JP2005123435A - 露光装置補正システム、露光装置補正方法及び半導体装置製造方法 - Google Patents

露光装置補正システム、露光装置補正方法及び半導体装置製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 半導体装置製造工程において、複数の露光装置間の光学的な不均一性を補正可能な露光装置補正システムを提供する。
【解決手段】 判断区画抽出部325、不均一性評価部304、カウンタ部303を有する光近接効果評価手段315、コントラスト判断手段323及び露光装置制御手段326を有する中央処理装置(CPU)300、縮小投影露光装置3a, 3b, 3c, ・・・・・, 3n、顕微鏡装置332、画像情報記憶装置336、補正情報記憶装置337、露光条件記憶装置338、許容範囲記憶装置339、入力装置312、出力装置313、プログラム記憶装置330、データ記憶装置331を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は露光装置の光学補正技術に係り、特に露光装置の光学系を補正する露光装置補正システム、露光装置補正方法及び半導体装置製造方法に関する。
半導体装置の製造工程におけるリソグラフィ技術の向上は、半導体装置の微細化に大きな進展をもたらす。リソグラフィ工程で用いられている露光装置にはいくつかの種類があるが、レチクル上に設けられた半導体回路パターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウェハ上に縮小投影する縮小投影露光装置が広く使用されている。縮小投影露光装置は半導体装置の微細化に対応して開口数を大きくすると焦点深度が浅くなり、収差のために露光可能な面積に制約がある等の問題があったが、焦点深度の低下に対しては縮小投影露光装置の照明光源に変形照明を適用する方法（例えば特許文献1参照。）や、光軸に垂直な面に対してウェハステージを所定の角度だけ傾斜させて露光する累進焦点露光法（例えば特許文献2参照。）が提案されていた。
特許第2634037号公報 特開2001-144009号公報
しかし、累進焦点露光法等の個々の縮小投影露光装置の光学系を補正する方法はあるものの、複数の縮小投影露光装置を利用した場合に生じる縮小投影露光装置間の光学系の不均一性を改善する方法については提案がなかった。例えば、レチクルに疎に設けられたパターンの投影像と、レチクルに密に設けられたパターンの投影像とでは、それぞれレチクルに設けられたパターンの線幅の寸法が同じでも、投影像の線幅の寸法が異なるものとなる現象があり、これを「光近接効果」と呼ぶ。光近接効果は個々の縮小投影露光装置によって異なる。このため、同一のレチクルを使用しても露光した縮小投影露光装置によって投影像の線幅が異なるものとなり、結果的に製造される半導体装置の性能が不均一になるという問題があった。よって同一の半導体装置を製造する場合でも、個々の縮小投影露光装置の光近接効果に応じてそれぞれ補正された半導体回路パターンを設けたレチクルを製造する必要があったため、レチクルコストの上昇が問題となっていた。
本発明は上記問題点を鑑み、半導体装置製造工程において複数の露光装置のそれぞれにあわせて光近接効果補正をした複数のレチクルを準備する必要がなく、複数の露光装置で均一な半導体装置の製造を可能とする露光装置補正システム、露光装置補正方法及び半導体装置製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の第1の特徴は、（イ）複数の露光装置でそれぞれ露光されたレチクル投影像の画像を保存する画像情報記憶装置と、（ロ）レチクル投影像の画像を分析し、複数の露光装置をコントラストの良否で序列化するコントラスト判断手段と、（ハ）レチクル投影像の画像を分析し、複数の露光装置の光近接効果が同レベルであるか否かを判断する不均一性評価部と、（ニ）複数の露光装置の全ての光近接効果が、序列化により最もコントラストが悪いと判断された露光装置の光近接効果と同レベルになるよう、複数の露光装置のコントラストを補正する露光装置制御手段とを備える露光装置補正システムであることを要旨とする。
本発明の第2の特徴は、（イ）基準パターン及び該基準パターンと寸法の異なる比較パターンを有するコントラスト検査用レチクルを、基準パターンの投影像の寸法が互いに等しくなる露光条件下で複数の露光装置により露光するステップと、（ロ）コントラスト検査用レチクルの投影像を分析し、複数の露光装置をコントラストの良否で序列化するステップと、（ハ）互いに合同である複数の透光パターンが互いに第1の間隔をおいて平行に設けられている第1の光近接効果検査パターンと、複数の透光パターンが第1の間隔よりも長い第2の間隔をおいて互いに平行に設けられている第2の光近接効果検査パターンを有する光近接効果検査用レチクルを、複数の露光装置で露光するステップと、（ニ）光近接効果検査用レチクルの投影像を分析し、複数の露光装置の光近接効果が同レベルであるか否か判断するステップと、（ホ）複数の露光装置全ての光近接効果が、序列化により最もコントラストが悪いと判断された露光装置の光近接効果と同レベルになるよう、複数の露光装置のコントラストを補正するステップとを含む露光装置補正方法であることを要旨とする。
本発明の第3の特徴は、（イ）基準パターン及び該基準パターンと寸法の異なる比較パターンを有するコントラスト検査用レチクルを、基準パターンの投影像の寸法が互いに等しくなる露光条件下で複数の露光装置によりコントラスト検査用ウェハに露光するステップと、（ロ）コントラスト検査用レチクルの投影像を分析し、複数の露光装置をコントラストの良否で序列化するステップと、（ハ）半導体回路パターンを有する半導体回路パターンレチクルを、複数の露光装置で光近接効果検査用ウェハに露光するステップと、（ニ）半導体回路パターンレチクルの投影像を分析し、複数の露光装置の光近接効果が同レベルであるか否か判断するステップと、（ホ）複数の露光装置全ての光近接効果が、序列化により最もコントラストが悪いと判断された露光装置の光近接効果と同レベルになるよう、複数の露光装置のコントラストを補正するステップと、（ヘ）同レベルにされた光近接効果にあわせて半導体回路パターンを光近接効果補正し、修正回路パターンを算出するステップと、（ト）複数の露光装置で修正回路パターンを有する修正回路パターンレチクルを製造用ウェハ表面に露光するステップとを含む半導体装置製造方法であることを要旨とする。
本発明によれば、半導体装置製造工程において複数の露光装置のそれぞれにあわせて光近接効果補正をした複数のレチクルを準備する必要がなく、複数の露光装置による均一な半導体装置の製造を可能とする露光装置補正システム、露光装置補正方法及び半導体装置製造方法を提供することができる。
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
（第1の実施の形態）
本発明の第1の実施の形態に係る露光装置補正システムは図1に示すように、中央処理装置(CPU)300、複数の縮小投影露光装置3a, 3b, 3c, ・・・・・, 3n、顕微鏡装置332、画像情報記憶装置336、補正情報記憶装置337、露光条件記憶装置338、許容範囲記憶装置339、設計値記憶装置340、入力装置312、出力装置313、プログラム記憶装置330及びデータ記憶装置331を備える。さらにCPU300はコントラスト判断手段323、光近接効果評価手段315、露光装置制御手段326を備える。
ここで図1に示す縮小投影露光装置3aは、図2に示すように、照明光源41、照明光源41より照射された光を集光する集光光学系43、集光光学系43の下部に配置される開口絞りホルダ58、開口絞りホルダ58の下部に配置されるスリットホルダ54、スリットホルダ54の下部に配置されるレチクルステージ15、レチクルステージ15の下部に配置される投影光学系42、投影光学系42の下部に配置されるウェハステージ32を備える。
レチクルステージ15は、レチクル用XYステージ81、レチクル用XYステージ81上部に配置されたレチクル用可動軸83a, 83b、レチクル用可動軸83a, 83bのそれぞれでレチクル用XYステージ81に接続されるレチクル用Z傾斜ステージ82を備える。レチクルステージ15にはレチクルステージ駆動部97が接続される。レチクルステージ駆動部97はレチクル用XYステージ81を水平方向に走査し、またレチクル用可動軸83a, 83bのそれぞれを垂直方向に駆動する。よって、レチクル用Z傾斜ステージ82はレチクル用XYステージ81によって水平方向に位置決めされ、かつレチクル用可動軸83a, 83bのそれぞれにより水平面に対して傾斜をつけて配置することができる。レチクル用Z傾斜ステージ82端部にはレチクル用移動鏡98が配置される。レチクル用Z傾斜ステージ82の配置位置はレチクル用移動鏡98に対抗して配置されたレチクル用レーザ干渉計99で計測される。
ウェハステージ32は、ウェハ用XYステージ91、ウェハ用XYステージ91上部に配置されたウェハ用可動軸93a, 93b、ウェハ用可動軸93a, 93bのそれぞれでウェハ用XYステージ91に接続されるウェハ用Z傾斜ステージ92を備える。ウェハステージ32にはウェハステージ駆動部94が接続される。ウェハステージ駆動部94はウェハ用XYステージ91を水平方向に走査し、またウェハ用可動軸93a, 93bのそれぞれを垂直方向に駆動する。よって、ウェハ用Z傾斜ステージ92はウェハ用XYステージ91によって水平方向に位置決めされ、かつウェハ用可動軸93a, 93bのそれぞれにより水平面に対して傾斜をつけて配置することができる。ウェハ用Z傾斜ステージ92端部にはウェハ用移動鏡96が配置される。ウェハ用Z傾斜ステージ92の配置位置はウェハ用移動鏡96に対抗して配置されたウェハ用レーザ干渉計95で計測される。
なお、図1に示す縮小投影露光装置3b〜3nのそれぞれについても、図2に示した縮小投影露光装置3aと同様の構成をしているので説明は省略する。
図1に示す顕微鏡装置332としては原子間力顕微鏡(AFM)や走査型電子顕微鏡(SEM)等が使用可能である。画像情報記憶装置336は顕微鏡装置332で取得される縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれで露光された図3に示すコントラスト検査用レチクル5の投影像の画像であるコントラスト判定用画像と、図4に示す光近接効果検査用レチクル25の投影像の画像である光近接効果判定用画像を保存する。
ここで図3に示すコントラスト検査用レチクル5は、石英等を材料とする透明なマスク基板50と、マスク基板50上に配置され、第1のコントラスト判定パターン60、第1のコントラスト判定パターン60に比して狭幅の第2のコントラスト判定パターン61、第2のコントラスト判定パターン61に比して狭幅の第3のコントラスト判定パターン62のそれぞれを有するクロム(Cr)等を材料とする遮光膜55を備える。第1のコントラスト判定パターン60、第2のコントラスト判定パターン61及び第3のコントラスト判定パターン62のそれぞれは遮光膜55に設けられた短冊形の開口であり、それぞれよりマスク基板50が表出し光が透過する。
また図4に示す光近接効果検査用レチクル25は、石英等を材料とする透明なマスク基板50と、マスク基板50上に配置され、第1の光近接効果検査パターン166、第2の光近接効果検査パターン167、第3の光近接効果検査パターン168、第4の光近接効果検査パターン169、第5の光近接効果検査パターン170、第6の光近接効果検査パターン171、第7の光近接効果検査パターン172、第8の光近接効果検査パターン173、第9の光近接効果検査パターン174及び第10の光近接効果検査パターン175のそれぞれを有するCr等を材料とする遮光膜55を備える。
ここで第1の光近接効果検査パターン166には、互いに合同である透光パターン66a, 66b, 66c, 66d, 66e, 66fのそれぞれが互いに第1の間隔T1をおいて平行に設けられている。第2の光近接効果検査パターン167には、互いに合同である透光パターン67a, 67b, 67c, 67d, 67e, 67fのそれぞれが互いに第2の間隔T2をおいて平行に設けられている。第3の光近接効果検査パターン168には、互いに合同である透光パターン68a, 68b, 68c, 68d, 68e, 68fのそれぞれが第3の間隔T3をおいて平行に設けられている。第4の光近接効果検査パターン169には、互いに合同である透光パターン69a, 69b, 69c, 69d, 69eのそれぞれが第4の間隔T4をおいて平行に設けられている。第5の光近接効果検査パターン170には、互いに合同である透光パターン70a, 70b, 70c, 70dのそれぞれが第5の間隔T5をおいて平行に設けられている。第6の光近接効果検査パターン171には、互いに合同である透光パターン71a, 71b, 71c, 71dのそれぞれが第6の間隔T6をおいて平行に設けられている。第7の光近接効果検査パターン172には、互いに合同である透光パターン72a, 72b, 72c, 72dのそれぞれが第7の間隔T7をおいて平行に設けられている。第8の光近接効果検査パターン173には、互いに合同である透光パターン73a, 73b, 73cのそれぞれが第8の間隔T8をおいて平行に設けられている。第9の光近接効果検査パターン174には、互いに合同である透光パターン74a, 74b, 74cのそれぞれが第9の間隔T9をおいて平行に設けられている。第10の光近接効果検査パターン175には、互いに合同である透光パターン75a, 75bのそれぞれが第10の間隔T10をおいて平行に設けられている。
ここで、透光パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bのそれぞれは遮光膜55に全て同じ幅Woで設けられた互いに合同である短冊形の開口であり、それぞれよりマスク基板50が表出し光を透過させる。
また、第1の間隔T1は幅Woと等しい。第2の間隔T2は幅Woの1.25倍である。第3の間隔T3は幅Woの1.5倍である。第4の間隔T4は幅Woの1.75倍である。第5の間隔T5は幅Woの2倍である。第6の間隔T6は幅Woの2.5倍である。第7の間隔T7は幅Woの3倍である。第8の間隔T8は幅Woの4倍である。第9の間隔T9は幅Woの5倍である。第10の間隔T10は幅Woの10倍である。
光近接効果検査用レチクル25の設計値は、図1に示す設計値記憶装置340に保存される。
露光条件記憶装置338は縮小投影露光装置3a〜3nの露光条件を保存している。図5は露光条件の一例であり、ウェハ表面を6行6列の露光区画6AA, 6AB, 6AC, 6BA, 6BB, 6BC, 6CA, 6CB, 6CCに分割し、それぞれに図3に示したコントラスト検査用レチクル5や図4に示した光近接効果検査用レチクル25を縮小投影露光する際の焦点条件F1, F2, F3及び照射線量条件D1, D2, D3を露光条件として定めている。
図1に示すコントラスト判断手段323は画像情報記憶装置336に保存されている縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれのコントラスト判定用画像を利用して、縮小投影露光装置3a〜3nをコントラストの良否で序列化し、それぞれを序列化N番目の露光装置(N=1, 2, 3, ・・・・・, n)と定義する。ここで、コントラスト判断手段323が縮小投影露光装置3a〜3nをコントラストの良否で序列化する方法の一例を説明する。
まずコントラスト判断手段323は、画像情報記憶装置336から縮小投影露光装置3a, 3bのそれぞれのコントラスト判定用画像を読み出す。また、コントラスト判断手段323は図3に示した第1のコントラスト判定パターン60、第2のコントラスト判定パターン61及び第3のコントラスト判定パターン62のいずれか一つを基準パターンと定義し、その他を比較パターンと定義する。ここでは第1のコントラスト判定パターン60を基準パターンと定義したものする。
次に、図1に示す縮小投影露光装置3a, 3bのそれぞれのコントラスト判定用画像を比較し、それぞれの図5に示した露光区画6AA〜6CCから互いに基準パターンの投影像の線幅の寸法が等しくなるコントラスト判定区画を抽出する。図6は縮小投影露光装置3aのコントラスト判定区画の一例であり、図7は縮小投影露光装置3bのコントラスト判定区画の一例である。図6及び図7において、レジスト膜80a, 80b上の第1の投影像160a, 160bそれぞれは基準パターンと定義された図3に示した第1のコントラスト判定パターン60の投影像であり、それぞれの線幅の寸法W1a, W1bが等しいものが抽出されている。なお、第2の投影像161a, 161bそれぞれは第2のコントラスト判定パターン61の投影像、第3の投影像162a, 162bそれぞれは第3のコントラスト判定パターン62の投影像である。
コントラスト判断手段323は、比較パターンの投影像である第2の投影像161a, 161bのそれぞれの線幅の寸法W2a, W2a及び第3の投影像162a, 162bのそれぞれの線幅の寸法W3a, W3bを比較する。ここで、図6及び図7に示したようにW2a ≧ W2aかつ W3a ＞ W3bであれば、図1に示す縮小投影露光装置3aは縮小投影露光装置3bよりも透過光の抜け性がよく、コントラストがよいと判断し、縮小投影露光装置3aを序列化1番目の露光装置、縮小投影露光装置3bを序列化2番目の露光装置と定義する。なお、ここでは第1のコントラスト判定パターン60を基準パターンと定義したが、第2のコントラスト判定パターン61あるいは第3のコントラスト判定パターン62を基準パターンと定義し、他の比較パターンの線幅の寸法を比較してコントラストの良否を序列化しても良い。
次に、同様の方法で縮小投影露光装置3bと縮小投影露光装置3cをコントラストで比較する。縮小投影露光装置3cのほうがコントラストが悪いと判断されれば、縮小投影露光装置3cを序列化3番目の露光装置と定義する。また、縮小投影露光装置3cの方が縮小投影露光装置3bよりもコントラストが良いと判断された場合は、まず縮小投影露光装置3bを序列化3番目の露光装置と再定義する。次に、縮小投影露光装置3cと縮小投影露光装置3aをコントラストで比較する。ここで、縮小投影露光装置3cの方が縮小投影露光装置3aよりもコントラストが良いと判断された場合、縮小投影露光装置3aを序列化2番目の露光装置と再定義し、縮小投影露光装置3cを序列化1番目の露光装置と定義する。一方、縮小投影露光装置3cの方が縮小投影露光装置3aよりもコントラストが悪いと判断された場合は、縮小投影露光装置3cを序列化2番目の露光装置と定義する。
以下同様に、縮小投影露光装置3nまでコントラスト良否の比較を繰り返すことにより、縮小投影露光装置3a〜3nをコントラストの良否で序列化し、それぞれを序列化N番目の露光装置(N=1, 2, 3, ・・・・・, n)と定義して終了する。
図1に示す光近接効果評価手段315はカウンタ部303、判断区画抽出部325、不均一性評価部304を備える。
カウンタ部303は変数Nを保持している。変数Nは縮小投影露光装置3a〜3cの装置数を最大値とする自然数である。
判断区画抽出部325は画像情報記憶装置336に保存されている序列化N番目の露光装置の光近接効果判定用画像を分析し、表面形状等から図5に示す焦点条件F1, F2, F3のいずれかを最適焦点条件と判定する。さらに最適焦点条件下、照射線量条件D1, D2, D3のそれぞれで露光された露光区画の画像と、図1に示す設計値記憶装置340に保存されている図4に示した光近接効果検査用レチクル25の設計値とを比較し、投影像の線幅の寸法が最も設計値に近い露光区画を光近接効果判定区画として抽出する。
図1に示す不均一性評価部304は序列化N番目及び序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの光近接効果が同レベルであるか否かを判断する。ここで、その判断方法の一例を説明する。
まず、不均一性評価部304は序列化N番目の露光装置の光近接効果判定区画から、図4に示した透光パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bのそれぞれの投影像の線幅を取得し、これらの線幅の値を母集団とする序列化N番目の露光装置の線幅情報群を定義する。同様に、序列化N-1番目の光近接効果判定区画から序列化N-1番目の露光装置の線幅情報群を定義する。
ここで、図1に示す許容範囲記憶装置339には、序列化N番目及び序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの光近接効果が同レベルであるか否かを検定する場合に用いる有意水準が保存されている。不均一性評価部304は許容範囲記憶装置339に保存されている有意水準を読み取り、序列化N番目の露光装置の線幅情報群と序列化N-1番目の露光装置の線幅情報群の母代表値の差をマン・ホイットニー検定法等により検定する。ここで有意差があると検定された場合、序列化N番目の露光装置と序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの光近接効果は同レベルでないと判断し、終了する。一方有意差がないと検定された場合、序列化N番目の露光装置と序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの光近接効果は同レベルであると判断する。なお光近接効果が同レベルであると判断した場合は、カウンタ部303に変数Nの値から1を減じたものを変数Nに再定義するよう指示し、終了する。
露光装置制御手段326は、縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれの露光条件を制御する。例えば図2に示したレチクルステージ駆動部97、ウェハステージ駆動部94を制御してレチクルステージ15及びウェハステージ32を移動させ、それぞれの配置位置、走査方向、走査速度等をレチクル用レーザ干渉計99及びウェハ用レーザ干渉計95で監視する。
図1に示す補正情報記憶装置337は、縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれの図2に示したレチクルステージ15及びウェハステージ32の配置位置等の露光条件を補正情報として図1に示す露光装置制御手段326から受け取り保存する。
入力装置312としては、キーボード、マウス等が使用可能であり、出力装置313としては液晶表示装置(LCD)、発光ダイオード(LED)等によるモニタ画面等が使用可能である。プログラム記憶装置330は、CPU300に接続された装置間のデータ送受信の制御等をCPU300に実行させるためのプログラムを保存している。データ記憶装置331は、CPU300の演算過程でのデータを一時的に保存する。
次に図8に示すフローチャートを用いて第1の実施の形態に係る露光装置補正方法について説明する。
(a)まず図8のステップS101で図1に示す縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれにコントラスト検査用ウェハと図3に示したコントラスト検査用レチクル5を配置する。ここで縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれに配置されるコントラスト検査用ウェハは全て基板、レジスト等の材料、膜厚が等しいものを準備する。
(b)ステップS102において、図1に示す露光装置制御手段326は露光条件記憶装置338に保存されている図5に示した露光条件を読み出す。次に、図1に示す縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれを露光条件に従って制御し、縮小投影露光装置3a〜3nに配置された各コントラスト検査用ウェハ表面の露光区画6AA〜6CCのそれぞれに図3に示したコントラスト検査用レチクル5を縮小投影露光する。露光後、各コントラスト検査用ウェハを現像する。
(c)ステップS103で、図1に示す顕微鏡装置332で各コントラスト検査用ウェハ表面を観察し、縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれのコントラスト判定用画像を取得する。コントラスト判定用画像は画像情報記憶装置336に保存される。
(d)ステップS104でコントラスト判断手段323は、画像情報記憶装置336に保存されているコントラスト判定用画像を用いて縮小投影露光装置3a〜3nをコントラストの良否で序列化し、それぞれを序列化N番目の露光装置(N=1, 2, 3, ・・・・・, n)と定義する。
(e)次にステップS105で図1に示す縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれに光近接効果検査用ウェハと図4に示した光近接効果検査用レチクル25を配置する。ここでも光近接効果検査用ウェハは全て基板、レジスト等の材料、膜厚が等しいものを準備する。
(f)ステップS106において、図1に示す露光装置制御手段326は露光条件記憶装置338に保存されている図5に示した露光条件に従って縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれを制御し、各光近接効果検査用ウェハ表面の露光区画6AA〜6CCのそれぞれに図4に示した光近接効果検査用レチクル25を縮小投影露光する。露光後、各光近接効果検査用ウェハを現像する。
(g)ステップS107で、図1に示す顕微鏡装置332で各光近接効果検査用ウェハ表面を観察し、縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれの光近接効果判定用画像を取得する。光近接効果判定用画像は画像情報記憶装置336に保存される。
(h)ステップS401で、図1に示すカウンタ部303はCPU300に接続されている縮小投影露光装置3a〜3nの装置数を変数Nの初期値に定義し、これを判断区画抽出部325に伝達する。
(i)ステップS108で、図1に示す判断区画抽出部325は画像情報記憶装置336に保存されている序列化N番目の露光装置の光近接効果判定用画像から光近接効果判定区画を抽出し、不均一性評価部304に伝達する。同様に序列化N-1番目の露光装置の光近接効果判定区画を抽出し、不均一性評価部304に伝達する。
(j)ステップS201で、不均一性評価部304は序列化N番目及び序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの光近接効果が同レベルであるか否かを判断する。ここで一例として、序列化N番目及び序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの線幅情報群の関係が図9に示すものであり、不均一性評価部304は検定により光近接効果が同レベルでないと判断した場合、序列化N-1番目の露光装置の光近接効果判定区画の情報を内部から消去しステップS301に進む。他方、線幅情報群の関係が図10に示すものであり、検定の結果光近接効果が同レベルであると判断した場合はステップS110に進む。
(k)図8のステップS301において、序列化N-1番目の露光装置の図2に示したウェハステージ32を傾斜させるようウェハステージ駆動部94を図1に示す露光装置制御手段326で制御し、序列化N-1番目の露光装置のコントラストを低下させる。コントラストは、序列化N番目の露光装置と光近接効果が同レベルになるまで低下させる。ウェハステージ32の傾斜量は光強度シミュレーションで算出してもよいし、あらかじめ傾斜量を複数とり透光パターンの幅に対する間隔の比と、透光パターンの投影像の線幅との関係についてテーブルを作成しておき、そのテーブルから適切な値を算出するのでもよい。
(l)ステップS501からステップS503で、コントラストをステップS301で低下させた序列化N-1番目の露光装置の光近接効果判定用画像及び光近接効果判定区画を取得し、画像情報記憶装置336及び不均一性評価部304にそれぞれ伝達する。ステップS501からステップS503で光近接効果判定用画像及び光近接効果判定区画を取得する方法は、ステップS106, S107, S108の説明に記載した方法と同様であるので説明は省略する。
(m)ステップS110で序列化N-1番目の露光装置の図2に示したウェハステージ32の傾斜量をウェハ用レーザ干渉計95を用いて図1に示す露光装置制御手段326は取得し、これを補正情報記憶装置337に保存する。また光近接効果判定区画をステップS108あるいはステップS503で抽出した際の焦点及び露光量条件についても補正情報記憶装置337に保存する。
(n)ステップS402でカウンタ部303は変数Nの値から1を減じ、この値を変数Nに再定義する。
(o)ステップS202でカウンタ部303は変数Nに定義されている値が1であるか否かを判断する。変数Nに定義されている値が1でない場合はステップS108に戻る。定義されている値が1である場合は全ての縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれの光近接効果が同レベルに補正されたことを意味するので、露光装置補正を終了する。
以上の方法により、縮小投影露光装置3a〜3n全ての光近接効果を同レベルに揃えることが可能となる。従来においては、個々の縮小投影露光装置の光近接効果を同レベルに補正する方法がなかった。そのため、複数の縮小投影露光装置のそれぞれに同一のレチクルを配置しても、露光した縮小投影露光装置によってレチクルの投影像の線幅がそれぞれ異なるものとなっていた。このため、製造される半導体装置が不均一になるという問題があった。しかし、本発明の第1の実施の形態によれば、複数の縮小投影露光装置のそれぞれの光近接効果を同レベルに揃えることが可能となる。またステップS110で光近接効果を同レベルに揃えるための露光条件を保存しているので、一度上記方法で補正すれば、複数の縮小投影露光装置で均一な半導体装置を製造することがいつでも可能となる。なお、許容範囲記憶装置339に保存される有意水準としては3%〜7%が望ましい。7%より大では製造される個々の半導体装置の性能が不均一になるおそれが生じ、また3%未満では個々の半導体装置の性能の不均一性に問題が生じる可能性が低いにも関わらず、補正時間が増大するおそれがあるからである。
（第2の実施の形態）
図1に示した露光装置補正システムを利用した本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置製造方法を図11に示すフローチャートを用いて説明する。なお第2の実施の形態においては、図1に示した設計値記憶装置340には半導体回路パターンの設計値が保存されている。露光装置補正システムのその他の構成は第1の実施の形態と同じであるので説明は省略する。
(a)まず図11のステップS101〜S104で図1に示す縮小投影露光装置3a〜3nをコントラストで序列化し、それぞれを序列化N番目の露光装置(N=1, 2, 3, ・・・・・, n)と定義する。序列化する方法は図8のステップS101〜S104と同じであるので説明は省略する。
(b)次にステップS705で図1に示す縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれに光近接効果検査用ウェハ、半導体回路パターンを有する半導体回路パターンレチクルそれぞれを配置する。ここで検査用ウェハは全て基板、レジスト等の材料、膜厚が等しいものを準備する。
(c)ステップS706, S707, S401については、縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれで各ウェハ表面の露光区画6AA〜6CCのそれぞれに半導体回路パターンレチクルを縮小投影露光する以外は図8のステップS106, S107, S401と同じであるので説明は省略する。
(d)図11のステップS708で図1に示す判断区画抽出部325は、画像情報記憶装置336に保存されている序列化N番目の露光装置の光近接効果判定用画像を分析し、表面形状等から図5に示す焦点条件F1, F2, F3のいずれかを最適焦点条件と判定する。さらに、最適焦点条件下、照射線量条件D1, D2, D3のそれぞれで露光された露光区画の画像と図1に示す設計値記憶装置340に保存されている半導体回路パターンレチクルの半導体回路パターンの設計値を比較し、半導体回路パターンの投影像の寸法が最も設計値に近い露光区画を光近接効果判定区画として抽出し、不均一性評価部304に伝達する。序列化N-1番目の露光装置についても同様に光近接効果判定区画を抽出し、不均一性評価部304に伝達する。
(e)ステップS201で、不均一性評価部304は序列化N番目の露光装置及び序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの光近接効果判定区画から、半導体回路パターンの投影像の寸法の実測値を取得し、それぞれの実測値を母集団とする序列化N番目の露光装置及び序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの線幅情報群を定義する。次に線幅情報群をもとに序列化N番目の露光装置と序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの光近接効果が同レベルにあるか否かを判断する。同レベルにないと判断した場合、序列化N-1番目の露光装置の光近接効果判定区画の情報を内部から消去しステップS301に進む。他方、序列化N番目の露光装置と序列化N-1番目の露光装置のそれぞれの光近接効果が同レベルであると判断した場合はステップS710に進む。
(f)図11のステップS301, S801, S802, S803においては、図8のステップS301, S501, S502, S503と同様の方法で序列化N-1番目の露光装置のコントラストを低下させ、コントラスト低下後の序列化N-1番目の露光装置の光近接効果判定区画及び光近接効果判定区画を取得しているので説明は省略する。
(g)ステップS710で序列化N-1番目の露光装置の図2に示したウェハステージ32の傾斜量をウェハ用レーザ干渉計95を用いて図1に示す露光装置制御手段326は取得し、これを補正情報記憶装置337に保存する。また光近接効果判定区画をステップS708あるいはステップS803で抽出した際の焦点及び露光量条件についても補正情報記憶装置337に保存する。
(h)ステップS402でカウンタ部303は変数Nの値から1を減じ、この値を変数Nに再定義する。
(i)ステップS202でカウンタ部303は変数Nに定義されている値が1であるか否かを判断する。変数Nに定義されている値が1でない場合はステップS708に戻り、定義されている値が1である場合はステップS900に進む。
(j)ステップS900に進んだ段階で図1の縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれの光近接効果は、序列化N番目の露光装置の光近接効果と同レベルに補正されている。よって、ステップS708で得られた序列化N番目の露光装置の光近接効果判定区画の画像情報をもとに半導体回路パターンをシミュレーション等で光近接効果補正し、修正回路パターンを算出する。
(k)ステップS900で算出された修正回路パターンを有する修正回路パターンレチクルをステップS901で製造する。
(l)製造された修正回路パターンレチクルと製造用ウェハをステップS902で縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれに配置する。露光装置制御手段326は補正情報記憶装置337に保存されている補正情報をもとに縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれのウェハステージ32を傾斜させる。さらに補正情報記憶装置337に保存されている縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれの焦点及び露光量の最適条件を読み出し、最適条件下で縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれに修正回路パターンレチクルを製造用ウェハ上に露光させて終了する。
以上の方法により、複数の縮小投影露光装置3a〜3nで均一な半導体装置を製造することが可能となる。従来においては、個々の縮小投影露光装置の光近接効果が不均一であったため、同一の半導体装置を製造する場合でも個々の縮小投影露光装置に合わせて光近接効果補正をしたレチクルを複数枚用意する必要があった。そのため、複数の異なる光近接効果補正シミュレーションをするためにシミュレーション時間が長期化し、また複数のそれぞれ異なる光近接補正されたレチクルを用意する必要があったことからレチクルコストの上昇を伴うなどの問題があった。これに対して本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置製造方法によれば、複数の縮小投影露光装置のそれぞれの光近接効果を同レベルに揃えるので、複数の異なる光近接効果補正シミュレーションをする必要がなく、1種類の光近接効果補正されたレチクルのみを用意すればよい。そのため、光近接効果補正シミュレーション時間の短縮や、複数の異なる光近接効果補正されたレチクルを製造するために必要な製造コストの削減が可能となる。また、1種類の光近接効果補正されたレチクルを複数の縮小投影露光装置のそれぞれに配置しても投影像はそれぞれ均一となり、しかも光近接効果補正をされていることから、安定した半導体装置製造工程の実現が可能となる。このため半導体装置の生産ロット数を緊急に増加する要請等があった場合でも、迅速に対応することが可能となる。
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。例えば第1の実施の形態では、図1に示したコントラスト判断手段323は挿入整列法により縮小投影露光装置3a〜3nを序列化しているが、シェルソート法、マージソート法等によっても序列化できることは勿論である。
また図8のステップS106で使用される光近接効果検査用レチクルの検査パターンも図4に示したパターンに限られず、光近接効果を検査できる限りにおいて円形の透光パターン等、様々な形状が考え得る。
図8及び図11のステップS301においても、図2に示したウェハステージ32のウェハ用Z傾斜ステージ92を傾斜させ序列化N-1番目の露光装置のコントラストを低下させているが、レチクルステージ駆動部97でレチクル用可動軸83a, 83bを駆動することによりレチクル用Z傾斜ステージ82を傾斜させ序列化N-1番目の露光装置のコントラストを低下させることも可能である。あるいは、投影光学系42の焦点をずらすことにより序列化N-1番目の露光装置のコントラストを低下させてもよい。
また、図12に示すスリット45a, 45b, 45c, 45dそれぞれを有する第1のスリット板44を図1に示した縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれの図2に示したスリットホルダ54に配置してから図8に示したステップS106の露光を行い、さらにステップS301で序列化N-1番目の露光装置に配置されていた第1のスリット板44を図13に示すスリット46a, 46bそれぞれを有する第2のスリット板144あるいは図14に示すスリット47を有する第3のスリット板244に交換することでもコントラストを補正することが可能である。ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光においては、複数のスリットを通して露光する場合と比較して、単一のスリットを通して露光した方が焦点深度が低下する傾向があるからである。よって、図8のステップS201での検定結果に応じて第1のスリット板44とは異なる数のスリットを有する第2のスリット板144あるいは第3のスリット板244のいずれかを選択し、序列化N-1番目の露光装置の図2に示したスリットホルダ54に配置することでコントラストを低下させてもよい。なお、コントラスト補正に用いるという目的においてスリット板のスリットの形状、数等は図12〜図14に示した第1のスリット板44、第2のスリット板144及び第3のスリット板244に限定されないのは勿論であり、縮小投影露光装置3a〜3nの装置数等にあわせて複数の互いに異なるパターンを有するスリット板を用意しておくのが望ましい。
また他の実施の形態としては、図15に示す開口36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, 36h, 36i, 36j, 36k, 36l, 36m, 36n, 36o, 36pそれぞれを有する開口絞り34を図1に示した縮小投影露光装置3a〜3nのそれぞれの図2に示した開口絞りホルダ58に配置してから図8に示したステップS106の露光を行い、さらにステップS301で序列化N-1番目の露光装置に配置されていた開口絞り34を図16に示す開口37a, 37b, 37c, 37d, 37e, 37fそれぞれを有する開口絞り134あるいは図17に示す開口38を有する開口絞り234に交換することでもコントラストを補正することが可能である。ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光においては、照明光源41から発せられる光の周辺部のみで露光する場合と比較して、光面内の強度分布が中央付近で強くなるよう露光する方が焦点深度が低下する傾向があるからである。よって、図8のステップS201での検定結果に応じて開口絞り134, 234のいずれかを選択し、序列化N-1番目の露光装置の図2に示した開口絞りホルダ58に配置することでコントラストを低下させてもよい。なお、コントラスト補正に用いるという目的において開口絞りの開口の形状、数等は図15〜図17に示した開口絞り34, 134, 234に限定されないのは勿論であり、縮小投影露光装置3a〜3nの装置数等にあわせて複数の互いに異なるパターンを有する開口絞りを用意しておくのが望ましい。
以上示したように、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の第1の実施の形態に係る露光補正システムを示すブロック図である。 本発明の第1の実施の形態に係る縮小投影露光装置を示す模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係るコントラスト検査用レチクルの平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る光近接効果検査用レチクルの平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係るウェハ上の露光区画を示す模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係る光近接効果検査用レチクルの投影像の平面図である（その1）。 本発明の第1の実施の形態に係る光近接効果検査用レチクルの投影像の平面図である（その2）。 本発明の第1の実施の形態に係る露光装置補正方法を示すフローチャート図である。 本発明の第1の実施の形態に係る光近接効果検査結果を示すグラフである（その1）。 本発明の第1の実施の形態に係る光近接効果検査結果を示すグラフである（その2）。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置製造方法を示すフローチャート図である。 本発明のその他の実施の形態に係るスリット板の平面図である（その1）。 本発明のその他の実施の形態に係るスリット板の平面図である（その2）。 本発明のその他の実施の形態に係るスリット板の平面図である（その3）。 本発明のその他の実施の形態に係る開口絞りの平面図である（その1）。 本発明のその他の実施の形態に係る開口絞りの平面図である（その2）。 本発明のその他の実施の形態に係る開口絞りの平面図である（その3）。
符号の説明
3, 3a, 3b, 3c, ・・・・・, 3n…縮小投影露光装置
5…コントラスト検査用レチクル
6AA, 6AB, 6AC, 6BA, 6BB, 6BC, 6CA, 6CB, 6CC…露光区画
15…レチクルステージ
25…光近接効果検査用レチクル
32…ウェハステージ
34, 134, 234…開口絞り
36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, 36h, 36i, 36j, 36k, 36l, 36m, 36n, 36o, 36p, 37a, 37b, 37c, 37d, 37e, 37f, 38…開口
41…照明光源
42…投影光学系
43…集光光学系
44…第1のスリット板
144…第2のスリット板
244…第3のスリット板
45a, 45b, 45c, 45d, 46a, 46b, 47…スリット
50…マスク基板
54…スリットホルダ
55…遮光膜
58…開口絞りホルダ
60…第1のコントラスト判定パターン
61…第2のコントラスト判定パターン
62…第3のコントラスト判定パターン
66a, 66b, 66c, 66d, 66e, 66f, 67a, 67b, 67c, 67d, 67e, 67f, 68a, 68b, 68c, 68d, 68e, 68f, 69a, 69b, 69c, 69d, 69e, 70a, 70b, 70c, 70d, 71a, 71b, 71c, 71d, 72a, 72b, 72c, 72d, 73a, 73b, 73c, 74a, 74b, 74c, 75a, 75b…透光パターン
80a, 80b…レジスト膜
81…レチクル用XYステージ
82…レチクル用Z傾斜ステージ
83a, 83b …レチクル用可動軸
91…ウェハ用XYステージ
92…ウェハ用Z傾斜ステージ
93a, 93b…ウェハ用可動軸
94…ウェハステージ駆動部
95…ウェハ用レーザ干渉計
96…ウェハ用移動鏡
97…レチクルステージ駆動部
98…レチクル用移動鏡
99…レチクル用レーザ干渉計
160a, 160b…第1の投影像
161a, 161b…第2の投影像
162a, 162b…第3の投影像
166…第1の光近接効果検査パターン
167…第2の光近接効果検査パターン
168…第3の光近接効果検査パターン
169…第4の光近接効果検査パターン
170…第5の光近接効果検査パターン
171…第6の光近接効果検査パターン
172…第7の光近接効果検査パターン
173…第8の光近接効果検査パターン
174…第9の光近接効果検査パターン
175…第10の光近接効果検査パターン
300…CPU
303…カウンタ部
304…不均一性評価部
312…入力装置
313…出力装置
315…光近接効果評価手段
323…コントラスト判断手段
325…判断区画抽出部
326…露光装置制御手段
330…プログラム記憶装置
331…データ記憶装置
332…顕微鏡装置
336…画像情報記憶装置
337…補正情報記憶装置
338…露光条件記憶装置
339…許容範囲記憶装置
340…設計値記憶装置

Claims (12)

  1. 複数の露光装置でそれぞれ露光されたレチクル投影像の画像を保存する画像情報記憶装置と、
    前記レチクル投影像の画像を分析し、前記複数の露光装置をコントラストの良否で序列化するコントラスト判断手段と、
    前記レチクル投影像の画像を分析し、前記複数の露光装置の光近接効果が同レベルであるか否かを判断する不均一性評価部と、
    前記複数の露光装置の全ての光近接効果が、前記序列化により最もコントラストが悪いと判断された露光装置の光近接効果と同レベルになるよう、前記複数の露光装置のコントラストを補正する露光装置制御手段
    とを備えることを特徴とする露光装置補正システム。
  2. 前記露光装置制御手段による補正条件を保存する補正情報記憶装置を更に備えることを特徴とする請求項１記載の露光装置補正システム。
  3. 前記不均一性評価部に与える有意水準を保存する許容範囲記憶装置を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置補正システム。
  4. 基準パターン及び該基準パターンと寸法の異なる比較パターンを有するコントラスト検査用レチクルを、前記基準パターンの投影像の寸法が互いに等しくなる露光条件下で複数の露光装置により露光するステップと、
    前記コントラスト検査用レチクルの投影像を分析し、前記複数の露光装置をコントラストの良否で序列化するステップと、
    互いに合同である複数の透光パターンが互いに第1の間隔をおいて平行に設けられている第1の光近接効果検査パターンと、前記複数の透光パターンが前記第1の間隔よりも長い第2の間隔をおいて互いに平行に設けられている第2の光近接効果検査パターンを有する光近接効果検査用レチクルを、前記複数の露光装置で露光するステップと、
    前記光近接効果検査用レチクルの投影像を分析し、前記複数の露光装置の光近接効果が同レベルであるか否か判断するステップと、
    前記複数の露光装置全ての光近接効果が、前記序列化により最もコントラストが悪いと判断された露光装置の光近接効果と同レベルになるよう、前記複数の露光装置のコントラストを補正するステップ
    とを含むことを特徴とする露光装置補正方法。
  5. 前記序列化するステップは、前記比較パターンの投影像の寸法を比較し、前記比較パターンの投影像の寸法が大きい方をコントラストが良い露光装置と判断する手順を含むことを特徴とする請求項４記載の露光装置補正方法。
  6. 前記光近接効果が同レベルであるか否か判断するステップは、
    前記複数の露光装置で露光された前記複数の透光パターンの投影像の寸法を取得する手順と、
    前記複数の透光パターンの投影像の寸法を比較する手順
    とを含むことを特徴とする請求項４又は５記載の露光装置補正方法。
  7. 前記コントラストを補正するステップは、前記複数の露光装置のウェハステージを傾斜させる手順を含むことを特徴とする請求項４乃至６いずれか１項に記載の露光装置補正方法。
  8. 前記コントラストを補正するステップは、前記複数の露光装置のレチクルステージを傾斜させる手順を含むことを特徴とする請求項４乃至６いずれか１項に記載の露光装置補正方法。
  9. 前記コントラストを補正するステップは、前記複数の露光装置の投影光学系の焦点をずらす手順を含むことを特徴とする請求項４乃至６いずれか１項に記載の露光装置補正方法。
  10. 前記コントラストを補正するステップは、前記複数の露光装置に配置されたスリットを有する第1のスリット板を、前記第1のスリット板とは互いに異なる数の前記スリットを有する第2のスリット板に交換する手順を含むことを特徴とする請求項４乃至６いずれか１項に記載の露光装置補正方法。
  11. 前記コントラストを補正するステップは、前記複数の露光装置の照明光源の開口絞りを、光面内の強度分布が中央付近で強くなるよう補正する手順を含むことを特徴とする請求項４乃至６いずれか１項に記載の露光装置補正方法。
  12. 基準パターン及び該基準パターンと寸法の異なる比較パターンを有するコントラスト検査用レチクルを、前記基準パターンの投影像の寸法が互いに等しくなる露光条件下で複数の露光装置によりコントラスト検査用ウェハに露光するステップと、
    前記コントラスト検査用レチクルの投影像を分析し、前記複数の露光装置をコントラストの良否で序列化するステップと、
    半導体回路パターンを有する半導体回路パターンレチクルを、前記複数の露光装置で光近接効果検査用ウェハに露光するステップと、
    前記半導体回路パターンレチクルの投影像を分析し、前記複数の露光装置の光近接効果が同レベルであるか否か判断するステップと、
    前記複数の露光装置全ての光近接効果が、前記序列化により最もコントラストが悪いと判断された露光装置の光近接効果と同レベルになるよう、前記複数の露光装置のコントラストを補正するステップと、
    前記同レベルにされた光近接効果にあわせて前記半導体回路パターンを光近接効果補正し、修正回路パターンを算出するステップと、
    前記複数の露光装置で前記修正回路パターンを有する修正回路パターンレチクルを製造用ウェハ表面に露光するステップ
    とを含むことを特徴とする半導体装置製造方法。
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