JP2003338454A - 半導体装置のフレアノイズ検出方法 - Google Patents

半導体装置のフレアノイズ検出方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置のノイズ検出方法に 関し、特に
素子のパターン内でリアルタイムでフレアノイズを検出
できるフレアノイズ検出方法を提供する。 【解決手段】 露光時に入射される光エネルギーが互い
に異なる複数の領域を有し、前記各領域にフレアノイズ
検出のためのそれぞれ異なる大きさの複数のダミーパタ
ーンを有するマスクを準備するステップと、前記マスク
のダミーパターンをフォトリソグラフィ工程によって、
ウェハに転写するステップと、光学顕微鏡で前記ウェハ
上に転写された前記ダミーパターンの具現状態を前記各
領域別に比較して前記フレアノイズを検出するステップ
とを含む半導体装置のフレアノイズ検出方法を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置のフレア
ノイズ(Flare noise)検出方法に関し、特に、露光装置
のフレアノイズ現象をマスクのレイアウト(Layout)変更
とカーク方法(Kirk's method)を用いてリアルタイムで
検出できるようにする半導体装置のフレアノイズ検出方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、フレア(Flare)ノイズは、露光装
置固有のレンズの欠陥、不完全な反射防止コーティング
(Anti-Reflective Coating：以下、「ＡＲＣ」と記す)
またはマスクにおける散乱などによって、マスクパター
ンを通過した光とは関係なく、レンズで散乱されてウェ
ハに入射される一種の光ノイズ(Light noise)を指すも
のである。フレアノイズは、露光装置内のレンズアレイ
(Lens array)、特に投影レンズ(Projection optic)に比
べて相対的に完璧なARC処理がされていない照明レンズ
(Illumination optic)によって始まる。
【０００３】また、フレアノイズは、入射された光が前
記した不完全なレンズ要素(Lens elements)によって、
散乱されて発生し、全体的な光の強度(Intensity)を高
めたり、不均一な光の分布をもたらして、エアリアルイ
メージ(Aerial image)の照度(Contrast)を低下させた
り、マスクのオープン領域(Open area)が過度な領域で
は過露光現象をもたらして結果的に臨界寸法(Critical
Dimension：以下、ＣＤと記す)の均一度及び工程マージ
ンの低下を招く。
【０００４】前記した露光装置におけるフレアノイズ問
題は、ずいぶん前から知らされてきたが、近年、半導体
素子のデザインルール(Design rule)が限界点に至り、
従来は大きな問題ではなかったＣＤの均一性及び照明の
均一性が重要視されてから、フレアノイズもＣＤ均一度
及び工程マージンを低下させるに多くの原因を生み出す
ものと認識されている。
【０００５】一方、前述したフレアノイズを検出する方
法には、露光装置内の特定の機能やテストマスク(Test
mask)を用いて一定の周期で装置を検査する方法を用い
てきたが、その代表的な方法にはファイヤフライ方法(F
irefly method)とカーク方法がある。
【０００６】しかし、前述した2つの方法は、その手順
があまりにも煩雑であり、その検査周期を一定期間以
上、減らすことができないし、フレアノイズが発生して
も既に多くの素子のパターンで欠陥(Damage)が発生した
以後に検出されるので、既存の検出方法を補完できる新
しい方法が求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、従
来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その
目的は、素子のパターン内でリアルタイムでフレアノイ
ズを検出できる半導体装置のフレアノイズ検出方法を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、露光時に入射される光エネルギーが互い
に異なる複数の領域を有し、前記各領域にフレアノイズ
検出のためのそれぞれ異なる大きさの複数のダミーパタ
ーンを有するマスクを準備するステップと、前記マスク
のダミーパターンをフォトリソグラフィ工程によって、
ウェハに転写するステップと、光学顕微鏡で前記ウェハ
上に転写された前記ダミーパターンの具現状態を前記各
領域別に比較して前記フレアノイズを検出するステップ
とを含む半導体装置のフレアノイズ検出方法を提供す
る。
【０００９】好ましくは、本発明の前記ダミーパターン
を前記ウェハに転写するステップにおいて、それぞれの
ショットが互いに重なる回数によって、前記各領域別に
入射される光エネルギーが異なることを特徴とし、前記
ショットが重なる領域は、スクライブレーン(Scribe la
ne)を含むことを特徴とし、前記ダミーパターンは、四
角形状に形成されたことを特徴とする。また、前記フレ
アノイズ検出方法は、サンプルダミーパターンの大きさ
が一定である時、エネルギー変化によるフレアノイズの
変化関係を示す固定係数を表す第1関係を備えるステッ
プと、特定エネルギー、前記特定エネルギーの大きさ条
件でウェハ上に具現されなかったり、不良に具現される
サンプルダミーパターンの大きさ及び前記固定係数の関
係を表す第2関係を備えるステップと、前記光学顕微鏡
で前記ウェハ上に転写された前記ダミーパターンの具現
状態を前記各領域別に比較して、具現されなかったり、
不良に具現された前記ダミーパターンの大きさ及び前記
領域に露光されたエネルギーの大きさに対応する前記特
定固定係数の値を前記第2関係から探すステップと、前
記第1関係から前記特定固定係数の値に該当する前記フ
レアノイズを探すステップとをさらに含むことを特徴と
する。
【００１０】通常考えられることは、実際パターン上に
おいてフレアノイズの影響を受けるＣＤを継続観測すれ
ば良いが、この場合、精密ＣＤ測定装置の使用による全
般的なコスト低下の問題が発生するようになる。従っ
て、簡単な光学顕微鏡を通してフレアノイズを検出でき
るカーク方法を素子のマスク上で具現できる方法を探す
べきであり、本発明は素子のマスクレイアウトと露光装
置の露光時に隣接するショット(Shot)と間の重複性を用
いてこれを具現した。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の最も好ましい実施
例を添付する図面を参照して説明する。
【００１２】図１は、イメージ平面(Image plane)にお
いて迷光(Stray light)によるフレアノイズ現象を説明
するための概略図であり、図２は、カーク方法を説明す
るためにカークスプリット(Kirk's split)のブロック大
きさを示した概略図であり、図３は、カーク方法をマス
ク上で具現するための本発明の一実施例に係るマスクレ
イアウトを示した平面図であり、図４は、カーク方法に
よるブロック大きさと露光エネルギーとの関係を示した
グラフである。
【００１３】フレアノイズは、前述したように、元々光
が到達すべき地域以外に他の地域に光が到達することで
あり、回折(Diffraction)とは異なる。
【００１４】図１を参照すると、横軸は各領域を区分し
ており、縦軸は光エネルギー(Ｅ)を示す。「Ｃ」領域に
光エネルギーを伝達しようとする時、「Ｂ」のような迷
光によって、光エネルギーが遮蔽されるべき領域である
「Ｄ」領域に光エネルギーが到達するようになる。従っ
て、理想的には「Ｄ」領域における光エネルギーが
「０」なるべきであるが、迷光によって示された「Ａ」
ほどの光エネルギーが存在するようになることが確認で
きる。
【００１５】図２を参照すると、カーク方法においては
ブロックの大きさが多様に定義されたマスクを製作す
る。この場合、フレアノイズの量によって、特定大きさ
のブロックが特定エネルギー領域で具現されない。この
場合に具現されないブロックの大きさを用いてフレアノ
イズを示すことができ、次の式［数１］は前述した関係
を数式的に示す。
【００１６】
【数１】Ｆ(Flare noise)[%]=Ｅ0／Ｅx100 。
【００１７】ここで、E0はブロッキング(Blocking)をし
ない状態でフォトレジスト(PR)がすべてなくなるのに必
要な基本エネルギーを表し、Exは、大きさxを有する特
定ブロックがブロッキングされている時、フレアノイズ
によって大きさxのブロックがなくなるのに必要なエネ
ルギーを表す。ボックス(Box)大きさxは、フレアノイズ
が回折と区別されて飽和される大きさであり、ＤＲＡＭ
工程においては、通常５μｍ〜１０μｍの間の値を用い
る。
【００１８】前述したカーク方法を実際素子具現のため
のマスクで具現することにおいて最も大きな問題は、適
正エネルギーの設定と多様な大きさのブロックを挿入す
る空間を確保することである。なぜならば、実際素子用
マスクを用いた露光時のエネルギーは素子のパターンに
よって決定されるものであって、カーク方法のように任
意に適用できないためである。
【００１９】しかし、マスクのレイアウトと露光装置の
露光方式を適切に用いると、最小限の面積と必要なエネ
ルギーレベルを得ることができ、本発明では多様な大き
さのダミーパターンを実際マスク上に具現しようとする
ものである。
【００２０】このため、露光時に入射される光エネルギ
ーが互いに異なる複数の領域を有し、前記各領域にフレ
アノイズ検出のためのそれぞれ異なる大きさの複数のダ
ミーパターンを有するマスクを用いる。
【００２１】図３を参照すると、３０Ａ〜３０Ｄは、そ
れぞれ１回の露光によって転写されるパターン領域、す
なわちショット(Shot)であれば、この領域には１回の露
光による単位光エネルギー「Ｅ」が照射され、この領域
を含む領域、すなわち、１回の露光領域Ｘも同様に単位
光エネルギー「Ｅ」が照射される。
【００２２】一方、実際露光装置のブレード(Blade)自
体に誤差があるので、素子のレイアウト時、主パターン
(Main pattern)以外の地域、例えば、スクライブレーン
を作って露光時に隣接するショット（３０Ａ〜３０Ｄ）
を重複させて露光するようになる。従って、本発明の一
実施例として例示された図３に示した図面符号「Ｙ」
は、「３０Ａ」と「３０Ｂ」の隣接する2ショットに対
する露光時に重なって露光されるので、2回の露光がな
されるようになり、これによって「Ｙ」領域は、２倍の
単位光エネルギー「２Ｅ」が入射される２回の露光領域
になる。
【００２３】また、図３に示した図面符号「Ｚ」は、
「３０Ａ」〜「３０Ｄ」の４個のショットの露光時に重
なって４回の露光がなされるので、「Ｚ」領域は４倍の
単位光エネルギー「４Ｅ」が入射される４回の露光領域
になる。
【００２４】従って、前述した例えば、「Ｅ」、「２
Ｅ」、「４Ｅ」の光エネルギーが「Ｘ」、「Ｙ」、
「Ｚ」それぞれの領域に照射され、このような領域、特
に「Ｙ」と「Ｚ」に適正なブロック大きさ、すなわち複
数の大きさを有するダミーパターンを挿入する場合、
「Ｅ」と「２Ｅ」、「４Ｅ」のエネルギーと各ダミーパ
ターンの組合せによってフレアノイズを検出できるよう
になる。
【００２５】以下、各エネルギーステップに挿入すべき
ダミーパターンのブロック大きさを計算する方法とこれ
を通してフレアノイズを計算する方法を具体的に説明す
る。
【００２６】図４のグラフは、カーク方法で用いる四角
形状のブロック大きさ(ログスケール)と光エネルギー関
係を示しているが、これは次の式［数２］のようにな
る。
【００２７】
【数２】Log(ブロック大きさ)=ａ＊Exp(ｂ＊エネルギ
ー) 。
【００２８】ここで、「ａ」と「ｂ」は、固定係数(Fit
ting coefficient)を表しているが、エネルギーは、例
えば、本発明の実施例の場合、「Ｅ」、「２Ｅ」、「４
Ｅ」に固定され、実験データによると、固定係数「ａ」
は他の変数の変化にほとんど影響を及ぼさないことと分
析され、平均的な値に定数化させることができる。この
場合、なくなるダミーパターンの大きさと係数「ｂ」と
の関係が設定でき、ダミーパターンの大きさを、例え
ば、５μｍに固定させると、係数「ｂ」に対するエネル
ギーを求めることができ、フレアノイズの数値に連結さ
れる。
【００２９】次の［表１］は、固定係数（ａ、ｂ）とフ
レアノイズ（Ｆ）との関係を示しており、［表２］は、
各固定されたエネルギー（単位エネルギーＥを５０に設
定したものである）と固定係数(ｂ)との関係を示す。
【００３０】
【表1】
【００３１】
【表2】
【００３２】例えば、「４Ｅ」のエネルギー、すなわ
ち、単位エネルギー４０の４倍である「２００」のエネ
ルギーで７μｍ大きさのダミーパターンが具現されない
か、意図したものより小さい大きさに具現されると、既
に作成されたルックアップテーブルである［表２］にお
いて光エネルギーが「４Ｅ」である「２００」でダミー
パターンの大きさが７μｍであるので、この場合の固定
係数「ｂ」を探す。
【００３３】この場合、固定係数「ｂ」が「０．０１５
９」であるので、再びルックアップテーブルである［表
１］においてこれに最も類似の値を探すが、「ｂ」の値
が0.016に近似するので、これに該当する５．８８％が
フレアノイズと言える。ここで、ルックアップテーブル
である［表１］においては、５μｍ大きさのダミーパタ
ーンを基準とした。
【００３４】また、「４Ｅ」すなわち、エネルギー「２
００」のレベルで８μｍ大きさのダミーパターンがすべ
て具現されないと、この場合は「２Ｅ」、すなわち、エ
ネルギー「１００」のレベルで各大きさ別に固定係数
「ｂ」を探せば良い。この場合、エネルギー「１００」
で５μｍの大きさのダミーパターンがなくなると、固定
係数「ｂ」は「０．０２９９」であるので、これを参照
して［表１］でフレアノイズを探せば、約１０．２９％
であることが分かる。一方、このようにフレアノイズが
１０％を越えるようになると、露光装置に対する補償措
置を取らなければならないことが認知できる。
【００３５】すなわち、前述したようにフレアノイズの
検出時には各領域のうち、光エネルギーが大きい領域か
ら順次ダミーパターンの大きさと光エネルギーによって
エネルギーとダミーパターンの大きさによる固定係数
「ｂ」をルックアップテーブルすなわち、［表２］を参
照して近似した固定係数「ｂ」を探した後、探した固定
係数「ｂ」とダミーパターンの大きさを用いて固定係数
「ｂ」とフレアノイズをルックアップテーブル、すなわ
ち、［表２］を参照してフレアノイズを探す。
【００３６】このような過程は、ＳＥＭ(Scanning Elec
tron Microscopy)などを用いず、光学顕微鏡を用いて簡
単にリアルタイムで行われる。
【００３７】前述したようになされる本発明は、素子の
マスクレイアウトと露光装置の露光時に隣接したショッ
トとの間の重畳性を用い、このような重なる領域、例え
ば、スクライブレーンに多様な大きさのダミーパターン
を形成することによって、露光時に光エネルギーが他の
各領域においてパターンが具現されるか否かを光学顕微
鏡を通してリアルタイで確認できるので、装置保持及び
装置検査の時間を追加する必要がないし、素子に対する
フレアノイズ影響を最小化できることが実施例を通して
分かった。
【００３８】なお、本発明は、本実施例に限られるもの
ではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に
変更実施することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】前記したような本発明は、露光装置のフ
レアノイズを素子のウェハにおいて光学顕微鏡を用いた
検査のみを用いてリアルタイムで検出できるので、装置
保持及び装置検査の時間を追加する必要がないし、素子
に対するフレアノイズ影響を最小化できる効果が期待で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 イメージ平面において迷光によるフレアノイ
ズ現象を説明するための概略図である。
【図２】 カーク方法を説明するためにカークスプリッ
トのブロック大きさを示した概略図である。
【図３】 カーク方法をマスク上で具現するための本発
明の一実施例に係るマスクレイアウトを示した平面図で
ある。
【図４】 カーク方法によるブロック大きさと露光エネ
ルギーとの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
３０Ａ〜３０Ｄ…1回の露光によって単位光エネルギー
が入射される領域(ショット)、Ｘ…１回の露光領域、Ｙ
…２回の露光領域、Ｚ…４回の露光領域。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 露光時に入射される光エネルギーが互い
    に異なる複数の領域を有し、前記各領域にフレアノイズ
    検出のためのそれぞれ異なる大きさの複数のダミーパタ
    ーンを有するマスクを準備するステップと、 前記マスクのダミーパターンをフォトリソグラフィ工程
    によって、ウェハに転写するステップと、 光学顕微鏡で前記ウェハ上に転写された前記ダミーパタ
    ーンの具現状態を前記各領域別に比較して前記フレアノ
    イズを検出するステップとを含む半導体装置のフレアノ
    イズ検出方法。
  2. 【請求項２】 前記ダミーパターンを前記ウェハに転写
    するステップにおいて、 それぞれのショットが互いに重なる回数によって、前記
    各領域別に入射される光エネルギーが異なることを特徴
    とする請求項１に記載の半導体装置のフレアノイズ検出
    方法。
  3. 【請求項３】 前記ショットが重なる領域は、スクライ
    ブレーン(Scribe lane)を含むことを特徴とする請求項
    ２に記載の半導体装置のフレアノイズ検出方法。
  4. 【請求項４】 前記ダミーパターンは、四角形状に形成
    されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の
    フレアノイズ検出方法。
  5. 【請求項５】 サンプルダミーパターンの大きさが一定
    である時、エネルギー変化によるフレアノイズの変化関
    係を示す固定係数を表す第１関係を備えるステップと、 特定エネルギー、前記特定エネルギーの大きさ条件でウ
    ェハ上に具現されなかったり、不良に具現されるサンプ
    ルダミーパターンの大きさ及び前記固定係数の関係を表
    す第2関係を備えるステップと、 前記光学顕微鏡で前記ウェハ上に転写された前記ダミー
    パターンの具現状態を前記各領域別に比較して、具現さ
    れなかったり、不良に具現された前記ダミーパターンの
    大きさ及び前記領域に露光されたエネルギーの大きさに
    対応する前記特定固定係数の値を前記第2関係から探す
    ステップと、 前記第１関係から前記特定固定係数の値に該当する前記
    フレアノイズを探すステップとをさらに含むことを特徴
    とする請求項１に記載のフレアノイズ検出方法。
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