JP2006024852A - レーザ装置の指令値調整方法及び露光情報記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
エキシマレーザ装置の発振動作正常・異常に関わらず、半導体ウェーハの露光異常の原因を早期に且つ容易に発見し、以後の露光処理での露光異常を回避する。
【解決手段】
ある指令値が設定されて動作するレーザ装置を用いて半導体ウェーハの露光を行う際に、半導体ウェーハを特定する情報、例えばロット番号の情報、及びその半導体ウェーハ上の露光位置を特定する情報、例えば集積回路チップ位置の情報、と、その露光位置をレーザ光で露光した時のレーザ装置の動作情報、例えばパルス毎の出力光エネルギーやパルス毎の発振中心波長やパルス毎の線幅の情報等と、を関連付けて記憶する。露光後に半導体ウェーハ上の集積回路チップを検査し、パターン不良が発見された場合は、記憶した情報の中から不良が発見された半導体ウェーハのロット番号の情報及び集積回路チップ位置の情報に対応するパルス毎の動作情報を取得する。そしてこれらの動作情報に基づいて集積回路チップにパターン不良が生じないようにレーザ装置の指令値を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェーハの露光結果に基づいてレーザ装置の指令値を調整するレーザ装置の指令値調整方法に関し、また半導体ウェーハ及びその半導体ウェーハの露光位置を特定するウェーハ情報と、その露光位置をレーザ光で露光した時のレーザ装置の動作情報と、を記憶する露光情報記憶装置に関する。

半導体ウェーハの露光光源にはエキシマレーザが用いられる。エキシマレーザとしては狭帯域ＫｒＦエキシマレーザや狭帯域ＡｒＦエキシマレーザが実用化されている。この狭帯域というのは、出力されるレーザ光のスペクトルの純度（以下、線幅という）を向上させることをいい、例えば図９で示されるように、グレーティングとプリズムビームエキスパンダの組み合わせによって達成される。図９の構成によれば、特定の発振中心波長を有する狭い線幅の出力光が得られる。線幅には、スペクトル内エネルギーの９５％が存在するスペクトルの幅のことをいうＥ９５や、スペクトルピークパワーの半分のパワーにおけるスペクトルの幅のことをいうＦＷＨＭ（半値幅）がある。

ここで図９を用いて狭帯域エキシマレーザの構成を簡単に説明する。レーザチャンバ９１の両側（図面左右）にはＣａＦ2のウィンドウ９２、９３が設けられる。ウィンドウ９２側の光軸上には一以上（図９では一つ）のプリズム９４とグレーティング９５が設けられる。プリズム９４はレーザチャンバ９１から出射された光を特定方向に拡大する機能を有する。グレーティング９５は回折面に入射した光をその波長に応じた方向に反射する機能を有する。言い換えると、グレーティング９５は特定狭帯域内の波長の光を特定方向に反射する。こうした構成によれば、レーザチャンバ９１から出射された光のうち特定狭帯域内の波長の光のみが再びレーザチャンバ９１側に戻るため、プリズム９４及びグレーティング９５を狭帯域化素子といい、狭帯域化素子をユニット化したものを狭帯域化モジュール９６という。ウィンドウ９３側の光軸上にはフロントミラー９７を内蔵するモニタボックス９８が設けられる。

ＫｒＦエキシマレーザは、レーザチャンバ９１内に、対向する一対の放電電極９９（アノード、カソード）を備え且つ０．１％程度のＦ2ガス（ハロゲンガス）と１〜２％程度のＫｒガス（希ガス）と残りのＮｅガス（バッファガス）からなる混合ガス（レーザガス）を封入する。一対の放電電極９９間に高電圧が印加されると放電が生じ、この放電のエネルギーで混合ガスが励起され、中心波長がおよそ２４８ｎｍである紫外光が出力される。ＡｒＦエキシマレーザは、希ガスがＫｒでなくＡｒである点と、紫外光の中心波長が１９３ｎｍである点を除き、ＫｒＦエキシマレーザと同様である。

エキシマレーザは、出力光のパルスエネルギー（以下、出力光エネルギーという）や発振中心波長や線幅を所望の変動許容範囲内に収めるために、電源電圧やガス組成やガス全圧等といった運転パラメータが調整される。これらの運転パラメータには所定の指令値が設定される。下記特許文献１には、電源電圧やガス組成やガス全圧の調整に関する技術が開示されている。

ところで、エキシマレーザの運転の際に出力光エネルギーが変動することがある。エキシマレーザの出力光エネルギー変動の要因は複数ある。その一例としてはハロゲンガスの減少があげられる。レーザ発振が継続されると主にハロゲンガスが消費されためハロゲンガスが減少する。すると出力光エネルギーが次第に低下する。出力光エネルギーの低下を補償するためには通常は高圧電源の出力が上げられる。しかしハロゲンガスの減少がある段階まで進行すると、高圧電源の出力調整だけでは出力光エネルギーの低下を補償できなくなる。そこで、レーザチャンバ内にハロゲンガスが注入されるのであるが、その注入初期では出力光エネルギーが大きく変動して変動許容範囲を大きく超えるといった異常が発生することがある。

半導体ウェーハにはこのような異常に起因して、例えば半導体ウェーハ上の集積回路チップのパターンが不良となるといった不具合が生ずることがある。こうした不具合の対応が何らなされないと、半導体ウェーハに不具合が生じたとしてもその原因を究明することができない。したがって何度も同じ不具合が生じたり、原因を究明するのに長時間を要したりといった問題が発生し、結果として生産性の悪化といった問題に発展する。

下記特許文献２には不具合の対応に関する技術が開示されている。特許文献２は、レーザ光を光センサで検出し、レーザの動作状態を示す動作データが正常か異常かを判断し、正常である場合には所定時間毎に動作データの平均データをメモリに記憶し、異常である場合には動作データそのものをメモリに記憶するものである。動作データとしては出力光エネルギーデータの他に発振中心波長や線幅のデータが考えられる。この技術によれば、エキシマレーザの出力光エネルギー変動によって半導体ウェーハに不具合が生じた場合には、メモリからデータに記憶された動作データを読み出し、その動作データを用いて原因を究明することができる。
特許第３１６５１１６号公報 特公平７−１４０９０号公報

特許文献１の目的は、半導体ウェーハの不具合はエキシマレーザの発振動作異常によって発生するものとし、その異常の原因を究明することである。この“エキシマレーザの発振動作異常”とは、エキシマレーザが指令値どおりに動作しないことを意味し、例えばある電源電圧指令値によって期待していた出力光エネルギーが実際には得られず、出力光エネルギーレベルの変動許容範囲を超えて過大又は過小となることをいう。逆に“エキシマレーザの発振動作正常”とは、エキシマレーザが指令値どおりに動作することを意味し、例えばある電源電圧指令値によって期待していた出力光エネルギーが得られることをいう。指令値の範囲は、半導体露光に用いるレチクルの種類や半導体ウェーハへ塗布する露光用薬液の光感度等様々な条件を考慮して定められる。

しかしエキシマレーザの発振動作正常であっても半導体ウェーハの不具合が生ずる場合がある。その原因として可能性のあるものは、“露光装置の異常”、“コータの異常”、“指令値が妥当でないこと”等である。“露光装置の異常”とはレンズ系の劣化等のことをいい、“コータの異常”とは露光処理前の半導体ウェーハへの薬液塗布の処理作業ミス等のことをいう。

“指令値が妥当でないこと”について発振光の線幅Δλを例にして説明する。
発振光の線幅Δλの変動許容範囲が、
ΔλL≦Δλ≦ΔλH（以下、スペック１という）
と定められ、このスペック１でレーザ発振が行われるように各指令値が設定されたが、本来は、発振光の線幅Δλの変動許容範囲が、
ΔλL≦Δλ≦ΔλHr（ΔλHr＜ΔλH）（以下、スペック２という）
と定められ、このスペック２でレーザ発振が行われるように各指令値が設定されるべきであった場合を想定する。この場合は発振光の線幅Δλがスペック１内であっても、スペック２を超えた時に、半導体ウェーハ上の集積回路チップのパターンが不良となる。

ところがエキシマレーザ自体は定められたスペック１内で動作しているため、線幅モニタから発振動作異常信号は出力されない。つまりシステム全体では、このような状態をエキシマレーザの発振動作異常と考えない。このような場合に特許文献１の技術ではエキシマレーザの発振動作正常と判断され、動作データの平均しかメモリには記憶されない。しかも線幅がΔλHrを超えるタイミングはランダムであるため、異常が生じた集積回路チップのロット番号等を手がかりにしても、その集積回路チップを露光した時の発振光の線幅の値を探ることはできない。こうしたことからエキシマレーザの発振動作正常であっても半導体ウェーハの不具合が生じた場合に不具合の原因を特定することが困難であるといえる。

以上の事柄は線幅だけでなく、出力光エネルギーや発振中心波長の変動許容範囲についても同様である。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、エキシマレーザ装置の発振動作正常・異常に関わらず、半導体ウェーハの露光異常の原因を早期に且つ容易に発見し、以後の露光処理での露光異常を回避することを解決課題とするものである。

第１発明は、
半導体ウェーハの露光光源としてレーザ装置を用い、そのレーザ装置に設定される指令値を調整するレーザ装置の指令値調整方法において、
半導体ウェーハ及びその半導体ウェーハの露光位置を特定するウェーハ情報と、その露光位置をレーザ光で露光した時のレーザ装置の動作情報と、を関連付けて記憶する露光情報記憶工程と、
露光後に半導体ウェーハの露光位置を検査する露光位置検査工程と、
検査の結果、所定条件に該当した半導体ウェーハの露光位置に関して、前記ウェーハ情報を用いて対応する前記動作情報を取得する動作情報取得工程と、
取得した前記動作情報に基づいて指令値を調整する指令値調整工程と、を含むこと
を特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
前記動作情報は、レーザ装置のパルス毎の出力光エネルギーか、パルス毎の発振中心波長か、パルス毎の線幅、レーザ光のビームプロファイルの何れかを示す情報を含むこと
を特徴とする。

前記線幅とは、例えばスペクトル内エネルギーの９５％が存在するスペクトルの幅のことをいうＥ９５や、スペクトルピークパワーの半分のパワーにおけるスペクトルの幅のことをいうＦＷＨＭ等を意味する。

第１、第２発明では、ある指令値が設定されて動作するレーザ装置を用いて半導体ウェーハの露光を行う際に、半導体ウェーハを特定する情報、例えばロット番号の情報、及びその半導体ウェーハ上の露光位置を特定する情報、例えば集積回路チップ位置の情報、と、その露光位置をレーザ光で露光した時のレーザ装置の動作情報、例えばパルス毎の出力光エネルギーやパルス毎の発振中心波長やパルス毎の線幅やレーザ光のビームプロファイルの情報等と、を関連付けて記憶する。

露光後に半導体ウェーハ上の集積回路チップを検査し、パターン不良が発見された場合は、記憶した情報の中から不良が発見された半導体ウェーハのロット番号の情報及び集積回路チップ位置の情報に対応するパルス毎の動作情報を取得する。そしてこれらの動作情報に基づいて集積回路チップにパターン不良が生じないようにレーザ装置の指令値を調整する。

第３発明は、
半導体ウェーハの露光に関する情報を記憶する露光情報記憶装置において、
半導体ウェーハ及びその半導体ウェーハの露光位置を特定するウェーハ情報と、その露光位置をレーザ光で露光した時のレーザ装置の動作情報と、を関連付けて記憶すること
を特徴とする。
第３発明は第１発明の露光情報記憶工程で記憶されるべき情報を記憶する装置である。

本発明によれば、エキシマレーザ装置の発振動作正常・異常に関わらず、半導体ウェーハを特定する情報及びその半導体ウェーハ上の露光位置を特定する情報が判れば、その位置を露光した時の動作情報を取得することができる。この情報を用いて以後の露光処理では露光異常に対しては、予め指令値を変更するなどの方法によって対応することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の処理の流れを示す図である。
まず同図１を参照して本実施形態の概略を説明する。

半導体ウェーハの露光プロセスは管理装置１で管理される。半導体ウェーハは、コータ１１によって露光用薬液を塗布され（レジスト塗布工程１０）、エキシマレーザ装置２１を光源とする露光装置２２によって予め設定された露光位置（集積回路チップ位置、以下、ＩＣチップ位置という）を露光され（露光工程２０）、デベロッパ３１によって現像される（現像工程３０）。そして検査装置４１によって露光位置に不具合、例えばパターン不良、があるかを検査される（検査工程４０）。

露光工程２０では、半導体ウェーハの露光毎に所定データが生成される。所定データとは、半導体ウェーハそのものを特定するデータ及びその半導体ウェーハの露光位置を特定するウェーハデータと、その時のエキシマレーザ装置２１の動作データと、を関連付けた露光データであって、エキシマレーザ装置２１や露光装置２２で生成される。生成された露光データは記憶装置５１で記憶される（露光データ記憶工程５０）。また検査工程４０では、ウェーハデータと検査結果を関連付けた検査データが生成される。露光データ及び検査データの詳細については後述する。

検査データのうち、所定条件外の検査結果を有するものがある場合は、その検査データが有するウェーハデータと同一のウェーハデータを有する露光データが記憶装置５１から取得される（露光データ取得工程６０）。そして取得された露光データが有する動作データに基づいてエキシマレーザ装置２１の指令値がフィードバック制御される（指令値調整工程７０）。

本実施形態ではエキシマレーザ装置２１と外部の記憶装置５１とが個々に設けられている。外部の記憶装置５１が設けられているのは、エキシマレーザ装置２１が有する内部メモリの容量には制限があり、全ての露光データを記憶できないためである。全ての露光データを記憶するためには、外部に大容量の記憶装置５１を設けることが望ましい。エキシマレーザ装置２１と記憶装置５１は高速通信手段で接続される。なお記憶装置５１はエキシマレーザ装置２１または露光装置２２に備えられていてもよい。

また本実施形態の検査工程４０では検査装置４１で検査が行われるが、検査装置４１を用いずに作業者によって検査が行われてもよい。

［露光データ及び検査データについて］
次に露光データ及び検査データに関する三つの実施例（第１〜第３実施例）を説明する。

（１．第１実施例）
図２は露光データ及び検査データの生成と両データを関連付ける第１の方法を模式化して示す図である。
管理装置１は半導体ウェーハの露光処理をロット単位で管理し、一つの半導体ウェーハが露光される度にウェーハロット番号を露光装置２２に送信する。ここでいうウェーハロット番号には、ロット単位の番号とそのロット内で半導体ウェーハに個別に割り当てられたウェーハ番号とを含むものとする。以下の各具体例でも同様であるとする。

露光装置２２は一つのＩＣチップ位置を露光する度にチップ番号をカウントし、チップ番号と先のウェーハロット番号とを関連付けたウェーハデータを生成しエキシマレーザ装置２１に送信する。一つの半導体ウェーハの露光が終了し新たな半導体ウェーハが露光対象となると、チップ番号は初期化され新たにカウントされる。

エキシマレーザ装置２２は一つのＩＣチップ位置に対して複数のパルス発振を行っており、一パルス毎にパルス番号をカウントし、また出力光エネルギーや発振中心波長や線幅やレーザ光のビームプロファイルといった動作データを測定する。そして一パルス毎に動作データと先のウェーハデータとを関連付けた露光データを生成し記憶装置５１に送信する。

記憶装置５１はウェーハロット番号、チップ番号、パルス番号、出力光エネルギー、発振中心波長、線幅からなる露光データを記憶する。つまり図３で示されるように、一つの半導体ウェーハの一つのＩＣチップ位置に対しては、パルス毎の出力光エネルギーや発振中心波長や線幅やレーザ光のビームプロファイル（図示せず）が記憶される。これらのデータの他に、エキシマレーザ装置２２で測定されるパルス毎の他のデータが記憶されるようにしてもよい。

一方検査装置４１は一つの半導体ウェーハの一つのＩＣチップ位置毎に検査を行い、ウェーハロット番号とチップ番号からなるウェーハデータと検査結果とを関連づけた検査データを生成し、内部メモリに記憶する。

露光後の検査によって半導体ウェーハのＩＣチップ位置に異常が発見された場合は、記憶装置５１に記憶された露光データが有するウェーハデータと、検査装置４１の内部メモリに記憶された検査データが有するウェーハデータとを用いて、検査データが有する検査結果と露光データが有する動作データとを関連付けることができる。こうすることで、露光後に異常が発見された半導体ウェーハのＩＣチップ位置に対応した動作データを取得することができる。

（２．第２実施例）
図４は露光データ及び検査データの生成と両データを関連付ける第２の方法を模式化して示す図である。
露光装置２２でなくエキシマレーザ装置２１がチップ番号をカウントすることを除いて、具体例１と同じである。

（３．第３実施例）
図５は露光データ及び検査データの生成と両データを関連付ける第３の方法を模式化して示す図である。
管理装置１は半導体ウェーハの露光処理をロット単位で管理し、また内部時計で一つの半導体ウェーハの露光開始時間を測定する。そして一つの半導体ウェーハが露光される度にウェーハロット番号と露光開始時間とを関連付けた第１ウェーハデータを生成し内部メモリに記憶する。

エキシマレーザ装置２２は一つのＩＣチップ位置に対して複数のパルス発振を行い、また内部時計で一つの半導体ウェーハの露光開始時間を測定する。そして一パルス毎に露光開始時間を測定し、また発振パターンや発振休止時間等に基づいてチップ番号をカウントし、またパルス番号をカウントし、また出力光エネルギーや発振中心波長や線幅やレーザ光のビームプロファイルといった動作データを測定する。そして一パルス毎に動作データと第２ウェーハデータとを関連付けた露光データを生成し記憶装置５１に送信する。ここでいう第２ウェーハデータは、露光開始時間とチップ番号からなる。エキシマレーザ装置２２の内部時計は管理装置１の内部時計と同期する。

記憶装置５１は露光開始時間、チップ番号、パルス番号、出力光エネルギー、発振中心波長、線幅、レーザ光のビームプロファイルからなる露光データを記憶する。これらのデータの他に、エキシマレーザ装置２２で測定されるパルス毎の他のデータが記憶されるようにしてもよい。

一方検査装置４１は一つの半導体ウェーハの一つのＩＣチップ位置毎に検査を行い、ウェーハロット番号とチップ番号からなるウェーハデータと検査結果とを関連づけた検査データを生成し、内部メモリに記憶する。

露光後の検査によって半導体ウェーハのＩＣチップ位置に異常が発見された場合は、管理装置１の内部メモリに記憶された第１ウェーハデータと、記憶装置５１に記憶された露光データが有する第２ウェーハデータと、検査装置４１の内部メモリに記憶された検査データが有するウェーハデータとを用いて、検査データが有する検査結果と露光データが有する動作データとを関連付けることができる。こうすることで、露光後に異常が発見された半導体ウェーハのＩＣチップ位置に対応した動作データを取得することができる。

［パラメータの制御方法について］
次にパラメータの制御に関する四つの実施例（第４〜第７実施例）を説明する。
狭帯域エキシマレーザに求められるスペックは、主にパルス毎の出力光エネルギー、発振中心波長、線幅、レーザ光のビームプロファイル等のパラメータが所定の変動許容範囲内に収まっていることである。

（１．第４実施例：出力光エネルギーの制御方法）
出力光エネルギーのスペックを達成するために制御されるエキシマレーザ指令値は、電源電圧値やレーザガスの組成やレーザガスの全圧である。電源電圧やレーザガスの組成やレーザガス全圧に関して、エキシマレーザ装置には、図６、図７で示されるような特性がある。

図６は電源電圧及びレーザガス全圧と出力光エネルギーとの関係を示す図である。
図６で示されるように、電源電圧Ｖと出力光エネルギーＥには正の相関があり、電源電圧Ｖが低い範囲では電源電圧Ｖの上昇率に伴う出力光エネルギーＥの上昇率は高く、電源電圧Ｖが高い範囲では電源電圧Ｖの上昇率に伴う出力光エネルギーＥの上昇率は低い。またレーザガス全圧Ｐtが高いほど出力光エネルギーＥは大きい。

図７はフッ素ガス分圧と出力光エネルギーとの関係を示す図である。
図７で示されるように、レーザガス中のフッ素ガスの分圧と出力光エネルギーＥには相関があり、ある範囲ではフッ素ガス分圧の上昇に伴い出力光エネルギーＥも上昇し、所定のフッ素ガス分圧で出力光エネルギーＥはピーク値になる。所定のフッ素ガス分圧以上の範囲ではフッ素ガス分圧の上昇に伴い出力光エネルギーＥは低下する。

図６、図７で示されるような特性を記憶しておけば、電源電圧Ｖ、レーザガス全圧、フッ素ガス分圧の少なくとも一つを制御して所望の出力光エネルギーＥを得ることができる。電源電圧の調整は印加電圧の調整によって実現される。レーザガス全圧の調整のうち、全圧の上昇は、希ガス（Ｋｒ又はＡｒ）及びバッファガス（Ｎｅ）からなる混合ガスをレーザチャンバ内に補給することで実現され、全圧の下降は、レーザガスの一部を排気することで実現される。フッ素ガス分圧の調整のうち、分圧の上昇は、フッ素ガスと、希ガス及びバッファガスからなる混合ガスをレーザチャンバ内に補給することで実現され、分圧の下降は、レーザガスの一部を排気し希ガス及びバッファガスからなる混合ガスを補給することで実現される。

（２．第５実施例：発振中心波長の制御方法）
発振中心波長のスペックを達成するために制御されるエキシマレーザ指令値は、波長選択素子の姿勢角度である。

図８は波長選択素子の角度調整機構の構成を示す図である。
狭帯域化モジュール８０には、二つのプリズム８１、８２と、全反射ミラー８３と、グレーティング８４が設けられる。全反射ミラー８３はプリズム８２からグレーティング８４へ及びグレーティング８４からプリズム８２へ光を案内する。全反射ミラー８３の背面には角度調整機構８５が設けられる。角度調整機構８５はステッピングモータ８６及びピエゾ素子８７からなる。ステッピングモータ８６及びピエゾ素子８７の動作はコントローラ８８で制御される。ステッピングモータ８６はパルス制御によって伸縮動作し、ピエゾ素子８７は電圧制御によって伸縮動作するアクチュエータである。ステッピングモータ８６及びピエゾ素子８７の伸縮動作によって全反射ミラー８３の姿勢角度は変化する。すると全反射ミラー８３の反射面に入射する光の入射角度が変化し、グレーティング８４に対する光の入射角度が変化する。よってグレーティング８４から全反射ミラー８３に反射する光の発振中心波長も変化する。このよう全反射ミラー８３の姿勢角度を調整すれば、選択する発振中心波長を調整することができる。

また全反射ミラー８３の姿勢角度を調整するのではなく、グレーティング８４の姿勢角度を調整しても反射する光の発振中心波長を変化させることができる。

（３．第６実施例：線幅の制御方法）
レーザチャンバ内のフッ素濃度が減少すると、Ｅ９５は狭くなる。この現象を利用して、フッ素濃度を制御することによりＥ９５を調整することができる。この場合は、フッ素濃度とＥ９５の相関を予め求めておき、この相関とＥ９５の測定結果とに基づいて、フッ素濃度の注入・排気を制御すればよい。フッ素濃度はフッ素濃度計で測定でき、またガス交換時のフッ素ガスの注入量とレーザガスの排気量を用いた演算によっても求めることができる。なお線幅の制御としては、Ｅ９５を調整するのではでなくＦＷＨＭを調整するようにしてもよい。

（４．第７実施例：ビームプロファイルの制御方法）
ビームプロファイルは、第１実施例で記載した出力光エネルギーと同様に電源電圧やレーザガスの組成やレーザガス全圧の変化に応じて変化する。ここでいうビームプロファイルとはビーム幅のことをいう。ビームプロファイルの制御は、例えば特許第２８１６８１３号公報で開示される技術によって実現可能である。

［指令値調整の形態］
次に記憶装置５１に記憶された露光データを利用して指令値を調整する六つの実施例（第８〜第１３実施例）に関して説明する。

（１．第８実施例：出力光エネルギー制御のための指令値調整１）
個々のパルス光のエネルギーレベル変動許容範囲は、
Ｅ−ΔＥ≦Ｅ≦Ｅ＋ΔＥ（電源電圧指令値＝Ｖ）
と定められ、実際の露光処理で測定された出力光エネルギーはこのスペックを超えることはなかったが、露光後の半導体ウェーハを検査したところ過剰露光部分が発見された場合を想定する。

この場合は、過剰露光が発見された半導体ウェーハのウェーハロット番号とチップ番号から、その半導体ウェーハを露光した時のエキシマレーザ装置２１の動作データ（出力光エネルギー）を記憶装置５１から取得する。

露光が妥当な場合の出力光エネルギーが
Ｅ−ΔＥ≦Ｅ≦Ｅ＋ΔＥh（ΔＥh＜ΔＥ）
であり、過剰露光であった場合の出力光エネルギーが
Ｅ＋ΔＥ＜Ｅ≦Ｅ＋ΔＥ
であることが判れば、個々のパルス光のエネルギーレベル変動許容範囲を
Ｅ−ΔＥ≦Ｅ≦Ｅ＋ΔＥh
へ変更すればよい。

パルス光のエネルギーレベル変動許容範囲上限をＥ＋ΔＥからＥ＋ΔＥhまで減少させることに伴い、
ΔＶ＝Ｖ×（ΔＥ−ΔＥh）／（２×Ｅ）
という式によってΔＶを計算する。

本実施例では、電源電圧指令値をＶ−ΔＶとするように指令値やアルゴリズムを変更する。さらに必要であれば、レーザガス全圧やレーザガスの組成も調整して妥当な電圧範囲内で必要な出力光エネルギーが得られるようにする。

出力光エネルギーがＥ＋ΔＥhを超えた時に露光されたＩＣチップ位置のパターンは過剰露光で不良となる。しかしエキシマレーザ装置２１自体は出力光エネルギー変動許容範囲内で動作しているため、出力光エネルギーモニタからはレーザ動作の異常を示す信号は出力されない。しかも出力光エネルギーがＥ＋ΔＥhを超えるタイミングはランダムであるため、半導体ウェーハに不具合を生じさせる出力光エネルギーレベルを特定することは難しい。

本実施例によれば、過剰露光時の出力光エネルギーの情報を取得することができるため、この情報を用いて以後の露光処理では過剰露光に対しては、予め指令値を変更するなどの方法によって対応することができる。

なお本実施例では過剰露光の場合を説明したが、過小露光の場合はパルス光のエネルギーレベル変動許容範囲の最小値を上昇させて、これに伴い電源電圧指令値を変更すればよい。

（２．第９実施例：出力光エネルギー制御のための指令値調整２）
この実施例では出力光エネルギーのスペックをパルス毎でなく、複数パルスの平均エネルギーで定める。

最初のパルスから順番に各パルスに対して１、２、３、…、Ｎという番号を付したとする。各パルスの出力光エネルギーをＥi（ｉ＝１、２、３、…、Ｎ）とする。平均エネルギーＥaviは下記（１）式で表される。
Ｅavi＝（Ｅi＋Ｅi+1＋Ｅi+2＋Ｅi+3＋…＋Ｅi+M-1）／Ｍ
（ｉ＝１、２、３、…、Ｎ） （１）
Ｍは平均を計算するためのパルス数であり、例えば５０である。上記（１）から判るように、Ｅav1は第１パルスから第Ｍパルスまでの平均エネルギーであり、Ｅav2は第２パルスから第Ｍ＋１パルスまでの平均エネルギーである。一般的にいえば、Ｅavnは第ｎパルスから第ｎ＋Ｍ−１パルスまでの平均エネルギーである。半導体露光技術分野では、このような平均値を移動平均という。スキャン型露光装置ではこの移動平均が演算される。

移動平均のエネルギーレベル変動許容範囲は、
Ｅav−ΔＥ≦Ｅav≦Ｅav＋ΔＥ（電源電圧指令値＝Ｖ）
と定められ、実際の露光処理で測定された出力光エネルギーはこのスペックを超えることはなかったが、露光後の半導体ウェーハを検査したところ過剰露光部分が発見された場合を想定する。

この場合は、過剰露光が発見された半導体ウェーハのウェーハロット番号とチップ番号から、その半導体ウェーハを露光した時のエキシマレーザ装置２１の動作データ（出力光エネルギー）を記憶装置５１から取得する。

露光が妥当な場合の出力光エネルギーが
Ｅav−ΔＥ≦Ｅav≦Ｅav＋ΔＥh（ΔＥh＜ΔＥav）
であり、過剰露光であった場合の出力光エネルギーが
Ｅav＋ΔＥ＜Ｅav≦Ｅav＋ΔＥ
であることが判れば、個々のパルス光のエネルギーレベル変動許容範囲を
Ｅav−ΔＥ≦Ｅ≦Ｅav＋ΔＥh
へ変更すればよい。

パルス光のエネルギーレベル変動許容範囲上限をＥ＋ΔＥからＥ＋ΔＥhまで減少させることに伴い、
ΔＶ＝Ｖ×（ΔＥ−ΔＥh）／（２×Ｅ）
という式によってΔＶを計算する。

本実施例では、電源電圧指令値をＶ−ΔＶとするように指令値やアルゴリズムを変更する。さらに必要であれば、レーザガス全圧やレーザガスの組成も調整して妥当な電圧範囲内で必要な出力光エネルギーが得られるようにする。

（３．第１０実施例：出力光エネルギー制御のための指令値調整３）
この実施例は第８、第９実施例の組み合わせである。半導体ウェーハの露光においては、各ＩＣチップ位置へ照射されたレーザ光の総光量をほぼ一定に維持する必要がある。そこで上述したようにスキャン型露光装置では移動平均が利用されるのであるが、移動平均がスペックを満たしていても、その移動平均を計算するときに各パルスの出力光エネルギーのばらつきは考慮されない。つまり、出力光エネルギーのばらつきが大きくても、平均すればスペックを満たす可能性がある。したがって本実施例では、各出力光エネルギーのばらつきと移動平均とを考慮して指令値やアルゴリズムを変更する。

（４．第１１実施例：発振中心波長制御のための指令値調整）
個々のパルス光の発振中心波長変動許容範囲は、
λc−Δλ≦λc≦λc＋Δλ
と定められ、実際の露光処理で測定された発振中心波長はこのスペックを超えることはなかったが、露光後の半導体ウェーハを検査したところ波長に原因のある露光異常部分が発見された場合を想定する。

この場合は、露光異常が発見された半導体ウェーハのウェーハロット番号とチップ番号から、その半導体ウェーハを露光した時のエキシマレーザ装置２１の動作データ（発振中心波長）を記憶装置５１から取得する。

露光が妥当な場合の発振中心波長が
λc−Δλ≦λc≦λc＋Δλh（Δλc＜Δλ）
であり、露光異常であった場合の発振中心波長が
λc＋Δλh＜λc≦λc＋Δλ
であることが判れば、個々のパルス光の発振中心波長変動許容範囲を
λc−Δλ≦λc≦λc＋Δλh
へ変更すればよい。

したがって本実施例では、発振中心波長を
λc−Δλ≦λc≦λc＋Δλh
という範囲内にするように、波長選択素子の角度を指定する指令値やアルゴリズムを変更する。図８で示されるようなレーザ装置の構成である場合には、指令値はステッピングモータ８６へ与えるパルス数やピエゾ素子８７への印加電圧値である。

発振中心波長がλc＋Δλhを超えた時に露光されたＩＣチップ位置のパターンは不良となる。しかしエキシマレーザ装置２１自体は発振中心波長変動許容範囲内で動作しているため、波長モニタからはレーザ動作の異常を示す信号は出力されない。しかも発振中心波長がλc＋Δλhを超えるタイミングはランダムであるため、半導体ウェーハに不具合を生じさせる発振中心波長範囲を特定することは難しい。

本実施例によれば、露光異常時の発振中心波長の情報を取得することができるため、この情報を用いて以後の露光処理では発振中心波長に起因する露光異常に対しては、予め指令値を変更するなどの方法によって対応することができる。

短波長側での異常についても同様に短波長側許容下限値を上昇させて対応する。また発振中心波長についても移動平均を利用して指令値をより適切な範囲へ変更することも可能である。

（５．第１２実施例：線幅制御のための指令値調整）
個々のパルス光の線幅変動許容範囲は、
ΔλL≦Δλ≦ΔλH
と定められ、実際の露光処理で測定された線幅はこのスペックを超えることはなかったが、露光後の半導体ウェーハを検査したところ線幅に原因のある露光異常部分が発見された場合を想定する。

この場合は、露光異常が発見された半導体ウェーハのウェーハロット番号とチップ番号から、その半導体ウェーハを露光した時のエキシマレーザ装置２１の動作データ（線幅）を記憶装置５１から取得する。

露光が妥当な場合の線幅が
ΔλL≦Δλ≦ΔλHr（ΔλHr＜ΔλH）
であり、露光異常であった場合の線幅が
ΔλＨr＜Δλ≦ΔλＨ
であることが判れば、個々のパルス光の線幅変動許容範囲を
ΔλL≦Δλ≦ΔλHr
へ変更すればよい。

したがって本実施例では、線幅を
ΔλL≦Δλ≦ΔλHr
という範囲内にするように、指令値やアルゴリズムを変更する。

線幅はレーザガスに影響を受ける。例えば、レーザガス全圧と線幅には正の相関がある。またＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザのフッ素ガス分圧と線幅にも正の相関がある。よって線幅変動許容範囲の上限をΔλHからΔＨrへ下げることは難しく、フッ素ガス分圧が高めになっている場合は、フッ素ガスを薄めるかレーザガス全圧を下げるといった対応が必要になる。このような場合には、指令値はレーザガス全圧やフッ素ガス分圧である。

線幅がΔλHrを超えた時に露光されたＩＣチップ位置のパターンは不良となる。しかしエキシマレーザ装置２１自体は線幅変動許容範囲内で動作しているため、波長モニタからはレーザ動作の異常を示す信号は出力されない。しかも線幅がΔλHrを超えるタイミングはランダムであるため、半導体ウェーハに不具合を生じさせる線幅を特定することは難しい。

本実施例によれば、露光異常時の線幅の情報を取得することができるため、この情報を用いて以後の露光処理では線幅に起因する露光異常に対しては、予め指令値を変更するなどの方法によって対応することができる。

（６．第１３実施例：ビームプロファイル制御のための指令値調整）
個々のパルス光のビームプロファイル（ビーム幅）変動許容範囲は、
Ｗ−ΔＷ≦Ｗ≦Ｗ＋ΔＷ
と定められ、実際の露光処理で測定されたビームプロファイルはこのスペックを超えることはなかったが、露光後の半導体ウェーハを検査したところビームプロファイルに原因のある露光異常部分が発見された場合を想定する。

この場合は、露光異常が発見された半導体ウェーハのウェーハロット番号とチップ番号から、その半導体ウェーハを露光した時のエキシマレーザ装置２１の動作データ（ビームプロファイル）を記憶装置５１から取得する。

露光が妥当な場合のビームプロファイルが
Ｗ−ΔＷ≦Ｗ≦Ｗ＋ΔＷh（ΔＷh＜ΔＷ）
であり、露光異常であった場合のビームプロファイルが
Ｗ＋ΔＷh＜Ｗ≦Ｗ＋ΔＷ
であることが判れば、個々のパルス光のビームプロファイル変動許容範囲を
Ｗ−ΔＷ≦Ｗ≦Ｗ＋ΔＷh
へ変更すればよい。

したがって本実施例では、ビームプロファイルを
Ｗ−ΔＷ≦Ｗ≦Ｗ＋ΔＷh
という範囲内にするように、指令値やアルゴリズムを変更する。

ビームプロファイルは電源電圧やレーザガスの組成やレーザガス全圧の変化と相関がある。この場合の指令値は電源電圧やレーザガス全圧やフッ素ガス分圧である。

ビームプロファイルがＷ＋ΔＷhを超えた時に露光されたＩＣチップ位置のパターンは不良となる。しかしエキシマレーザ装置２１自体はビームプロファイル変動許容範囲内で動作しているため、ビームプロファイルモニタからはレーザ動作の異常を示す信号は出力されない。しかも発振中心波長がＷ＋ΔＷhを超えるタイミングはランダムであるため、半導体ウェーハに不具合を生じさせるビームプロファイル範囲を特定することは難しい。

本実施例によれば、露光異常時のビームプロファイルの情報を取得することができるため、この情報を用いて以後の露光処理ではビームプロファイルに起因する露光異常に対しては、予め指令値を変更するなどの方法によって対応することができる。

以上の第８〜第１３実施例で説明した何れかの指令値変更を行うと、出力光エネルギー、発振中心波長、線幅が共に影響を受ける。例えば、線幅変動許容範囲の下限値を上げるためにフッ素ガス分圧を上げると、同じ電源電圧であっても出力光エネルギーが上昇して出力光エネルギー変動許容範囲を超える可能性がある。そこで、電源電圧制御範囲を低い方へシフトするという調整も必要になる。このように指令値調整は各変動許容範囲のスペックに留意して行う必要がある。

このように調整を経て定めた指令値は、その後の半導体露光処理でも活用することができる貴重なデータである。そこで、レチクルの種類等の露光条件とこれらの指令値とを関連付けてメモリへ記憶しておき、半導体露光処理の際に、レチクル等の露光条件を入力することによって対応する指令値をメモリから読み出し、利用できるようにすることもできる。すると適切な指令値を探し出す手間が不要になる。このメモリは露光装置側、エキシマレーザ装置側のどちらに設けてもよい。

図１は本実施形態の処理の流れを示す図である。 図２は露光データ及び検査データの生成と両データを関連付ける第１の方法を模式化して示す図である。 図３は半導体ウェーハと露光データとの対応関係を模式化して示す図である。 図４は露光データ及び検査データの生成と両データを関連付ける第２の方法を模式化して示す図である。 図５は露光データ及び検査データの生成と両データを関連付ける第３の方法を模式化して示す図である。 図６は電源電圧及びレーザガス全圧と出力光エネルギーとの関係を示す図である。 図７はフッ素ガス分圧と出力光エネルギーとの関係を示す図である。 図８は波長選択素子の角度調整機構の構成を示す図である。 図９は狭帯域エキシマレーザ装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０…レジスト塗布工程
１１…コータ
２０…露光工程
２１…エキシマレーザ装置
２２…露光装置
３０…現像工程
３１…デベロッパ
４０…検査工程
４１…検査装置
５０…露光データ記憶工程
５１…記憶装置
６０…露光データ取得工程
７０…指令値調整工程

Claims (3)

1. 半導体ウェーハの露光光源としてレーザ装置を用い、そのレーザ装置に設定される指令値を調整するレーザ装置の指令値調整方法において、
   半導体ウェーハ及びその半導体ウェーハの露光位置を特定するウェーハ情報と、その露光位置をレーザ光で露光した時のレーザ装置の動作情報と、を関連付けて記憶する露光情報記憶工程と、
   露光後に半導体ウェーハの露光位置を検査する露光位置検査工程と、
   検査の結果、所定条件に該当した半導体ウェーハの露光位置に関して、前記ウェーハ情報を用いて対応する前記動作情報を取得する動作情報取得工程と、
   取得した前記動作情報に基づいて指令値を調整する指令値調整工程と、を含むこと
   を特徴とするレーザ装置の指令値調整方法。
2. 前記動作情報は、レーザ装置のパルス毎の出力光エネルギーか、パルス毎の発振中心波長か、パルス毎の線幅、レーザ光のビームプロファイルの何れかを示す情報を含むこと
   を特徴とする請求項１記載のレーザ装置の指令値調整方法。
3. 半導体ウェーハの露光に関する情報を記憶する露光情報記憶装置において、
   半導体ウェーハ及びその半導体ウェーハの露光位置を特定するウェーハ情報と、その露光位置をレーザ光で露光した時のレーザ装置の動作情報と、を関連付けて記憶すること
   を特徴とする露光情報記憶装置。

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