(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィプロセスにおける露光方法において、
１つの被露光材に、露光量及びフォーカスの条件を振った配列Ａと、露光量及びフォーカスの条件を振らない配列Ｂとを配置して露光ファイルを形成し、露光現像する工程、
前記配列Ａの線幅を測長する、線幅測長検査をする工程、
前記配列Ａのチップと、前記配列Ｂのチップとを比較し、前記配列Ａのチップにおける欠陥発生数を求めることにより、パターン欠陥検査をする工程、
前記配列Ａのチップの条件のうち、前記線幅測長検査及び前記パターン欠陥検査から見出された最適露光量、及び最適フォーカスの条件を設定する工程、
とを含む露光方法。
【請求項２】
前記配列Ａと前記配列Ｂとの配置を交互にし、前記パターン欠陥検査は、前記配列Ａのチップと、前記配列Ａのチップの両脇の前記配列Ｂのチップとを比較することにより行う、
請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記配列Ｂの露光量及びフォーカスは、線幅規格のみから求めた場合のベスト露光量、及びベストフォーカスである
請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
フォトリソグラフィプロセスに用いる露光装置であって、
転写線幅の露光量依存性、フォーカス依存性、及び欠陥発生歩留まりを考慮した最適露光、及び最適フォーカスの設定手段を備え、
前記最適露光、及び前記最適フォーカスの設定手段では、１つの被露光材に、露光量及びフォーカスの条件を振った配列Ａと、露光量及びフォーカスの条件を振らない配列Ｂとを配置し、前記配列Ａの線幅を測長する線幅測長検査と、前記配列Ａのチップと、前記配列Ａのチップの両脇にある前記配列Ｂのチップとを比較し、前記配列Ａのチップにおける欠陥発生数を求めるパターン欠陥検査とが行われ、前記線幅測長検査及び前記パターン欠陥検査とから、前記最適露光、及び前記最適フォーカスとが求められる
ことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法及び露光装置に関し、特に、フォトリソグラフィプロセスに用いる露光方法及び露光装置に関するものである。本発明は、半導体装置製造等の場合を代表的なものとして、各種のフォトリソグラフィプロセス利用の場合の露光技術として用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体デバイスの製造プロセスをはじめ、各種のパターン加工形成等のために、フォトリソグラフィ工程が採用されている。以下、従来技術について、半導体素子製造の場合を例にとって、説明する。
【０００３】
半導体素子の性能を高め、かつその製造歩留りを高めるためには、半導体基板、あるいはガラス基板等の被露光材上のパターン形成時のパターン寸法を、デバイス製造プロセスにおける許容範囲内におさめることが重要である。またこれと同時に、半導体素子の製造過程中、半導体基板、あるいはガラス基板等の被露光材上のパターン形成時に発生する欠陥を低減することも必要である。
【０００４】
半導体素子を加工ないし製造する際のフォトリソグラフィ工程においては、一般にフォトレジストが用いられるが、このようなフォトリソグラフィ工程で用いるフォトレジストは、その選択の段階で、パターン形成精度（たとえば、パターン加工寸法の露光量・フォーカス依存性、解像度、ポストエクスポージャベイク（露光後のベーク）温度依存性、露光後放置時間依存性）を十分に吟味評価し、また、半導体基板、あるいはガラス基板等の被露光材上の被加工膜上におけるフォトレジスト塗布性の評価や、露光現像後の欠陥数評価を行って、最適な半導体製造用フォトレジスト材料として選定されるのが通常である。
【０００５】
実際の半導体量産工程においては、上記のように選定されたフォトレジスト材料を用いて、半導体ウエーハやガラス基板等が適正な条件で加工等されているかを判断するために、あらかじめ条件出し用のウエーハやガラス基板等を用いて、露光装置の露光量、及びフォーカスを図３に示すように条件振りし、管理すべきパターン寸法が規格内に入る露光量・フォーカスの条件を決めていた。図３において、符号１は、この条件出しのために用いるシリコンウエーハ、２は露光するチップパターンの１個分を示す。図示においては、チップ配列中の各チップに与える、露光量、及びフォーカスについて、図の横方向に露光量を４０ｍＪ／ｃｍ2 を基準に２ｍＪ／ｃｍ2 ピッチで振り、図の縦方向にフォーカスを０μｍを基準に０．２μｍピッチで振って与えている。ここで決定した露光量、及びフォーカスは、線幅の許容規格内の中で、できるだけ設計値に近い値を取れるような条件を選択し、それを生産条件としていた。
【０００６】
しかしながら、このように線幅を最適に仕上げるように露光量、及びフォーカスを設定したにもかかわらず、実際の製造加工用のウエーハやガラス基板では、線幅を最適に与えることはできるものの、露光現像したパターン上に欠陥が発生し、製造・加工したウエーハやガラス基板が、欠陥発生数という点で許容できないレベルになる場合が生じていた。たとえば、０．２５μｍデバイス製造工程で、１リソグラフィ工程（典型的には、レジスト塗布〜ベイク〜パターン露光〜ポストエクスポージャベイク〜現像〜ポストベイクで、１工程）で、０．２５μｍプラスマイナス０．２５μｍの加工線幅規格に対して、０．２５０３μｍという良好な加工線幅は得られたにもかかわらず、該パターンが形成されている８インチウエーハ全域を欠陥検査したところ、０．３μｍ以上のパターン形状欠陥、あるいは残渣欠陥が、８インチシリコンウエーハ上、８３８０個発生した。
【０００７】
これは、製造歩留りを著しく下げ、デバイス量産プロセス上、許容できないレベルになっていることが分かった。この欠陥発生の原因を調査したところ、基板ウエーハ上にフォトレジストを塗布する前の下地膜の表面状態（疎水性、親水性の極性）が、露光量、及びフォーカスを最適化したときと比べて変化しており、線幅は許容範囲内で、かつ、設計値にきわめて近い形で形成されているにもかかわらず、露光量を上げ（オーバー露光条件にする）、フォーカスをプラス側に設定し、線幅を細めに仕上げないと、欠陥が発生することが判明した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の最適露光量・フォーカス設定の手法として採用されている、線幅規格が許容範囲内に入りかつできるだけ設計値に近い条件を選択するという方法は、一方では、パターン欠陥発生をもたらすおそれを有していたのである。本発明は、従来技術のこの問題点を解決して、線幅規格が許容範囲内に入るとともに、欠陥発生数も低減させ得るように露光量、及びフォーカスを設定できる、露光方法及び露光装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、フォトリソグラフィとプロセスにおける転写線幅の露光量、及びフォーカス依存性と同時に、欠陥発生歩留りを考慮して、最適露光量、及びフォーカスを設定するようにしたものである。
【００１０】
本発明によれば、露光量、及びフォーカスの設定方法として、露光量依存性、フォーカス依存性、及び欠陥発生歩留りを考慮して最適露光、及び最適フォーカスを設定するので、線幅規格が許容範囲内に入るばかりでなく、欠陥発生数も低減され、高歩留りを実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明し、また、本発明の好ましい実施の形態の具体例について、図面を参照して説明する。但し当然のことではあるが、本発明は図示実施の形態例に限定されるものではない。
【００１２】
本発明は、次のような態様をとることができる。半導体製造の場合で言えば、半導体量産工程において使用したいレジスト材料を用いて、実際の量産で使用する被露光材（ウエーハやガラス基板等）上の被加工膜が適正な条件で加工できるかを判断するために、あらかじめ量産と同一条件で作成準備した条件出し用の被露光材（ウエーハやガラス基板等）を用いて、その上に上記レジストを適宜塗布し、ベイクし、露光装置の露光量の条件、及びフォーカスの条件を振って、露光し、その後現像を行う。その後に、管理すべきパターンの寸法をたとえば測長ＳＥＭにて測長し、許容規格内に入る露光量、及びフォーカスの条件範囲を求める。順序は不同であるが、たとえばこれにひき続いて、該被露光材（ウエーハやガラス基板等）をパターン欠陥検査し、たとえばパターン欠陥及び残渣欠陥数の合計が許容数の中に入る露光量、及びフォーカスの条件範囲を求める。ここで、線幅についてと、欠陥について、両方とも許容範囲に入る露光量、及びフォーカスの範囲の中で、量産用ウエーハ等の露光時に適用する露光量、及びフォーカスの条件を設定する。
【００１３】
実施の形態例１
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照して説明する。この実施の形態例は、最適露光、及び最適フォーカスを設定するに際し、露光量及びフォーカスの条件を振ってフォトリソグラフィプロセスにより作成した被露光材に発生した欠陥を検査し、該欠陥発生数が許容レベル以下となる露光量及びフォーカスの条件範囲を見出し、該範囲と、測定した線幅規格が許容範囲内に入る露光量及びフォーカスの条件範囲との事象積から最適条件を決定するようにした例である。特に、１つの被露光材（ここでは半導体ウエーハ）に、露光量及びフォーカスの条件を振った配列Ａと、露光量及びフォーカスの条件を振らない配列Ｂとを配置して、線幅測長及びパターン欠陥検査を行い、最適露光、及び最適フォーカスを設定するようにしたものである。図１及び図２を参照する。
【００１４】
被露光材として８インチシリコンウエーハを用意し、このウエーハ上にＳｉ3 Ｎ4 膜をＣＶＤ法により２００ｎｍ堆積させ、この後、純水ジェット洗浄、スピン乾燥を行い、さらにＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）蒸気に４０秒さらし、直後に１８０℃、３０秒間の脱水ベイクを行い、そしてその上に、ここでは日本合成ゴム株式会社製の化学増幅型レジスト（商品名ＫＲＦ−Ｋ２Ｇ）を０．７６５μｍの厚さで塗布し、さらに表面反射防止膜（東京応化株式会社製、商品名ＴＳＰ５Ａ）を４３ｎｍ厚で塗布し、１００℃、９０秒間のプリベイクを施した。これを条件出し用の被露光材１とする。
【００１５】
このサンプル１枚の上に、１０ｍｍ角のチップ（１チップを符号２で示す）を全面配置露光することを目的に、露光配置ファイルを作成した。ここでは、露光量を４０ｍＪ／ｃｍ2 を中心条件としてプラスマイナスに２ｍＪ／ｃｍ2 ピッチで、また、フォーカスの条件を０μｍを中心条件としてプラスマイナスに０．２μｍピッチで露光した配列グループＡと、露光量、フォーカスをそれぞれ４０ｍＪ／ｃｍ2 、０μｍに固定した配列Ｂを１列毎に交互に配置して、露光ファイルを作成した。この配列図を示すのが、図１である。
【００１６】
図１において、符号１は、本例におけるこの条件出し用の被露光材であるシリコンウエーハ、２は露光するチップパターンの１個分である。配列Ａの対象チップ群は、符号３で示し、配列Ｂの対象チップ群は、符号４で示す。これにしたがって、エキシマステッパー（ニコン株式会社製、ＮＳＲ−２２０５  ＥＸ１０Ｂ１１て、ＫｒＦエキシマレーザ光を用いて、０．２５μｍルールＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）素子を１６００万個配置したＬＯＣＯＳレイヤーのマスクパターンを、該ウエーハ上に露光した。
【００１７】
露光後、直ちに該ウエーハを１１０℃、９０℃にてポストエクスポージャベイクを行い、その後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムアンハイドライド）２．３８％現像液にてパドル現像６０秒を施し、純水リンス後、振りスピン乾燥を行った。
【００１８】
上記ウエーハの上の配列Ａのパターンについて、測長ＳＥＭ（日立製作所製；Ｓ８８４０）を用いて、ＤＲＡＭ  ＬＯＣＯＳパターンの設計値０．２６μｍレーザ残し寸法部を測長し、露光量・フォーカス設定値毎に、出来上がり線幅を求めた。これをもとにして、０．２５μｍ設計値のパターン寸法の変動許容規格±０．０２５μｍに入っている露光量・フォーカス条件群ＥＤ（Ａ）を、見出した。
【００１９】
上記に引き続いて、配列Ａの各露光量・フォーカス設定値におけるパターン欠陥数、レジスト残渣欠陥数を、配列Ｂの露光チップとの比較検査により求めるため、該ウエーハを、ＫＡＬ社製欠陥検査機ＫＡＬ２１３２のランダムモード（０．６２μｍピクセル、スレショルド５０）にて検査した。ＫＡＬ社製欠陥検査機ＫＡＬ２１３２とは、いわゆる反射光式のダイ・ツー・ダイ比較でのパターン欠陥検査装置である。
【００２０】
比較検査では、露光量・フォーカスを振った配列群Ａを、その両脇の配列群Ｂと比較して検査し、相違があった場合を欠陥とした。その欠陥発生数を各露光量・フォーカス設定値毎に調べ、それが許容値レベル以下となる露光量・フォーカス条件範囲を見出した。
【００２１】
本実施の形態例では、１チップ当たりのＬＯＣＯＳパターン上の許容欠陥数は、歩留りの観点から３０個に設定されており、これを満たす露光量・フォーカスの設定条件群ＥＤ（Ｂ）を見出した。
【００２２】
図２に、線幅測定結果と欠陥数からそれぞれ許容仕様を満たす範囲ＥＤ（Ａ）、ＥＤ（Ｂ）を示す。図２より、線幅規格のみから求めた場合のベスト露光量、及びベストフォーカスは、それぞれ４０ｍＪ／ｃｍ2 、０μｍであるが、この場合の欠陥数は５８個であり、欠陥数規格を満たさないことがわかる。線幅条件を見たし、かつ、欠陥数も規格を満たす条件は、露光量４４ｍＪ／ｃｍ2 、＋０．４μｍフォーカス近傍であることがわかる。
【００２３】
以上より得られた露光量４４ｍＪ／ｃｍ2 、＋０．４μｍフォーカス近傍で、量産の本体ウエーハを露光した結果、１０ｍｍ角の１６ＭＤＲＡＭパターンを、８インチウエーハ２５枚に露光した結果で、線幅規格外れ、及び欠陥数規格外れとなったチップは７０００チップ中、皆無であった（１ウエーハ中２８０チップ、２５枚で７０００チップ）。
【００２４】
これに対して、従来の手法により求めた最適条件である露光量４０ｍＪ／ｃｍ2 、フォーカス０μｍにて同様に８インチウエーハ２５枚に露光した場合、７０００チップの中で、線幅規格をすべて満たしたが、欠陥数規格（３０個以下）を満たしたのは、５３７チップに留まった。これより、従来の設定方法では、半導体デバイスの製造歩留りが格段に低下するものであることが明らかである。
【００２５】
以上述べたように、本実施の形態例によれば、測定した線幅規格が許容範囲内に入る露光量・フォーカス条件範囲と、検査した欠陥数が許容範囲内におさまる範囲の事象積から最適条件を決定することを可能ならしめる本発明の手法を適用したことにより、製造したいウエーハ上の線幅を許容範囲内におさめ、かつ、欠陥たとえば露光後現像時の現像残り欠陥等を低減した、高歩留りを実現した露光を行うことが可能となった。
【００２６】
なお本実施の形態例では、１枚の条件出し用ウエーハを用いて条件決定を行った例を示しているが、条件出し用ウエーハを複数枚に分けたり、それぞれのウエーハ毎に条件を振る手法によって、線幅と欠陥数が規格に入る範囲を求めて、その事象積で最適条件を設定することももちろん可能であり、このような態様も本発明に包含される。
【００２７】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明に係る露光方法及び露光装置によれば、線幅規格が許容範囲内に入るとともに、欠陥発生数も低減させ得るように露光量、及びフォーカスを設定できるのであり、これにより、製品を高歩留りで得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態例１を説明するための図である。
【図２】  本発明の実施の形態例１を説明するための図であり、条件設定の詳細を示すものである。
【図３】  従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１・・・被露光材（条件出しウエーハ）、２・・・チップ（１個）、３・・・配列Ａの対象チップ群、４・・・配列Ｂの対象チップ群、ＥＤ（Ａ）・・・線幅の許容仕様を満たす範囲、ＥＤ（Ｂ）・・・欠陥数の許容仕様を満たす範囲。
【図１】
0004253860.tif 000002
【図２】
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【図３】
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