(57)【要約】【課題】デバイスパターンと露光量調整用のテストパターンとの間に寸法誤差があっても、ウェハ上に最適な露光量分布を与えることが可能な露光方法、露光装置、及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】実施の形態に係る露光方法は、デバイスパターン及び露光量調整用のテストパターンを含むマスクパターンを有するフォトマスクを設置し、前記フォトマスクの前記テストパターンを用いて露光量とウェハ上のレジストパターンの寸法の変化量との関係情報を取得し、前記デバイスパターンと前記テストパターンとの寸法誤差を測定し、前記関係情報及び前記寸法誤差に基づいて前記マスクパターンに対する露光量分布情報を設定し、前記露光量分布情報に基づいて前記ウェハ上のレジストを露光し、前記マスクパターンを前記レジストに転写する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスパターン及び露光量調整用のテストパターンを含むマスクパターンを有するフォトマスクを設置し、
前記フォトマスクの前記テストパターンを用いて露光量とウェハ上のレジストパターンの寸法の変化量との関係情報を取得し、
前記デバイスパターンと前記テストパターンとの寸法誤差を測定し、
前記関係情報及び前記寸法誤差に基づいて前記マスクパターンに対する露光量分布情報を設定し、
前記露光量分布情報に基づいて前記ウェハ上のレジストを露光し、前記マスクパターンを前記レジストに転写する露光方法。
【請求項２】
前記テストパターンは、前記ウェハのダイシングラインに対応するライン上に形成された請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記関係情報は、前記露光量を変化させたときの前記寸法の変化量を複数のプロットで表したとき、前記複数のプロットを１次又は２次の近似式で近似したライン情報である請求項１に記載の露光方法。
【請求項４】
デバイスパターン及び露光量調整用のテストパターンを含むマスクパターンを有するフォトマスクの前記テストパターンを用いて露光量とウェハ上のレジストパターンの寸法の変化量との関係情報を取得する第１の取得手段と、
前記デバイスパターンと前記テストパターンとの寸法誤差を取得する第２の取得手段と、
前記関係情報及び前記寸法誤差に基づいて前記マスクパターンに対する露光量分布情報を設定する設定手段と、
前記露光量分布情報に基づいて前記ウェハ上のレジストを露光する制御手段とを備えた露光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の露光装置を用いて前記ウェハ上にレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、露光方法、露光装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のリソグラフィ工程では、一般に、露光量の設定はテスト露光を実施してウェハ上のレジストパターンの寸法を測定し、測定値と目標値との差を補正するように行われる。レジストパターンの寸法測定には、ＣＤ−ＳＥＭ（Critical-Dimension Scanning Electron Microscope）が一般に用いられるが、電子ビームを用いるため、測定によりレジストパターンの寸法が変化することが知られている。このため、寸法測定は、デバイスパターンではなく、ダイシングラインに対応したライン上に設けられたテストパターンを測定することで行われることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５９９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、デバイスパターンと露光量調整用のテストパターンとの間に寸法誤差があっても、ウェハ上に最適な露光量分布を与えることが可能な露光方法、露光装置、及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施の形態に係る露光方法は、デバイスパターン及び露光量調整用のテストパターンを含むマスクパターンを有するフォトマスクを設置し、前記フォトマスクの前記テストパターンを用いて露光量とウェハ上のレジストパターンの寸法の変化量との関係情報を取得し、前記デバイスパターンと前記テストパターンとの寸法誤差を測定し、前記関係情報及び前記寸法誤差に基づいて前記マスクパターンに対する露光量分布情報を設定し、前記露光量分布情報に基づいて前記ウェハ上のレジストを露光し、前記マスクパターンを前記レジストに転写する。
【０００６】
実施の形態に係る露光装置は、デバイスパターン及び露光量調整用のテストパターンを含むマスクパターンを有するフォトマスクの前記テストパターンを用いて露光量とウェハ上のレジストパターンの寸法の変化量との関係情報を取得する第１の取得手段と、前記デバイスパターンと前記テストパターンとの寸法誤差を取得する第２の取得手段と、前記関係情報及び前記寸法誤差に基づいて前記マスクパターンに対する露光量分布情報を設定する設定手段と、前記露光量分布情報に基づいて前記ウェハ上のレジストを露光する制御手段とを備える。
【０００７】
実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上記露光装置を用いて前記ウェハ上にレジストパターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態に係る露光装置の概略の構成例を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、フォトマスクの一例を示す平面図、図２（ｂ）、（ｃ）は、テストパターンの一例を示す平面図である。
【図３】図３は、テストパターンの露光量とウェハ及びフォトマスク上の寸法変化との関係、及び露光量−寸法変化の関係式を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る露光装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は、スリット幅が一様な場合の露光量分布を示す図、図５（ｂ）は、スリットの形状を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、スリット幅が変化している場合の露光量分布を示す図、図６（ｂ）は、スリットの形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、実施の形態に係る露光装置の概略の構成例を示す図である。
【００１０】
この露光装置１は、複数の露光ショットを行うことにより、ウェハ上に複数のチップ（半導体装置）を露光するものである。本実施の形態では、１ショットで複数のチップを露光するが、１ショットで１つのチップを露光してもよい。
【００１１】
また、露光装置１は、照明光を発する光源２と、光源２からの照明光をフォトマスク４に照射する照明光学系３と、フォトマスク４が配置されるフォトマスクステージ５と、ウェハ７が配置されるウェハステージ８と、フォトマスク４を透過した光をウェハ７上に投影する投影光学系６と、フォトマスクステージ５を駆動してフォトマスク４を移動させるフォトマスクステージ駆動部９と、ウェハステージ８を駆動してウェハ７を移動させるウェハステージ駆動部１０と、光源２、フォトマスクステージ駆動部９及びウェハステージ駆動部１０を制御する制御部１１と、各種の情報を記憶する記憶部１２と、フォトマスク４からバーコードを読み取るバーコードリーダ１３とを備える。
【００１２】
照明光学系３は、光源２からの照明光をスリット部材３０に形成したスリット３１によりスリット状に整形してフォトマスク４に照射する。スリット３１は、ｘ方向（図１の紙面に垂直な方向）に延びる細長い開口により構成されている。
【００１３】
投影光学系６は、照明光学系３がフォトマスク４に照射したスリット状の照明光のうち、フォトマスク４を透過した光を例えば１／４の投影倍率でウェハ７に投影する。
【００１４】
フォトマスクステージ駆動部９は、フォトマスクステージ５を走査方向であるｙ方向に移動させ、ｙ方向に垂直なｘ方向に移動させる機能を有する。
【００１５】
ウェハステージ駆動部１０は、ウェハステージ８を走査方向であるｙ方向に移動させ、ｙ方向に垂直なｘ方向に移動させる機能を有する。
【００１６】
記憶部１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の記憶媒体を備え、制御部１１のＣＰＵのプログラム１２０、マスクパターン情報１２１、露光量−寸法変化の関係式１２２、露光量分布情報１２３等が記憶される。マスクパターン情報１２１、露光量−寸法変化の関係式１２２、露光量分布情報１２３等は、フォトマスク４のマスクＩＤ（識別情報）に対応して記憶部１２に記憶される。マスクパターン情報１２１は、デバイスパターン４２及びテストパターン４３の配列情報、デバイスパターン４２及びテストパターン４３それぞれのパターンの形状情報を含む。
【００１７】
制御部１１は、ＣＰＵ等を有する。ＣＰＵは、記憶部１２に記憶されたプログラム１２０に従って動作することにより、第１及び第２の取得手段１１０，１１１、設定手段１１２及び制御手段１１３等として機能し、ウェハ７の露光制御を行う。
【００１８】
第１の取得手段１１０は、フォトマスク４のテストパターンを用いて露光量とウェハ７上のレジストパターンの寸法の変化量との関係情報、例えばライン状の関係式を取得する。
【００１９】
第２の取得手段１１１は、デバイスパターンとテストパターンとの寸法誤差を取得する。
【００２０】
設定手段１１２は、関係情報及び寸法誤差に基づいてマスクパターンに対する１露光ショット内の露光量分布情報を設定する。
【００２１】
制御手段１１３は、露光量分布情報に基づいてウェハ７上のレジストを露光し、マスクパターンをレジストに転写する。すなわち、制御手段１１３は、１ショット分の露光を行うとき、投影倍率に応じた速度比でフォトマスク４とウェハ７を同期移動するようにフォトマスクステージ駆動部９及びウェハステージ駆動部１０を制御し、１ショット分の露光が終了したら、ウェハ７を次の露光位置に移動するようにウェハステージ駆動部１０を制御する。また、制御手段１１３は、１ショット分の露光を行うとき、露光ショット内の露光量分布が記憶部１２に記憶された露光量分布情報１２３に対応した露光量分布となるように、スリット幅、光源２の照明光のパルス数、走査速度等を制御する。本実施の形態では、スリット幅を変更するときは、スリット部材３０を入替えるが、スリット幅をアクチュエータにより可変可能なスリット部材を用いてもよい。
【００２２】
バーコードリーダ１３は、フォトマスク４に設けられたバーコードを光学的に読み取り、バーコードに対応したマスクＩＤを取得する。
【００２３】
図２（ａ）は、フォトマスク４の一例を示す平面図、図２（ｂ）、（ｃ）は、テストパターンの一例を示す平面図である。フォトマスク４は、透光性を有する石英等からなる基板４０の一方の面にＣｒ等からなる遮光膜４１が形成されており、遮光膜４１は、図２（ａ）に示すように、デバイスパターン４２及び露光量調整用のテストパターン４３を含むマスクパターンを有する。また、フォトマスク４の表面には、印刷等によりバーコードが設けられている。
【００２４】
デバイスパターン４２は、半導体装置を構成するパターンに対応したマスクパターン、例えばラインアンドスペースパターンやコンタクトパターン等から構成されている。デバイスパターン４２は、図２（ａ）では２×３の配列となっているが、デバイスパターン４２のサイズによって配列は異なってくる。
【００２５】
テストパターン４３は、ウェハ７のダイシングラインに対応するライン上に配置されている。また、テストパターン４３は、デバイスパターン４２が有するパターンのうち、最小サイズを有するパターンと同一サイズのパターンで構成されている。すなわち、テストパターン４３は、図２（ｂ）に示すように、デバイスパターン４２のラインアンドスペースパターンに対応して、ｙ方向に延びる、例えば、幅２００ｎｍ幅の複数のラインパターン４３０をｘ方向に配列したものでもよい。また、テストパターン４３は、図２（ｃ）に示すように、デバイスパターン４２のコンタクトパターンに対応して、例えば、３００ｎｍ角のサイズの複数の矩形パターン４３１をｘ方向及びｙ方向に配列したものでもよい。
【００２６】
図３は、テストパターン４３の露光量とウェハ７及びフォトマスク４上の寸法変化との関係、及び露光量−寸法変化の関係式１２２を示す図である。図３に示す関係式１２２は、テストパターン４３の特定の寸法ａに対し、露光量を変化させたときの、ウェハ７上のレジストパターンの寸法をＣＤ−ＳＥＭ等により測定してプロットし、それらを１次近似式で近似したものである。なお、関係式１２２は、実験によって求めてよく、シミュレーションによって求めてもよい。また、関係式は、２次近似式で近似したものでもよい。
【００２７】
次に、実施の形態の動作を図４のフローチャートに従って説明する。
【００２８】
まず、デバイスパターン４２及びテストパターン４３を含むマスクパターンを有するフォトマスク４を準備し、（Ｓ１）露光装置１のフォトマスクステージ８上に設置する。フォトマスク４には、バーコードが設けられている。
【００２９】
次に、バーコードリーダ１３によりフォトマスク４からバーコードを読み取り、バーコードに対応したマスクＩＤを取得する。第１の取得手段１１０は、フォトマスク４上のテストパターン４３の特定の寸法ａについて、露光量を変化させたときのウェハ７上のレジストパターンの寸法をＣＤ−ＳＥＭ等を用いて測定してプロットし、それらを１次近似式で近似して露光量−寸法変化の関係式１２２を求める（Ｓ２）。
【００３０】
次に、第２の取得手段１１１は、フォトマスク４の特定の寸法ａに対応するデバイスパターン４２の寸法Ｄ１とテストパターン４３の寸法Ｄ２との寸法差ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ２を取得する（Ｓ３）。ここでは、Ｄ１＞Ｄ２とする。
【００３１】
次に、設定手段１１２は、デバイスパターン４２及びテストパターン４３のフォトマスク４上の寸法差ΔＤと露光量−寸法変化の関係式１２２とからデバイスパターン４２及びテストパターン４３に対する最適露光量を設定する（Ｓ４）。図３に示す場合、フォトマスク４の特定の寸法ａに対応する露光量Ａをテストパターン４３に対する最適露光量とすると、寸法ａに対して寸法誤差ΔＤを有する露光量Ｂ（Ｂ＜Ａ）をデバイスパターン４２に対する最適露光量として求めることができる。
【００３２】
続いて、設定手段１１２は、記憶部１２に記憶されているマスクパターン情報１２３と、デバイスパターン４２及びテストパターン４３各々の最適露光量とからマスクパターンに対するショット内の露光量分布情報を設定する（Ｓ５）。
【００３３】
次に、制御手段１１３は、設定した露光量分布情報に基づいて露光を行う（Ｓ６）。すなわち、図５に示すスリット幅Ｗ１が一様なスリット３１ａを有するスリット部材３０に換えて、図６に示すように、スリット幅が変化したスリット３１ｂを有するスリット部材３０を用いる。図６に示すスリット３１ｂは、デバイスパターン４２を含む領域に対応するスリット幅をＷ１０（Ｗ１０＜Ｗ１）とし、デバイスパターン４２以外の領域であって中央の部分に対応するスリット幅をＷ１１（Ｗ１１＞Ｗ１０）、デバイスパターン４２以外の領域であって両側の部分に対応するスリット幅をＷ１２（Ｗ１２＞Ｗ１０）としたものである。そして、制御手段１１３は、光源２の照明光のパスル数を制御して、例えば、デバイスパターン４２の露光量をテストパターン４３の露光量よりも少ない露光量分布となるように照明光のパルス数及び走査速度等を制御する。以上のようにして１ショット分の露光が終了したら、制御手段１１３は、ウェハ７を次の露光位置に移動するようにウェハステージ駆動部１０を制御する。同様にして１ショット分の露光を行い、ウェハ７全ての露光位置で露光が終了したら、露光処理は終了する。
【００３４】
以上の露光処理でウェハ７上のレジストにマスクマターンを転写した後は、レジストパターンの形成、エッチング、レジスト除去等の公知の工程を経て、ウェハ７上に複数のチップ（半導体装置）が形成される。ウェハ７上に形成された複数のチップは、ダイシングラインに沿ってダイシングされて分離される。
【００３５】
以上説明した実施の形態によれば、デバイスパターンと露光量調整用のテストパターンとの間に寸法誤差があっても、ウェハ上に最適な露光量分布を与えることができる。
【００３６】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。
【００３７】
例えば、上記実施の形態では、スリットが固定でマスクとウェハを移動させる走査方式について説明したが、スリット部材を移動させて走査してもよい。
【００３８】
また、第１及び第２の取得手段１１０，１１１、設定手段１１２及び制御手段１１３の一部又は全部をＡＳＩＣ（Application Specific IC）等のハードウエアによって実現してもよい。
【００３９】
また、プログラム１２０は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録して提供することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１…露光装置、２…光源、３…照明光学系、４…フォトマスク、５…フォトマスクステージ、６…投影光学系、７…ウェハ、８…ウェハステージ、９…フォトマスクステージ駆動部、１０…ウェハステージ駆動部、１１…制御部、１２…記憶部、１３…バーコードリーダ、３０…スリット部材、３１…スリット、４０…基板、４１…遮光膜、４２…デバイスパターン、４３…テストパターン、１１０…第１の取得手段、１１１…第２の取得手段、１１２…設定手段、１１３…制御手段、１２０…プログラム、１２１…マスクパターン情報、１２２…露光量と寸法変化の関係式、１２３…露光量分布情報、４３０…ラインパターン、４３１…矩形パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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