが提供される、第１の工程と、
各露光場（２１）は、該露光パラメータ（３０）のセットを用いて露光され、該パラメータは、露光場（２１）に関する該領域（２０、２１’）に関連する、第２の工程と
を包含し、
該第１の工程および該第２の工程は、パシベーション層上がレジストによって被覆される該半導体ウェハ（１０）上で実行される、方法。
【請求項２】
前記第２の工程は、半導体ウェハ（１０）の数だけ反復され、他方、前記領域（２０、２０’）の広がりおよび設計ならびに前記露光場（２１）の各々の前記露光パラメータ（３０）のセットは、該数の該半導体ウェハ（１０）のすべてに対して一定に保持されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体ウェハ（１０）を露光する方法。
【請求項３】
前記第１の工程による、領域（２０、２０’）への前記分割は、
第１に、前記露光場（２１）の各々について、該露光が所与の質を達成することを可能にする、前記露光パラメータ（３０）のセットの範囲を決定することによってと、
第２に、該露光場（２１）を、露光パラメータ（３０）のすべての関連するセットが、該露光場（２１）の該露光パラメータ（３０）のセットの該範囲内にある前記領域（２０、２０’）と関連付けることによってとで実行されることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体ウェハ（１０）を露光する方法。
【請求項４】
前記露光装置は、ウェハステッパまたはスキャナ、電子ビーム、レーザビーム、イオン投影ビームまたはＸ線リソグラフィ装置であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体ウェハ（１０）を露光する方法。
【請求項５】
前記領域は、前記半導体ウェハ（１０）の連続外側エッジ領域（２０）および連続内側領域（２０’）であり、内側領域露光場（２１）を外側領域露光場（２１）を分離する円の半径は、調整され得ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記半導体ウェハ（１０）は、少なくとも３００ミリメータの直径を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体ウェハ（１０）を露光する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハを露光する方法に関する。
【０００２】
半導体ウェハの製造において、均一なプロセス条件の維持は、ウェハの高い歩留まりを保証し、かつ再加工に費やされる時間を低減するために重要な役割を果たす。ウェハの寸法が大きくなることに伴なう、例えば、現像、エッチング、酸化または洗浄プロセスの間のプロセスに依存する不均一性が、３００ミリメータ以上の直径を有するウェハの場合、特に顕著であり、結果としてウェハ領域全体にわたる線幅等の長さのスケール、層厚さ、またはパターンの質が不均一になり得る。一般的に、例えば、エッチパラメータ等のすべてのプロセスパラメータは、均一性の測定値の最大数が、所与の許容範囲内にきっちりと入るか、またはチップの歩留まりが容認されるように調整される。
【０００３】
関連問題は、例えば、ウェハ製造の最後のパシベーションプロセスの後、プラズマ酸化物（ＳｉＯ２）およびプラズマ窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）の二重の層の層厚さの不均一性から生じる。これらの層は、プラズマ化学気相成長プロセス（ＰＥＣＶＤ）で生成され、真下にある金属線への水の浸透、または材料の汚染を妨げるために利用される。メモリまたはロジック製品の場合のように複数のプロセス工程が実行されるべき場合、パシベーションの前に複雑な表面構造が現れ得、パシベーションの後、必然的に厚さの変動が起こる。
【０００４】
堆積プロセスは、プラズマ堆積が不均一であるために、ウェハの中央部から外側エッジに向かって、滑らかかつ大規模な変動、すなわち、厚さの低減を発生させる。パシベーション層が堆積された後、その次にパターニングされたマスクを通して表面に光を照射するために、イミドレジストが塗布される。パターンは、一般に、余剰を切断するために、試験の後、レーザー切断されるべきヒューズ（ｆｕｓｅ）が光に曝されるように設計される。レジストを用いて、イミドが現像および焼き固められ、真下のパシベーション層がエッチングにより剥離され得、その後、外部レーザスポットによるヒューズへのアクセスが可能になる。
【０００５】
例えば、ウェハステッパ等の露光装置から出現する光は、イミド層を通って透過し、下に位置するパシベーション層によって、例えば、最大２０％までの反射率で反射される。残念ながら、反射率は、パシベーション層厚さによって著しく異なる。これは、異なった層の境界にて反射された光の干渉が原因である。従って、堆積プロセスが不均一であるために起こる、パシベーション層厚さの中央部からエッジにわたる変動によって、ウェハの外側エッジのヒューズ内にレジスト残留物が残る。従って、これらのヒューズは、外部レーザスポットによってアクセスされ得ない。
【０００６】
問題は、当該のウェハを再加工することによって解決され得る。それによって、レジスト残留物を除去するために、さらなるエッチングプロセスを実行するが、このエッチングプロセスが他の層にも影響を及ぼすかもしれず、劣化の原因となる。さらに、再加工は、ウェハのサイクルタイム全体を延長し、かつ高価な装置およびオペレータ資源を浪費する。いずれにせよ、質の低下により、ウェハの歩留まりが低下する。
【０００７】
従って、本発明の主な目的は、プロセスの不均一性による再加工の量を低減し、かつ半導体製造プロセスにおける歩留まりを向上させる方法を提供することである。
【０００８】
問題は、露光装置の露光パラメータを調整、かつ半導体ウェハ上の露光場のマトリックス構成にパターンを投影することによって半導体ウェハを露光する方法によって解決される。この方法は、露光場のマトリックス構成が少なくとも２つの領域に分割され、これらの２つの領域の各々に、露光装置の照射量および焦点を含む露光パラメータの異なったセットが提供される第１の工程と、各露光場が、露光場に関連する領域に関連する露光パラメータのセットを用いて露光される第２の工程とを包含する。
【０００９】
本発明による方法を用いて、上述の化学的または物理的プロセスの不均一性が、有利にも、リソグラフィ工程内で補償され得、その際、プロセスそれ自体を変更することを必要としない。これは、１つのウェハの異なった露光ステップ間の露光装置の露光パラメータを変更することによって達成される。ここで、パターンは、ウェハの露光場上にステップ的に投影される。測定可能な出力量（ｏｕｔｐｕｔ　ｑｕａｎｔｉｔｙ）または限界寸法等が同じである場合に、両方の機能、すなわち、プロセスの効率および露光の変化が同様に作用しても、逆に作用しても、リソグラフィ工程それ自体以外のプロセスにおける局所的に作用する不均一性を、局所的露光の露光パラメータの変化が上回り得る。
【００１０】
露光場の一般的なマトリックス構成は、複数の領域に分割される。これらの領域は、露光パラメータの選択において異なった扱いがなされ、ただ１つのパラメータのセットをウェハのすべての露光ステップに対して用いるのではない。これらの領域の大きさおよび範囲は、補償されるべき不均一性の種類に依存する。好適には、プロセスの不均一性の幾何学的形状は、領域の形態に反映される。通常、用いられる形態は、ウェハ上の特定の量の勾配（補償される必要がある）に対して直角に配向される、ウェハ全体にわたって平行に延びる縞、またはウェハエッジにて不十分に作用するプロセスを反映する同心円である。従って、この方法は、有利にも、プロセスの不均一性の任意の規模に適合され得る。
【００１１】
例えば、リソグラフィリード（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ　ｌｅａｄ）が、ウェハ上のエッチングプロセスの局所的変動を、例えば、エッチングプロセスが不十分な対応する露光場の照射量を増加することによって補償するために挿入され得る。レチクルからウェハにクロムバー（ｃｈｒｏｍ　ｂａｒ）を投影、およびポジ型レジストを用いる場合、増加した照射量は、線幅をより小さくし、これによって、ウェハの外側エッジにおける非効率的なエッチングプロセスの際の線プロファイルの弱いエッチングを補償する。照射量を低減して、これと逆のことが行われる。焦点、または任意の他の調整可能なリソグラフィ装置のパラメータは、リソグラフィ以外のプロセスにおいて生じる問題を補償するために変更され得る。
【００１２】
領域およびそれらの露光パラメータの決定は、補償が適用される必要があるプロセス全体をシミュレートすることによって、または最初の試験ウェハが開始され得ることによって行われ得る。ここで、露光場マトリックスの隣接し合う行または列において、露光パラメータがわずかに変更され、処理後、分析される。例えば、閉ループ制御回路内で測定を制御することによって入力を再調整する等、領域および露光パラメータ処理の外部入力が可能である。従来技術の場合でさえ、露光パラメータの決定も、試験ウェハを開始することによって実行されるので、領域およびこれらの領域の露光パラメータを決定する際に、さらなる努力がなされる必要はほとんど無い。従って、ウェハのサイクルタイムが節約される一方で、露光装置のセットアップ時間は、無視できる。
【００１３】
ウェハ場上の所望の補償の細部は、１つの露光場の解像度にまで引き上げられ得、すなわち、１つの領域が、露光場と等しくなる。電子ビームまたはイオン投影ビーム書き込み器の場合、１つの露光場は、ほんの数ナノメータの直径におよぶ１つのアドレスグリッドポイントのみに対応する。
【００１４】
一旦領域およびそれらの領域の露光パラメータがわかると、所望のマスクパターンが、ウェハ上にステップ的に、マトリックス構造の露光場の中に投影され、各露光工程は、現在露光されている露光場に対応している領域に関する先験的な露光パラメータを用いて行われる。従って、プロセス効率と露光パラメータの補償との間の関係が利用可能である場合、ウェハ全体にわたる中央部からエッジへの変動といったウェハ上のシステム的な変動（通常、線幅の勾配、欠陥密度の勾配および、ウェハの外側エッジ領域において現れるレジストの残余物の増加をもたらす）は、補償され得、従って、ウェハの歩留まりを向上させ、かつ再加工の量を低下させる。
【００１５】
別の利点は、最終パシベーションプロセスの後の露光である。本発明による方法が、従来技術の場合のようにウェハの中央部分において特定の照射量を用いて、およびウェハの外側エッジ領域において増加された照射量を用いて、このプロセスの後にウェハに適用される場合、下に位置するプラズマ酸化物とプラズマ窒化物を含むパシベーション層の反射率の低下による外側エッジ部分におけるイミド層の照射の低減は、より多い照射量によるより強い強度によって補償され得る。従って、ウェハ全体にわたる任意の露光された領域は、同じ強度の露光を受ける。従って、ウェハ表面上、特に、ヒューズにて、レジストの残留物が残らず、ウェハの歩留まりが、有利にも向上する。
【００１６】
さらなる有利な局面は、半導体ウェハの大量生産を考慮する。一旦プロセスの不均一性を補償するように決定された領域および露光パラメータがわかると、これらは、同じパターンを受け取り、同じプロセスを通過する次に続くすべての半導体ウェハについて一定に保持さえ得る。さらなるセットアップおよびパラメータの決定は必要なく、従って、時間を節約する一方で、ウェハの歩留まりをなお向上させる。
【００１７】
さらなる局面は、領域のコンセプトを考慮する。通常、ウェハ上に投影されるべき露光場のマトリックスは、いわゆるリソショットマップ（ｌｉｔｈｏ−ｓｈｏｔ　ｍａｐ）により視覚化され得る。簡略化するために、最適な出力の質を達成するために露光パラメータの設定を個別に有する露光場は、組み合わされて領域になる。各露光場のプロセス窓（高い質の出力を保証する露光パラメータの範囲の組み合わせとして定義される）がそれらの露光場を共にグループ化するために用いられ、そしてこの露光場が重なり合うプロセス窓を含む。生じた領域は、そこで、露光パラメータを含む。この領域は、考慮の対象となる領域に属する任意の露光場のプロセス窓内に引き続き位置する。このコンセプトの利点は、露光場のマトリックスを反映し、かつその領域を表すこのリソショットマップは、引き続き高い質を提供し、次のウェハロットのためにすぐに再利用および洗練（ｒｅｆｉｎｅ）され得る。本発明により、これらの領域の任意の幾何学的構造がインプリメントされ得る。
【００１８】
別の有利な局面は、本発明が半導体ウェハを露光する次世代のリソグラフィ装置への適用を考慮する。例えば、照射量および焦点の露光パラメータは、光学的リソグラフィ装置、拡張紫外線（ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）リソグラフィ装置または分散Ｘ線リソグラフィ装置の露光ステップ間で容易に変更され得るが、これらは、パターンが、任意の種類のビーム、すなわちイオンビーム、電子ビーム、Ｘ線ビーム等によってウェハ上に書き込まれる場合に有効である。この場合、それぞれの光線量が、ただ、ビームによって現在当てられる（ｓｐｏｔ）座標に依存して、１つの露光工程内で変更され得る可能性さえある。プロセスの不均一性の補償は、そこで、特に有利であり得る。
【００１９】
本発明によるさらなる有利な局面は、上述の領域の所定の幾何学的形状を用いることである。本発明の好適な用途は、プロセスパラメータの中央部からエッジへの変動をウェハ全体にわたって補償することである。例えば、変更され得る半径までのすべての露光場を含む中央領域を用いて、および残りの外側の露光場を組み合わせて環状の形状を有する外側エッジ領域にして、この変動が補償されて最初の状態にされ得る。プロセスの不均一性の幾何学的形状は、これらの領域に完全に反映され、半径によって与えられた中央領域の境界における露光場のみが調べられることになっているので、領域および露光パラメータを決定する手順は、なお効率的かつ時間の節約になる。
【００２０】
本発明によるさらなる局面は、３００ミリメータ以上のウェハ技術の問題を扱う。大きめのウェハ寸法のプロセスの不均一性は、特に目立つので、本発明による方法は、再加工の量を著しく低減し、かつウェハの歩留まりを向上させる。
【００２１】
本発明の実施形態は、ここで、図面を参照して説明される。
【００２２】
本発明の方法の実施形態は、ここで、ウェハ全体にわたる反射率の変動についての上述の問題を考慮に入れて説明される。図１は、複数のヒューズ８０を含む、露光されたウェハのメモリチップ上の２つの水平バーの走査型顕微鏡の画像を示す。これらのヒューズは、バーの内側の短い垂直線として可視である。図１に示されるチップは、ウェハの外側エッジおける露光場に配置される。ここで、本発明の方法は、まだ適用されておらず、露光のために、ウェハの中央領域に高い質の出力を提供する露光パラメータが選択されている。ウェハ全体にわたる上述のプロセスの変動のために、現像工程および洗浄工程の後、レジスト残留物がウェハ表面上に残る。この残留物は、図１の左手側にわずかに見えるいくつかのヒューズ８０’を覆う。
【００２３】
この変動の原因は、本発明のパシベーション層を構成するプラズマ窒化物層およびプラズマ酸化物層の厚さの反射率への強い依存であることが容易に見出され得る（図２）。高反射領域および低反射領域の微細な周縁を有する構造（プラズマ窒化物層厚さとプラズマ酸化物層厚さとの任意の組み合わせの周期構造を含む）は、均一なプロセス窓を不可能にする。この実施形態には、５００ｎｍのプラズマ窒化物と２００ｎｍのプラズマ酸化物とを有するパシベーションの二重層が用いられるが、同様の結果を提供する、任意の他の適切な組み合わせが用いられ得る。従って、２つの層のＰＥＣＶＤプロセスを改良することを除いて、本発明による方法は、ウェハの外側エッジにおける露光強度の低下を補償することによってこの問題を解決する。この露光強度の低下は、本来、下に位置するパシベーション層の本質的に低い反射率が原因である。
【００２４】
従って、第１の工程において、ウェハ１０上に投影されるべき露光場２１のマトリックス２２は、２つの領域２０、２０’に分割される。これらの２つの領域は、露光パラメータ照射量および焦点の従来の値を用いる対象となる中央円形領域２０’、ならびに照射量は増えるが同じ焦点を用いる円形の外側エッジ領域２０である。生じたウェハレイアウトの視覚化（リソショットマップと呼ばれる）は、図３から明らかである。
【００２５】
露光パラメータのセットの正確な値を提供するための詳細な調査は、その後、最適なプロセス窓を見出すために、２つの領域２０、２０’の各々の内側の照射量および焦点を変更することによって実行され得る。このような調査の結果は、図４に見出され得る。ここでは、照射量および焦点の各組み合わせについて、顕微鏡を用いる質の測定が、それぞれの露光場における対応するヒューズが閉じられることを示し、残留物または劣化を示し、レーザスポットに対してアクセス可能であるか、または安定したプロセス窓と関連付けられさえし得ることを示すか否かが示される。内側の円形領域２０’の露光場の種々の露光パラメータを使用して、プロセス窓が識別され得る（図４（ａ）に示される）。この実施形態において、内側円形領域２０’における露光場２１を露光するように１３００ｍＪ／ｍ２の照射量と−５．５μｍの焦点との組み合わせが選択される。外側エッジ領域２０の内側の露光場２１の照射量パラメータを変更して、さらにプロセス窓が識別され得る（図４（ｂ）に図示）。ここで、内側円形領域２０’の場合と同じ焦点パラメータが選択される。なぜなら、この場合、ウェハ上の位置とあまり関係ないからである。この第１の試験ウェハの顕微鏡測定は、外側エッジ領域２０について、１６２５ｍＪ／ｍ２の最適照射量を示す。
【００２６】
有利にも、このプロセス窓の詳細な識別は、ウェハステッパセットアップについて実行され得るにすぎず、他方、日常的使用について、上述のように導き出された領域マップおよび露光パラメータ照射量および焦点がデフォルト値として用いられ得、図３に矢印によって示されるように、２つの領域２０、２０’の境界に沿ってほんのわずかな単一の露光場を調査することによって最適化が達成され得る。
【００２７】
図５に見出され得るように、最近のウェハステッパを用いて、露光場２１を個別に選択し、かつ焦点または照射量パラメータを変更することが可能になっている。ここで、上述の機器を構成することを可能にするプログラムメニューが提供される。このプログラムメニューは、一般的に、ウェハステッパの初期化のためにのみ利用されている。
【００２８】
領域マップ、および露光パラメータのセットを決定する際に、異なった領域２０、２０’に属するヒューズの画像と隣接する露光場２１とを比較することによって試験が実行される。図６（ａ）において、ヒューズ８０は、有利にも、１６２５ｍＪ／ｍ２のより高い照射量を用いて露光されるために、レジスト残留物を示さない。なぜなら、この露光場は、外側エッジ領域２０に属するからである（行３、列１１）。隣接する露光場のヒューズ８０は、１３００ｍＪ／ｍ２の従来の照射量を受け取り、さらにレジスト残留物（行３、列１２）によって収束されない。従って、ウェハ１０全体にわたる反射率の変動は、内側円形領域２０’と外側エッジ領域２０との間の遷移領域において完全に補償され、２つの領域２０、２０’間の境界の追加の領域もシフトも必要とされない。顕微鏡測定が境界の一方の側において任意のレジスト残留物を示した場合、境界は、その方向にシフトされる必要があり、内側円形領域の半径を低減することが考慮される必要がある。逆方向の場合は、半径が大きくなる。２つの領域２０、２０’間の境界の両方の側にヒューズ８０の残留物が存在する場合、第３の環状領域が２つの既存の領域２０、２０’間に設けられる必要がある。
【００２９】
従って、試験ウェハを製造することによって領域マップを見出して、条件、すなわち、投影されるべきパターン、プラズマ窒化物およびプラズマ酸化物を堆積させるために用いられる装置、およびウェハを露光するために用いられるウェハステッパが同じである限り、本方法の第２の工程が、領域、およびこれらの領域の露光パラメータを有する露光場を含むこの結果のリソショットマップによって実行され、複数のウェハを露光する。
【００３０】
別の利点は、この方法が露光装置の露光条件を変更するためにのみ適用されるので、レジストプロセスには影響はない。影響があった場合、本方法は、対応するプロセス条件を変更する必要があり得る。プロセスの不均一性を補償する効果のために、２０００年４月半ばから、試験プロセス環境に３００ｍｍ６４Ｍのメモリウェハ製造ラインが導入されて以来、再加工の量が導入前の約２０％から２０００年６月の約１％へと著しく低下した（図７に図示）。
【００３１】
本方法は、メモリ製品および３００ｍｍウェハに限定されない。従って、本方法は、有利にも、異なった直径を有する他の製品の製造においてもまた適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、部分的にレジストの残留物によって覆われるメモリチップ上のヒューズのセットを示す。
【図２】
図２は、プラズマ窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）層厚さ（Ｘ軸）およびプラズマ酸化物（ＳｉＯ２）層厚さ（ｙ軸）の関数としてのパシベーション層の反射率をパーセンテージで示す。
【図３】
図３は、選択的露光のために２つの領域に分割されている露光場マトリックスを有するウェハのリソショットマップを示す。
【図４】
図４は、図３に示される２つの領域、内側円形領域（ａ）および外側エッジ領域（ｂ）の露光パラメータ、照射量および焦点のセットを示す。
【図５】
図５は、ウェハ露光を開始する前の、Ｃａｎｏｎｉ５Ｌウェハステッパの構成フローチャートを示す。
【図６】
図６は、図３に示された２つの領域、外側エッジ領域露光場（ａ）、および内側円形領域露光場（ｂ）の境界において隣接し合う露光場のヒューズの品質を示す。
【図７】
図７は、本発明による新しいプロセスの開始を示す矢印を用いて、２０００年１月から６月の試験製造における再加工の量を示す。
【符号の説明】
１０　　半導体ウェハ
２０　　外側エッジ領域
２０’　内側円形領域
２１　　露光場
２２　　露光場のマトリックス
３０　　露光パラメータのセット
８０　　ヒューズ
８０’　レジスト残留物によって覆われるヒューズ
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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2004513528.tif 000028
【国際調査報告】
2004513528.tif 000029
2004513528.tif 000030
2004513528.tif 000031