JP2007035777A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理時間を増加させずに、エッチング寸法の長期的及び短期的な経時変化を抑制して高い精度でエッチング寸法を制御する。
【解決手段】複数のロットのそれぞれが含む複数の半導体ウェハに対して、リソグラフィ処理及びエッチング処理を行う半導体装置の製造方法であって、エッチング条件設定工程、相関関係取得工程及びフィードバック処理工程を備えている。相関関係取得工程は、各半導体ウェハに対するエッチング処理におけるエッチング装置ログの取得、及び、エッチング寸法の測長を順に行う。関係式作成工程は、エッチング装置ログからパラメータを選択して、選択されたパラメータ毎に、当該パラメータとエッチング寸法との相関関係を示す関係式を作る。フィードバック処理工程は、半導体ウェハ毎に取得されたパラメータを、上述の関係式に代入してエッチング寸法の予測値を求め、当該予測値に基づいて半導体ウェハ毎のリソグラフィ条件を設定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関するものである。

半導体装置の微細化が進むにつれ、半導体チップの製造にあたり、コンタクト開口の大きさ、ゲート電極及び配線の幅などの寸法（以下、これらの寸法をエッチング寸法と称する。）をより高い精度で制御する必要がある。一般に、コンタクト開口、ゲート電極及び配線の形成にはリソグラフィ工程及びエッチング工程が行われる。

ここで、特にエッチング工程を行うエッチング装置では、電極温度やガス流量などのエッチング条件の経時変化が起こる。この結果、あるロットとその次にエッチング処理されるロットとの間で、エッチング条件の変化とともにエッチング寸法にも経時変化が生じる。

エッチング寸法を高い精度で制御するために、エッチング工程において寸法変換差を求めて、この寸法変換差に基づいてエッチング条件にフィードバックを掛ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。ここで、寸法変換差とは、リソグラフィ工程で形成されたレジストパターンの、エッチング寸法の測長箇所に対応する寸法（以下、レジスト寸法と称する。）と、エッチング寸法との差を示す。特許文献１に開示されている半導体装置の製造方法においては、あるロットで寸法変換差を求め、その寸法変換差に基づいて、次のロットをエッチングする際のエッチング条件を変更している。

また、エッチング寸法の測長結果を用いて、次のロットのリソグラフィ条件を変更する方法もある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−２６９１９０号公報 特開平１１−２６０６８３号公報

しかしながら、上述の特許文献１又は特許文献２に開示されている方法では、エッチング寸法の測長を、ロット毎に多くのチップで行う必要があり、短時間での処理が困難である。また、ロット間でのエッチング寸法の変化などの長期的な経時変化に対するフィードバックは効果的に行われるものの、ウェハ間でのエッチング寸法の変化などの短期的な経時変化に対するフィードバックは困難である。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、処理時間を増加させずに、エッチング寸法の長期的及び短期的な経時変化を抑制して高い精度でエッチング寸法を制御できる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明の半導体装置の製造方法は、複数のロットのそれぞれが含む複数の半導体ウェハに対して、リソグラフィ処理及びエッチング処理を行う半導体装置の製造方法であって、エッチング条件設定工程、相関関係取得工程及びフィードバック処理工程を備えている。

相関関係取得工程は、さらに、第１リソグラフィ工程と、第１エッチング工程と、関係式作成工程とを備えている。第１リソグラフィ工程は、リソグラフィ条件の設定、フォトリソグラフィによるレジストパターンの形成、及び、レジストパターンの測長を順に行う。第１エッチング工程は、第１リソグラフィ工程で形成されたレジストパターンをマスクとして用いるエッチング処理、各半導体ウェハに対するエッチング処理におけるエッチング装置ログの取得、及び、エッチング寸法の測長を順に行う。関係式作成工程は、エッチング装置ログに含まれる複数のパラメータのうち、１又は２以上のパラメータを選択して、選択されたパラメータ毎に、当該パラメータとエッチング寸法の予測値との関係式を作る。

フィードバック処理工程は、さらに、第２リソグラフィ工程と、第２エッチング工程とを備えている。第２リソグラフィ工程は、当該フィードバック処理工程を行う直前にエッチング処理されたロットに対して半導体ウェハ毎に取得されたエッチング装置ログに含まれるパラメータを、関係式作成工程で作成された関係式に代入してエッチング寸法の予測値を求め、当該予測値に基づいて半導体ウェハ毎のリソグラフィ条件を設定した後、フォトリソグラフィによるレジストパターンの形成を行う。第２エッチング工程は、第２リソグラフィ工程で形成されたレジストパターンをマスクとして用いるエッチング処理、及び、各半導体ウェハの処理におけるエッチング装置ログの取得を順に行う。

相関関係取得工程で関係式が得られた後、フィードバック処理工程を繰り返し行う。

この発明の半導体製造方法によれば、各ロットに含まれる複数の半導体ウェハのそれぞれに対して、エッチング処理を行う際に取得されるエッチング装置ログと、エッチング寸法との相関関係を示す関係式に基づいて、次のロットのリソグラフィ条件にフィードバックをかけてリソグラフィ条件を設定する。従って、フィードバックをかけるための関係式を得た後は、フィードバック処理工程において、各半導体ウェハに対してエッチング寸法の測長を行う必要がなくなるので、処理時間が短縮される。

また、ロット毎に変化するような長期的経時変化だけでなく、半導体ウェハ毎に変化するような短期的経時変化するパラメータを用いてリソグラフィ条件の設定を行うことができる。従って、エッチング寸法の短期的経時変化を抑制し、１つのロット内に含まれる半導体ウェハ間でエッチング寸法のばらつきを小さくでき、その結果、高い精度でエッチング寸法を制御することができる。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、ブロック構成および配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、数値的条件などは、単なる好適例にすぎず、従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。

図１を参照して、この発明の半導体製造装置について説明する。図１は、この発明の半導体製造装置を説明するためのブロック構成図である。

半導体製造装置１０は、リソグラフィ処理部２０、エッチング処理部３０及び処理条件設定部４０を備えている。

リソグラフィ処理部２０は、従来周知のリソグラフィ装置と同様の機能を備えていて、レジストの塗布、露光及び現像の、いわゆるリソグラフィ処理を行うことができる。また、このリソグラフィ処理部２０は、処理条件設定部４０からのリソグラフィ制御信号に応答して、リソグラフィ処理によって形成されるレジストパターンの目標寸法、露光時間、露光量などのリソグラフィ条件を設定できる。リソグラフィ条件は、１ロットに含まれる複数のウェハのそれぞれに対して、個別に設定可能である。レジストパターンの寸法を測長するために、リソグラフィ処理部２０は、任意好適な周知の測長手段として、例えば、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｒｃｒｏｓｃｏｐｅ）を備えている。リソグラフィ処理部２０は、リソグラフィ処理によって形成されたレジストパターンの測長結果を、処理条件設定部４０に送る。

以下の説明では、半導体ウェハに形成されたコンタクトホールの開口部の寸法を測長対象とした場合について説明する。従って、レジストパターンの寸法として、コンタクトホールに対応する開口部の寸法を用いる。なお、コンタクトホールの寸法に代えて、ゲート電極長や配線幅等に対応するレジストパターンの線幅を用いても良い。

エッチング処理部３０として、例えば、ドライエッチングを行うエッチング装置を用いることができる。エッチング処理部３０は、処理条件設定部４０から送られるエッチング制御信号に応答して、エッチング処理の際の、ガス流量、エッチング処理が行われる処理室に設けられた電極に印加される電圧、処理室の温度等のエッチング条件を設定できる。エッチング処理部３０は、設定されたエッチング条件でエッチング処理を行う。エッチング処理部３０は、ＣＤ−ＳＥＭ等の測長手段を備えていて、エッチング処理によって形成されたコンタクトホールの開口幅を測長し、測長結果をエッチング寸法として取得する。また、このエッチング処理部３０は、エッチング装置ログとして、半導体ウェハ毎に、エッチング処理を行った際の、ガス流量、電極に印加された電圧、処理室及びウェハの温度などのパラメータを含む情報を、処理条件設定部４０に送る。

処理条件設定部４０は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０、入力部４２、出力部４４及び記憶部４６を備えて構成される、周知のコンピュータ等を用いることができる。入力部４２は、コンピュータに通常用いられるキーボード、マウスデータ読取装置等の、任意好適な公知の入力装置を備え、及び、出力部４４はディスプレイ、プリンタ、音声出力装置等の任意公的な出力装置を備えて構成される。記憶部４６には、ハードディスク等の任意好適な周知の記憶装置が用いられる。ＭＰＵ５０は、周知の構成とすることができ、ここでは、中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６０と、メモリとしてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５２及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５４を備える構成としている。

ＣＰＵ６０が備える制御手段６２は、例えばＲＯＭ５４に読み出し自在に記録されているプログラムを読み出して、当該プログラムを実行することにより、ＣＰＵ６０の機能手段として、リソグラフィ制御信号生成手段７１、レジストパターン寸法取得手段７３、エッチング制御信号生成手段７５、エッチング寸法取得手段７７、エッチング装置ログ取得手段７９及び関係式取得手段８１を実現する。なお、各機能手段が行う処理の詳細については後述する。

（半導体装置の製造方法）
図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この発明の半導体装置の製造方法について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、半導体装置の製造方法を説明するための図であって、図１を参照して説明した半導体製造装置１０における処理フローを示している。この発明の半導体装置の製造方法は、エッチング寸法を制御するための相関関係を予め取得する前段階と、この相関関係を利用してエッチング処理の制御を行うための後段階を含んでいる。前段階は、エッチング条件設定工程と、相関関係取得工程とを備えている。各工程の詳細については後述するが、前段階では、以下に説明する相関関係取得工程を繰り返し行って、相関関係を示す関係式を得る。また、後段階は、フィードバック処理工程を備えている。後段階では、前段階で得られた相関関係を示す関係式を用いてフィードバック処理を行う。

図２（Ａ）は、相関関係取得工程の処理フローを示し、図２（Ｂ）は、フィードバック処理工程の処理フローを示している。

先ず、前段階の工程について説明する。エッチング条件設定工程では、ガス流量、エッチング処理を行う処理室が備える電極に印加される電圧、処理室の温度などのエッチング条件が、入力部４２から入力される。エッチング制御信号生成手段７５は、入力部４２を経て入力されたエッチング条件を一旦ＲＡＭ５２に記憶するとともに、このエッチング条件の入力に応答して、エッチング制御信号を生成する。その後、エッチング制御信号生成手段７５は、エッチング制御信号をエッチング処理部３０へ送る。エッチング処理部３０は、エッチング制御信号に応答して、エッチング条件の設定を行う。

エッチング条件の設定が完了した後、相関関係取得工程が行われる。相関関係取得工程は、ステップ（以下、ステップをＳで表す。）１３、Ｓ１５及びＳ１７の各工程を備える第１リソグラフィ工程と、Ｓ２３及びＳ２５の各工程を備える第１エッチング工程と、Ｓ３１の工程を備える関係式作成工程とを備えている。

Ｓ１３において、リソグラフィ条件の設定を行う。この工程では、レジストパターンの目標寸法、露光時間、露光量などのリソグラフィ条件が、入力部４２から入力される。リソグラフィ制御信号生成手段７１は、入力部４２を経て入力されたリソグラフィ条件を一旦ＲＡＭ５２に記憶するとともに、このリソグラフィ条件の入力に応答して、リソグラフィ制御信号を生成する。その後、リソグラフィ制御信号生成手段７１は、リソグラフィ制御信号をリソグラフィ処理部２０へ送る。リソグラフィ処理部２０は、リソグラフィ制御信号に応答して、リソグラフィ条件の設定を行う。

Ｓ１５において、Ｓ１３の工程で設定されたリソグラフィ条件でリソグラフィ処理を行う。この工程では、リソグラフィ処理部２０は、半導体ウェハに対して、レジストの塗布を行った後、設定されたリソグラフィ条件で露光を行い、さらに、現像を行ってレジストパターンを形成する。

Ｓ１７において、レジストパターンの測長を行う。ここでは、レジストパターンの寸法として、半導体ウェハにコンタクトホールとして形成される部分に対応する、レジストパターンの開口部の幅をＣＤ−ＳＥＭ等の測長手段を用いて測長する。リソグラフィ処理部２０は、リソグラフィ処理によって形成されたレジストパターンの測長結果を、処理条件設定部４０に送る。レジストパターン寸法取得手段７３は、レジストパターンの測長結果を記憶部４６又はＲＡＭ５２に読み出し自在に保存する。

第１リソグラフィ工程に引き続いて、第１エッチング工程を行う。

Ｓ２３において、エッチング処理を行う。この工程では、エッチング処理部３０は、Ｓ１５の工程で形成されたレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行う。エッチング処理部３０は、エッチング装置ログとして、半導体ウェハ毎に得られた、ガス流量、電極に印加された電圧、処理室の温度及び半導体ウェハの温度などのパラメータを含む情報を、処理条件設定部４０に送る。エッチング装置ログ取得手段７９は、エッチング装置ログに含まれるパラメータを、各半導体ウェハに対応付けたテーブルとして、記憶部４６又はＲＡＭ５２に読み出し自在に保存する。ここで、各半導体ウェハはロット番号及びウェハ番号により特定される。

Ｓ２５において、Ｓ２３のエッチング処理の工程によって形成されたコンタクトホールの測長を行う。ここでは、エッチング寸法として、半導体ウェハに形成されたコンタクトホールの寸法を、ＣＤ−ＳＥＭ等の測長手段を用いて測長する。エッチング寸法の測長は、ウェハ毎に複数のコンタクトに対して行う。エッチング処理部３０は、エッチング寸法の測長結果を、処理条件設定部４０に送る。エッチング寸法取得手段７７は、エッチング寸法の測長結果を、各半導体ウェハに対応付けたテーブルとして、記憶部４６又はＲＡＭ５２に読み出し自在に保存する。ここで、半導体ウェハのそれぞれについて、エッチング寸法が複数得られている場合は、それぞれのエッチング寸法をテーブルに書き込んでも良いし、半導体ウェハ毎の平均値として書き込んでもよい。

Ｓ３１において、エッチング寸法とエッチング装置ログに含まれるパラメータとの相関関係を取得する。以下、相関関係を示す関係式を得る工程について説明する。

関係式取得手段８１は、記憶部４６又はＲＡＭ５２から、エッチング寸法の測長結果とエッチング装置ログに含まれるパラメータを読み出す。

図３を参照して、エッチング寸法とエッチング装置ログに含まれる１のパラメータの経時変化を説明する。図３は、１つのロットに含まれる半導体ウェハのエッチング寸法（μｍ）と、エッチング装置ログに含まれる１のパラメータである、ステージ温度Ｔ（℃）の経時変化を説明するための図である。ここで、ステージ温度Ｔは、エッチング処理される半導体ウェハが固定されるステージの温度である。図３では、横軸にウェハ番号を取って示し、縦軸に、エッチング寸法のウェハ毎の平均値として、９つのコンタクトホールについての測長結果から求めた平均値（μｍ）と、ステージ温度Ｔ（℃）を示している。なお、以下の説明においては、エッチング寸法のウェハ毎の平均値を単にエッチング寸法と称することもある。ここでは、エッチング寸法を９つのコンタクトホールの測長結果の平均値とした例について説明したが、何ら９つに限定されるものではない。半導体ウェハ毎に得られる１つの測長結果を用いても良いし、２以上の任意の測長結果の平均値を用いても良い。

エッチング処理は、ウェハ番号の小さいものから大きいものへ順に行われるので、図３は経時変化を示すことになる。なお、図３に示されるような、１つのロットに含まれる半導体ウェハ間の経時変化を短期的経時変化と称する。エッチング寸法は、各ロットに対して最初に処理される半導体ウェハで値が大きくなり、徐々に小さくなる傾向がある。また、ステージ温度Ｔは、各ロットに対して最初に処理される半導体ウェハで高くなり、徐々に低くなる傾向がある。

図４を参照して、ステージ温度Ｔとエッチング寸法との相関関係について説明する。図４は、ステージ温度Ｔとエッチング寸法との相関関係について説明するための図であって、横軸に半導体ウェハをエッチングした際のステージ温度Ｔ（℃）を取り、及び、縦軸にエッチング寸法（μｍ）を取った直交座標面上にプロットしている。図４に示されるように、ステージ温度Ｔが高くなると、エッチング寸法は長くなる。ここで得られた、エッチング寸法とステージ温度Ｔの相関係数はおよそ０．７程度であり、高い相関が見られる。

次に、上述の座標面上にプロットした測定結果から、最小二乗法など任意好適な方法で、近似的に一次直線（以下、近似直線Ｉと称することもある。）を求める。このステージ温度Ｔとエッチング寸法Ｙとの関係を示す近似直線Ｉの傾きをＡとし、縦軸との切片をＢとする。すなわち、この近似直線Ｉは、以下の式（１）で表すことができる。

Ｙ＝Ａ×Ｔ＋Ｂ （１）

図５を参照して、エッチング寸法とエッチング装置ログに含まれる他のパラメータの経時変化を説明する。図５は、エッチング寸法と、エッチング装置ログに含まれる１のパラメータである、電極に印加された電圧Ｖ_PP（Ｖ）の経時変化を説明するための図である。図５では、横軸にロット番号を取って示し、縦軸に、エッチング寸法のロット毎の平均値（μｍ）と電圧Ｖ_PP（Ｖ）を示している。ここでは、各ロットは２５枚の半導体ウェハを備えているものとし、ロット毎に２５枚の半導体ウェハに対する平均値を求めた例を示しているが、何らこの例に限定されるものではない。各ロットに含まれる半導体ウェハの枚数に応じて、全ての半導体ウェハについて得られたエッチング寸法の平均値を求めても良いし、あるいは、ロット毎に１又は２以上の半導体ウェハを選択して、選択された半導体ウェハについて得られたエッチング寸法の平均値を求めても良い。なお、以下の説明においては、エッチング寸法のロット毎の平均値を単にエッチング寸法と称することもある。

エッチング処理は、ロット番号の小さいものから大きいものへ順に行われるので、図５は経時変化を示すことになる。なお、図５に示されるような、ロット間の経時変化を長期的経時変化と称する。

例えば、プラズマエッチング装置では、プラズマを発生させるための電極などの消耗品の交換などが、周期的に行われる。エッチング寸法は、この消耗品の交換の周期毎に交換後の最初のロットでは値が小さく、徐々に大きくなる傾向がある。また、電極に印加された電圧Ｖ_PPは、最初に処理されるロットで小さくなり、徐々に大きくなる傾向がある。

図６を参照して、電圧Ｖ_PPとエッチング寸法との相関関係について説明する。図６は、電圧Ｖ_PPとエッチング寸法との相関関係について説明するための図であって、横軸に電圧Ｖ_PPを取り、縦軸にエッチング寸法（μｍ）を取った直交座標面上にプロットしている。図６に示されるように、電圧Ｖ_PPが高くなると、エッチング寸法は長くなる。ここで得られた、エッチング寸法と電圧Ｖ_PPの相関係数はおよそ０．７程度であり、高い相関が見られる。

次に、上述の座標面上にプロットした測定結果から、最小二乗法など任意好適な方法で、近似的に一次直線（以下、近似直線ＩＩと称することもある。）を求める。この電圧Ｖ_PPとエッチング寸法Ｙとの関係を示す近似直線ＩＩの傾きをＣとし、縦軸との切片をＤとする。すなわち、この近似直線ＩＩは、以下の式（２）で表すことができる。

Ｙ＝Ｃ×Ｖ＋Ｄ （２）

図７を参照して、エッチングの目標寸法Ｚとレジストパターンの目標寸法Ｘの関係について説明する。図７は、エッチングの目標寸法Ｚとレジストパターンの目標寸法Ｘの関係について説明するための図であって、横軸にレジストパターンの目標寸法Ｘを取って示し、縦軸にエッチングの目標寸法Ｚを取って直交座標面上にプロットしている。ここで、エッチングの目標寸法Ｚは、上述した経時変化等のない理想的な値である。レジストパターンの目標寸法Ｘとエッチングの目標寸法Ｚの間には、図７にプロットした値から、最小二乗法など任意好適な方法で、近似的に一次直線（以下、近似直線ＩＩＩと称することもある。）を求める。このレジストパターンの目標寸法Ｘとエッチングの目標寸法Ｚとの関係を示す近似直線ＩＩＩの傾きをＥとし、縦軸との切片をＦとする。すなわち、この近似直線は、以下の式（３）で表される。

Ｚ＝Ｅ×Ｘ＋Ｆ （３）

理想的には、レジストパターンの目標寸法をＸに設定すれば、リソグラフィ処理及びエッチング処理の結果得られるエッチング寸法Ｙは、エッチングの目標寸法Ｚになる。しかしながら、上記の（３）式は、経時変化の無い理想的な場合に得られる式なので、ステージ温度Ｔ又は電圧Ｖ_PPが変化すれば、エッチング寸法Ｙもエッチングの目標寸法Ｚと異なる値になる。例えば、ステージ温度ＴがΔＴだけ変化すると、エッチング寸法Ｙは、Ａ×ΔＴだけエッチングの目標寸法Ｚから異なる値になる。また、電圧Ｖ_PPがΔＶ_PPだけ変化すると、エッチング寸法Ｙは、Ｃ×ΔＶ_PPだけエッチングの目標寸法Ｚから異なる値になる。つまり、エッチングの目標寸法Ｚに対して、得られるエッチング寸法Ｙは、Ｙ＝Ｚ＋Ａ×ΔＴ＋Ｃ×ΔＶ_PPになる。

従って、レジストの目標寸法Ｘに対して、ステージ温度Ｔ及び電圧Ｖ_PPの経時変化による変化分ΔＴ及びΔＶ_PPを考慮したフィードバックを行い、レジストの目標寸法Ｘを以下の（４）式に設定すれば、得られるエッチング寸法Ｙは、エッチングの目標寸法Ｚに等しくなる。

Ｘ＝｛（Ｚ−Ａ×ΔＴ−Ｃ×ΔＶ）−Ｄ｝／Ｅ （４）

関係式取得手８１は、上述の工程で得られた相関関係を示す関係式である（１）式、（２）式、（３）式及び（４）式をＲＡＭ５２又は記憶部４６に読み出し自在に記録する。

Ｓ３１の工程において、エッチング装置ログに含まれるパラメータとエッチング寸法の相関関係が得られた後は、フィードバック処理工程を行う。

なお、ここでは、第１リソグラフィ工程及び第１エッチング工程を１回行った場合について説明したが、この回数は１回に限られず、複数回行っても良い。例えば、プラズマエッチング装置における消耗品の交換の周期に対応するロットの数以上の回数、相関関係取得工程を行えば、長期的経時変化するパラメータに対して、広い範囲の相関関係が得られるので好適である。第１リソグラフィ工程及び第１エッチング工程を２回以上行う場合は、２回目以降の第１リソグラフィ工程では、Ｓ１３のリソグラフィ条件の設定の際に、ＲＡＭ５２に記憶したリソグラフィ条件を読み出してリソグラフィ制御信号を生成する構成にすることができる。

次に、フィードバック処理工程について説明する。フィードバック処理工程は、Ｓ１４及びＳ１６の各工程を備える第２リソグラフィ工程と、Ｓ２４の工程を備える第２エッチング工程とを備えている。

Ｓ１４において、リソグラフィ条件の設定を行う。この工程では、レジストパターンの目標寸法、露光時間、露光量などのリソグラフィ条件が、入力部４２から入力されるか、又は、ＲＡＭ５２から読み出される。リソグラフィ制御信号生成手段７１は、フィードバック処理工程を行う直前にエッチング処理されたロットに対して半導体ウェハ毎に取得されたエッチング装置ログをＲＡＭ５２または記憶部４６から読み出して、同じくＲＡＭ５２または記憶部４６から読み出した関係式に代入することにより、レジストの目標寸法を設定する。ここでは、ステージ温度Ｔ及び電圧Ｖ_PPの、それぞれの設定値からの差ΔＴ及びΔＶ_PPに応じて、（４）式を用いてレジストの目標寸法を変更する。リソグラフィ制御信号生成手段７１は、リソグラフィ条件の入力に応答して、リソグラフィ制御信号を生成して、当該リソグラフィ制御信号をリソグラフィ処理部２０へ送る。リソグラフィ処理部２０は、リソグラフィ制御信号に応答して、リソグラフィ条件の設定を行う。

Ｓ１６において、リソグラフィ処理を行う。この工程では、リソグラフィ処理部２０は、ウェハに対して、レジストの塗布を行った後、設定されたリソグラフィ条件で露光を行い、さらに、現像を行ってレジストパターンを形成する。

Ｓ２４において、エッチング処理を行う。この工程では、エッチング処理部３０は、Ｓ１５の工程で形成されたレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行う。エッチング処理部３０は、ガス流量、電極に印加された電圧、処理室及びウェハの温度などのパラメータをエッチング装置ログとして取得し、当該エッチング装置ログを処理条件設定部４０に送る。エッチング装置ログ取得手段７９は、エッチング装置ログを記憶部４６又はＲＡＭ５２に読み出し自在に保存する。

その後、フィードバック処理工程を繰り返し行う。図８を参照して、この発明の半導体装置の製造方法を実施した結果について説明する。図８は、エッチング寸法の長期的経時変化の一例を示す図であって、横軸にロット番号を取って示し、縦軸にエッチング寸法（μｍ）を取って示している。フィードバック処理を行う前（図８中、ロット番号ＬＦ以前）は、エッチング寸法のばらつきは、およそ０．１２５〜０．１５５μｍの範囲である。これに対し、フィードバック処理を行った後（図８中、ＬＦ以後）は、エッチング寸法のぱらつきは、およそ０．１３〜０．１４５の範囲に抑制されている。

なお、ここでは、Ｓ１４の工程でのリソグラフィ条件の設定において、レジストの目標寸法に対して、（４）式を用いたフィードバックを行う例について説明したが、この例に限定されない。半導体ウェハ毎に露光時間や、露光の際の照射光度、すなわち露光量に対してフィードバックを行って、リソグラフィ条件を設定しても良い。

また、短期的経時変化するパラメータは、ウェハ温度を示すステージ温度Ｔに限定されず、ガス流量を用いても良い。さらに、長期的経時変化するパラメータは、電極に印加される電圧Ｖ_PPに限定されず、エッチング装置の側壁温度、電極温度及び排気口の角度等を用いても良い。これら長期的経時変化するパラメータ及び短期的経時変化するパラメータから、例えば、エッチング装置の仕様等に応じて、エッチング寸法の変動に与える影響の大きいパラメータを選択することができる。

上述した半導体装置の製造方法においては、エッチング条件の設定は、相関関係取得工程の前に一度行う例について説明したが、何らこの例に限定されるものではない。フィードバック処理工程を繰り返し行う場合、フィードバック処理工程毎に、あるいは、フィードバック処理の複数回毎に行うことも可能である。

この発明の半導体装置の製造方法によれば、各ロットに含まれる複数の半導体ウェハのそれぞれに対して、エッチング処理を行う際に取得されるエッチング装置ログに基づいて、次のロットのリソグラフィ条件にフィードバックをかけてリソグラフィ条件を設定する。従って、フィードバックをかけるための関係式を得た後は、フィードバック処理工程においては、各半導体ウェハに対してエッチング寸法の測長を行う必要がなく、処理時間が短縮される。また、ロット毎に変化するような長期的経時変化だけでなく、半導体ウェハ毎に変化するような短期的経時変化するパラメータを用いてリソグラフィ条件の設定を行える。従って、エッチング寸法の短期的経時変化を抑制し、１つのロット内に含まれる半導体ウェハ間でエッチング寸法のばらつきを小さくでき、その結果、高い精度でエッチング寸法を制御することができる。

この発明の半導体製造装置を説明するためのブロック構成図である。 半導体製造装置の動作を説明するための処理フローを示す図である。 エッチング寸法とステージ温度の経時変化を説明するための図である。 エッチング寸法とステージ温度との相関関係について説明するための図である。 エッチング寸法と電圧の経時変化を説明するための図である。 エッチング寸法と電圧との相関関係について説明するための図である。 レジストパターンの目標寸法とエッチングの目標寸法との相関関係について説明するための図である。 エッチング寸法の長期的経時変化について説明するための図である。

符号の説明

１０ 半導体製造装置
２０ リソグラフィ処理部
３０ エッチング処理部
４０ 処理条件設定部
５０ ＭＰＵ
６０ ＣＰＵ
４２ 入力部
４４ 出力部
４６ 記憶部
５２ ＲＡＭ
５４ ＲＯＭ
７１ リソグラフィ制御信号生成手段
７３ レジストパターン寸法取得手段
７５ エッチング制御信号生成手段
７７ エッチング寸法取得手段
７９ エッチング装置ログ取得手段
８１ 関係式取得手段

Claims (4)

1. 複数のロットのそれぞれが含む複数の半導体ウェハに対して、リソグラフィ処理及びエッチング処理を行う半導体装置の製造方法であって、
   エッチング条件設定工程、相関関係取得工程及びフィードバック処理工程を備え、
   前記相関関係取得工程は、さらに、
   リソグラフィ条件の設定、フォトリソグラフィによるレジストパターンの形成、及び、レジストパターンの測長を順に行う、第１リソグラフィ工程と、
   前記第１リソグラフィ工程で形成されたレジストパターンをマスクとして用いるエッチング処理、各半導体ウェハに対するエッチング処理におけるエッチング装置ログの取得、及び、エッチング寸法の測長を順に行う、第１エッチング工程と、
   前記エッチング装置ログに含まれる複数のパラメータのうち、１又は２以上のパラメータを選択して、前記選択されたパラメータ毎に、当該パラメータと前記エッチング寸法の予測値との関係式を作る関係式作成工程とを備え、
   前記フィードバック処理工程は、さらに、
   当該フィードバック処理工程を行う直前にエッチング処理されたロットに対して半導体ウェハ毎に取得された前記エッチング装置ログに含まれる前記パラメータを、前記関係式に代入してエッチング寸法の予測値を求め、当該予測値に基づいて半導体ウェハ毎のリソグラフィ条件を設定した後、フォトリソグラフィによるレジストパターンの形成を行う、第２リソグラフィ工程と、
   前記第２リソグラフィ工程で形成されたレジストパターンをマスクとして用いるエッチング処理、及び、各半導体ウェハの処理におけるエッチング装置ログの取得を順に行う、第２エッチング工程とを備え、
   前記相関関係取得工程の後、前記フィードバック処理工程を繰り返し行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第２リソグラフィ工程におけるリソグラフィ条件の設定を、レジストパターンの目標寸法、露光時間及び露光量から選択した１又は２以上の設定により行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記関係式作成工程では、前記エッチング装置ログが含む複数のパラメータから、長期的経時変化するパラメータである電極の電圧、エッチング装置の側壁温度、電極温度及び排気口の角度から選択した１又は２以上のパラメータと、短期的経時変化するウェハ温度及びガス流量のいずれか一方又は双方のパラメータのそれぞれに対して、関係式を作ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. リソグラフィ制御信号に応答してのリソグラフィ条件の設定、フォトリソグラフィによるレジストパターンの形成、及び、レジストパターンの測長を行うリソグラフィ処理部と、
   エッチング制御信号に応答してのエッチング条件の設定、エッチング処理、エッチング寸法、及び、エッチング処理を行った際のエッチング装置ログの取得を行うエッチング処理部と、
   処理条件設定部と
   を備えて構成され、
   前記処理条件設定部は、さらに、
   前記エッチング寸法の予測値と、前記エッチング装置ログに含まれるパラメータとの関係式を生成する相関関係取得手段と、
   前記関係式を用いてリソグラフィ条件を設定する、リソグラフィ制御信号を生成して、該リソグラフィ制御信号を前記リソグラフィ処理部へ送るリソグラフィ制御信号生成手段と、
   エッチング制御信号を生成して、該エッチング制御信号を前記エッチング処理部へ送るエッチング制御信号生成手段と
   を備えることを特徴とする半導体製造装置。

Images