JP2009278071A

JP2009278071A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2009278071A
Application number: JP2009093552A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yanai; 良広箭内; Masahito Sugawara; 雅仁菅原; Kenji Ito; 健志伊東; Tadahito Fujisawa; 忠仁藤澤; Takeshi Fujiwara; 剛藤原; Yasuhiko Sato; 康彦佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】レジスト、または、レジストの下地のマスク材等の膜厚ばらつきによらず、適正
フォーカスで半導体ウエハを露光する。
【解決手段】本発明は、半導体ウエハ上に第１マスク材を形成する工程と、前記第１マス
ク材の膜厚測定をする工程と、前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、前
記第２マスク材上にレジストを塗布する工程と、前記レジストを露光する工程とを具備し
、前記第１マスク材の膜厚に応じて前記レジストを露光する工程のフォーカス値を適正フ
ォーカスに調整する。その結果、レジストの下地のマスク材の膜厚ばらつきによらず、適
正フォーカスで半導体ウエハを露光することができる。

【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、レジストの下地にマスク材を用いる場合の
露光方法に関する。

デバイスパターンの微細化に伴い、露光マージンの減少により歩留りの低下が問題にな
っている。特に微細パターンで焦点深度が厳しいデバイスレイヤーについては、露光前に
下地段差を無くすための上面の平坦化処理がなされている。また、それと同時に、リソグ
ラフィプロセスでは、露光処理基板上の下地酸化膜、必要に応じて下地酸化膜を加工する
ためのマスク材料膜の膜厚ばらつきによって生じる露光量変動や、フォーカスばらつきが
生じる。

そこで、特許文献１及び２のようなオートフォーカス機能を用いて焦点深度を適正フォー
カスにする解決方法がある。

しかし、適正フォーカスを検出する際に出されるオートフォーカス光（略して「ＦＡ光」
と称する場合がある）に対して透過性を有する、例えば、基板の下地膜厚やマスク材料膜
、及び、反射防止やレジスト膜等の膜種についての微小な膜厚変動、もしくは、膜構造の
変動（具体的には、屈折率や消衰係数のロット間やウエハ面内の変動）の影響により、オ
ートフォーカス光の焦点位置が騙される。その結果、実際の露光光との焦点位置に差が生
じるため、結果的には、露光フォーカスずれ引き起こし、露光マージンを低下させる問題
を起こしていた。

特開２０００−９９９１号公報特開平８−２５０４０６号公報

本発明は上記点に鑑み、レジスト、または、レジストの下地のマスク材等の膜厚ばらつ
きによらず、適正フォーカスで半導体ウエハを露光する、半導体装置の製造方法を提供す
る。

半導体ウエハ上に第１マスク材を形成する工程と、前記第１マスク材の膜厚測定をする
工程と、前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、前記第２マスク材上にレ
ジストを塗布する工程と、前記レジストを露光する工程とを具備し、前記第１マスク材の
膜厚に応じて前記レジストを露光する工程のフォーカス値を適正フォーカス値に調整する
ことを特徴としている。

本発明によれば、レジスト、または、レジストの下地のマスク材等の膜厚ばらつきによ
らず、適正フォーカスで半導体ウエハを露光することができる。

図１は露光される半導体ウエハの構成図である。図２は露光処理のフロー図であり、図２（ａ）は従来の露光処理のフロー図であり、図２（ｂ）は第１の実施形態に係る露光処理のフロー図である。図３は第２マスク材と適正フォーカス値の関係を示した概略図である。図４はフォーカス値を決定する手順を示すフロー図であり、図４（ａ）は第１適正フォーカス値を決定するフロー図であり、図４（ｂ）は図３の関係を求めるためのフロー図である。図５は第１の実施形態の変形例に係る露光処理のフロー図であり、図５（ａ）は第２マスク材塗布後に第１マスク材の膜厚を測定する場合の露光処理のフロー図であり、図５（ｂ）はＢａｋｅ後に第１マスク材の膜厚を測定する場合の露光処理のフロー図である。図６は半導体ウエハのショット図である。図７は半導体ウエハ内における第２マスク材の膜厚依存を示す概略図である。図８は第２の実施形態に係る露光処理のフロー図である。図９はＬｏｔの露光処理の順序を示す図である。図１０は第４の実施形態に係る露光処理のフロー図である。図１１は第５の実施形態に係る露光処理のフロー図である。図１２は下地膜の段差と適正露光量等の関係を示した概略図である。図１３は第５の実施形態の変形例に係る露光処理のフロー図であり、図１３（ａ）は第１マスク材塗布後に下地膜の段差を測定する場合の露光処理のフロー図であり、図１３（ｂ）は第２マスク材塗布後に下地膜の段差を測定する場合の露光処理のフロー図であり、図１３（ｃ）は第１マスク材塗布前に下地膜の段差を測定する場合の露光処理のフロー図である。図４は第６の実施形態に係る露光処理のフロー図である。図１５は下地膜の段差部分のレジスト膜厚と適正露光量等の関係を示した概略図である。図１６は第７の実施形態におけるショット内の下地膜の段差上のレジストの膜厚とウエハ面内の依存性の関係を示した図であり、図１６（ａ）は半導体ウエハのショット図であり、図１６（ｂ）はそれぞれのショットにおける露光される半導体ウエハの構成の断面図であり、図１６（ｃ）はショット内の位置Ａ及びＢのＸ軸方向におけるウエハの面内傾向を示した概略図である。図１７は第７の実施形態の変形例に係るレジスト膜厚を測定するショットを示した半導体ウエハのショット図である。図１８は第８の実施形態に係る露光される半導体ウエハの構成図である。図１９は露光工程毎にフォーカスずれ量を管理する概略図である。

以下に図面を参照して、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で表している。但し、図面は模式的なもので
あり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また、図
面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論であ
る。

［第１の実施形態］
第1の実施形態は本発明に係る半導体装置の製造方法であり、露光前に下地膜の膜厚を
測定し、この下地膜の膜厚に応じてレジストを露光する際のフォーカス値を適正にする方
法である。

図１に露光される半導体ウエハの構成を示す。図１に示されるように、半導体ウエハ１
上に、エッチング対象となる酸化膜２が形成されている。この酸化膜２上には、例えば、
Ｃ含有量の多い塗布膜である第１マスク材３、この第１マスク材３上に形成された、例え
ば、ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）を用いた第２マスク材４が形成されている。

この第２マスク材４上にレジスト５が塗布されている。なお、この第２マスク材４は反射
防止膜としても用いられる。

このレジスト５を、フォトマスクを介して露光することにより、デバイスパターンをレ
ジスト５に転写する。このレジスト５をマスクにして、第１マスク材３及び第２マスク材
４をエッチングして、マスクを形成する。その後、このマスクによりエッチング対象とな
る酸化膜２をエッチングする。

ここで、通常、適正フォーカス値は、条件だしと言われる工程において、露光量とフォ
ーカスを振った条件だしと呼ばれる処理を行い、半導体装置の良品が得られる範囲、いわ
ゆる露光マージンを求め、そのセンター条件を露光装置の露光量設定値、及び、適正フォ
ーカス設定値として決定する。このフォーカス値を第１適正フォーカス値とする。

図２（ａ）は、従来のリソ工程における露光処理フローを示す。まず、ステップＳ１に
おいて、酸化膜２上に第１マスク材３を塗布する。その後、ステップＳ２において、第１
マスク材３の上に第２マスク材４を塗布し、その後、ステップＳ３において第２マスク材
４上にレジスト５を塗布する。その後、ステップＳ４において、Ｂａｋｅすることによっ
て、レジスト中の水分を蒸発させ、ステップＳ５において、フォトマスクを介して第１適
正フォーカス値により露光することによりデバイスパターンをレジスト５に転写する。そ
の後、ステップＳ６において、Ｂａｋｅすることによりレジストを硬化させ、ステップＳ
７において、現像することにより、ポジレジストなら光が感光した部分が取り除かれる。

しかし、上述した問題により、第１フォーカス値では第１マスク材３に対して膜種につ
いての微小な膜厚変動の影響により、実際に最適である適正フォーカス値と第１適正フォ
ーカス値の焦点位置に差が生じる。その結果、露光フォーカスずれ引き起こし、露光マー
ジンが低下してしまう。

そこで発明者は、図２（ｂ）に示したように、リソ工程以前の成膜プロセス中の中から
、あらかじめ露光フォーカスずれに影響が大きい工程を見つけ出し、リソ工程の露光前に
膜厚情報から最適となる第２適正フォーカス値を求め、露光処理を行うことを発明した。

具体的には、図２（ｂ）のステップＳ１とステップＳ２の間に、第１マスク材３の膜厚
測定を行うステップＳ８を追加した。ここで、第１マスク材３と適正フォーカス値の関係
は図３のようになっている。すなわち、第１マスク材３の膜厚に比例して適性フォーカス
値が深くなる傾向にある。

そこで、この図３の関係を用いて、ステップＳ８で得た膜厚値から第１適正フォーカス
値を真の適正フォーカス値である第２適正フォーカス値に調整し、第２適正フォーカス値
によってステップＳ５の露光を行なう。

この結果、これまでは、考慮できなかった下地膜厚等の変動によるＡＦ光の焦点検出位
置のずれを補正して露光処理を行うことでき、フォーカスずれが大きく改善でき、露光マ
ージンの向上がなされ歩留りの改善がなされた。

また、第１マスク材３に代えて第２マスク材４の膜厚を測定し、第２マスク材４と適正
フォーカス値の関係を求めておき第１適性フォーカス値を調整することも可能である。

また、第１マスク材３だけでなく、例えば、第２マスク材４と適正フォーカス値の関係
を求めておき複合化して第１適性フォーカス値を調整することも可能である。この場合、
調整パラメータが増えるので第２適正フォーカス値の値を正確に求めることができる。

ここで、第１フォーカス値は、図４（ａ）の第１フォーカス値決定フローにより求めら
れる。すなわち、あらかじめ、所定の下地を形成したサンプルウエハを用意しＳ１１、こ
のサンプルウエハにフォーカス値をショット毎に振りながら露光を行いＳ１２、例えば、
ＣＤＳＥＭにてレジストの寸法を測定しＳ１３、この測定の結果、最も露光マージンの
大きいフォーカスを第１フォーカス値として決定するＳ１４。

また、図３に示す関係は、図４（ｂ）のフローによって算出される。下地の第１マスク
材３の膜厚を振ったサンプルウエハを少なくとも３枚用意するＳ２１。続いて、Ｓ１２〜
Ｓ１３と同様に、それぞれのサンプルウエハ毎に露光、レジスト寸法の測定を行うＳ２２
、Ｓ２３。次に、それぞれのサンプルウエハごとに最も露光マージンの大きいフォーカス
をそれぞれ求めるＳ２４。その結果を、横軸を第１マスク材の膜厚、縦軸を露光マージン
の大きいフォーカス値としてプロットするＳ２５。その結果、図３の関係が得られる。

［第１の実施形態の変形例］
図５のフローに第１の実施形態の変形例を示す。ここで、第１の実施形態と異なる点は
、第１マスク材３を測定する位置が異なることである。この第１の実施形態の変形例では
、図５（ａ）に示すように、第２マスク材塗布Ｓ３２後に、図５（ｂ）に示すようにＢａ
ｋｅＳ４４後に第１マスク材３の膜厚を測定Ｓ３８、Ｓ４８している。

例えば、ＵＶ光のような、レジスト５、または、第２マスク材４を透過する光を用いれ
ば図５（ａ）、（ｂ）に示すステップにおいても第１マスク材３の膜厚測定は可能である
。すなわち、第１マスク材３の塗布後から露光前であれば、膜厚測定順序は問わない。

その結果、第１の実施形態の効果に加えて、第１マスク材３の膜厚測定の位置を、工程
の状況に応じて臨機応変に対応できる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、半導体ウエハのショット毎に第２適正フォーカス値を算出し、露光
フォーカスを適正化するものである。ここで、ショットとは、半導体ウエハ上に１回で露
光される領域であり、半導体ウエハ１枚あたり１０〜１００ショット程度行なわれる。こ
こで、図６に半導体ウエハのショット図を示す。ここで、ショットは半導体ウエハの中央
から周辺に至るまで円形状に配置されている。

ここで、第１マスク材３及び第２マスク材４等の下地等の成膜工程は半導体ウエハ面内
の膜厚依存性が高い。すなわち、半導体ウエハの中央部よりも周辺部の方膜厚が厚い、ま
たは、その逆になる傾向にある。その結果、全てのショットにおいて、同じフォーカス値
を用いても、半導体ウエハの中央部と周辺部では適正フォーカス値が異なってくる。

そこで、発明者は、ショット毎、もしくは、動径方向に対する下地等の膜厚変動分布を
あらかじめ求めておき、ウエハ面内を、露光フォーカス設定値を補正しながら露光するこ
とで、フォーカスずれの影響を抑えることを発明した。

ここで、第２マスク材４を例に挙げて説明するが、第１マスク材３も同様のことが言え
る。図６に斜線で示した位置において第２マスク材４の膜厚測定を行う。その結果、図７
に示すような、横軸にウエハの中心を０としたウエハの中心からの距離を、縦軸に第２マ
スク材４の膜厚をプロットすることにより、第２マスク材４の膜厚のウエハの動径方向依
存性が求められる。なお、第２マスク材４の測定位置は、少なくとも、半導体ウエハ中心
部、最端部、中央部と最端部の中間付近の３点あればよく、この測定位置を増やすことに
より、第３適正フォーカス値の適正度が向上する。

この図７に示す関係を用いて、図８に示すフローによりショットごとの適正フォーカス
値である第３適正フォーカス値を算出する。図８に示すように、Ｓ５８において任意のシ
ョット毎に第２マスク材４の膜厚測定を行う。その結果を図７の関係を用いて、Ｓ５５の
露光工程において、ショット毎にステップＳ５８で得た膜厚値と、半導体ウエハ内のショ
ットの位置から第１適正フォーカス値を真の適正フォーカス値である第３適正フォーカス
値に調整し、第３適正フォーカス値によってステップＳ５５の露光を行う。なお、第３適
正フォーカス値を算出するのに用いる半導体ウエハ中心からのショットの距離は、半導体
ウエハの中心からショット内の第２マスク材の膜厚を測定した位置にするのが好ましい。

ショット内の第１マスク材の膜厚を最も正確に示しているからである。

この結果、第１の実施形態に示された効果に加えて、ショット毎に適正なフォーカス値
である第３適正フォーカス値によって露光することにより、露光マージンの向上がなされ
歩留りの改善ができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、膜厚変動履歴から、処理が近いものから加重的な平均処理を用いて
適正フォーカス値を決めるものである。通常半導体ウエハは、例えば、２５枚で１Ｌｏｔ
を構成し、このＬｏｔに属する半導体ウエハが連続して露光される。すなわち、別Ｌｏｔ
の半導体ウエハでは露光処理される時間にかなりの差が生じる場合がある。ここで、露光
処理される時間が異なれば、湿度、レジストの質等が変化することにより最適フォーカス
値が変化する場合がある。

そこで、発明者は、処理が近いものから加重的な平均処理を用いて適正フォーカス値を
決めることを発明した。図９に示すように処理ロット（ＬｏｔＮ）を処理する第４適正フ
ォーカス値Ｆ_Ｎをロット（ＬｏｔＮ−ｍ）からロット（ＬｏｔＮ−１）までの加重的な平
均処理を用いて算出する物である。なお、Ｎ、ｎは自然数であり、Ｎ＞ｍの関係を有する
。ここで、加重的な平均処理とは一般的に言われていることなので説明を省略する。

また、第１マスク材３または第２マスク材４の膜厚測定を、例えば、２Ｌｏｔ毎、５Ｌ
ｏｔ毎と間隔を大きくすることも可能である。その結果、、第１マスク材３または第２マ
スク材４の膜厚測定時間を省略できる。

この結果、第１の実施形態に示された効果に加えて、Ｌｏｔ毎に適正なフォーカス値で
ある第４適正フォーカス値によって露光することにより、露光マージンの向上がなされ歩
留りの改善ができる。なお、第２の実施形態を合せて行うことにより露光マージンの向上
がなされることは言うまでもない。

［第４の実施形態］
第４の実施形態は露光パターン形成後に第１マスク材の膜厚を測定するものである。

図１０に示すフローにより露光パターン形成後の適正フォーカス値である第５適正フォ
ーカス値を算出する。ここで、この第５適性フォーカス値は、処理された半導体ウエハ、
例えば、ウエハＮにはこの第４適正フォーカス値をフィードバックすることはできない。

しかし、次に処理されるウエハＮ＋１にフィードフォワードすることができる。

その結果、第１の実施形態に加えて、直前のウエハの適正な第５適性フォーカス値によ
って、直後に露光処理される半導体ウエハを処理することができ、露光マージンの向上が
なされ歩留りの改善ができる。また、第２及び第３の実施形態と組み合わせることにより
、露光マージンの向上がなされることは言うまでもない。また、露光パターン形成後にお
いては、Scattterometry(光散乱計測)による
ＯＣＤ技術を用いることにより、レジストパターン寸法測定と同時に上記計測を行うこと
により工程簡略化ができる。

［第５の実施形態］
第５の実施形態は、露光前に下地膜の段差を測定し、この下地膜の段差に応じてレジス
トを露光する際のフォーカス値を適正にする方法である。

ここで、第１適正露光量等では下地膜である酸化膜２の段差変動の影響により上層のレ
ジスト５の膜厚が変動するという問題がある。そのため、実際に最適である適正フォーカ
ス値及び適正露光量（以下、適正フォーカス値及び適正露光量を合わせて「適正露光量等
」とする）と第１適正露光量等に差が生じる。その結果、露光マージンが低下してしまう
。

図１１に、第５の実施形態における露光処理フローを示す。まず、ステップＳ６１にお
いて、酸化膜２上に第１マスク材３を塗布する。その後、ステップＳ６２において、第１
マスク材３の上に第２マスク材４を塗布し、その後、ステップＳ６３において第２マスク
材４上にレジスト５を塗布する。その後、ステップＳ６４において、Ｂａｋｅすることに
よって、レジスト中の水分を蒸発させ、ステップＳ６５において、フォトマスクを介して
第１適正フォーカス値及び第１適正露光量により露光することによりデバイスパターンを
レジスト５に転写する。その後、ステップＳ６６において、Ｂａｋｅすることによりレジ
ストを硬化させ、ステップＳ６７において、現像することにより、ポジレジストなら光が
感光した部分が取り除かれる。

しかし、上述した問題により、第１適正露光量等では下地膜である酸化膜２の段差変動
の影響により上層のレジスト５の膜厚が変動する。そのため、実際に最適である適正フォ
ーカス値及び適正露光量と第１適正露光量等に差が生じる。その結果、露光マージンが低
下してしまう。

そこで発明者は、図１１に示したように、酸化膜２の段差情報から最適となる第６適正
露光量等を求め、露光処理を行うことを発明した。ここで、酸化膜２の段差測定位置はシ
ョット内の任意の位置で良いが、それぞれのショット間では同じ位置の段差を測定する。

具体的には、図１１のステップＳ６１の前に、酸化膜２の段差測定を行うステップＳ６
８を追加した。ここで、酸化膜２の段差と適正露光量の関係は例えば図１２のようになっ
ている。すなわち、酸化膜２の段差に比例して適正露光量が変化する傾向にある。

そこで、この図１２のグラフを用いて、ステップＳ６８で得た酸化膜２の段差から第１
適正露光量等を真の適正露光量等である第６適正露光量等に調整し、第６適正露光量等に
よってステップＳ６５の露光を行なう。

この結果、これまでは、考慮できなかった下地膜の段差の変動による適正露光量等のず
れを補正して露光処理を行うことでき、露光マージンの向上がなされ歩留りの改善がなさ
れた。

また、酸化膜２の段差測定位置をショット内で複数個設けることにより、下地膜の段差
の変動をより正確にとらえることができ、さらなる露光マージンの向上ができる。

ここで、第６適正露光量等を算出する図１２に示したグラフは、第１の実施形態と同様
に求められる。あらかじめ、酸化膜２の段差を変化させたサンプルウエハを複数枚用意す
る。それぞれのサンプルウエハにフォーカス値及び露光量をショット毎に振りながら露光
を行い、例えば、ＣＤＳＥＭにてレジストの寸法を測定し、それぞれのサンプルウエハ
につき最も露光マージンの大きいフォーカス及び露光量を決定する。この測定の結果、酸
化膜２の段差と最も露光マージンの大きいフォーカス及び露光量の関係を求めることによ
り、図１２のグラフが得られる。

また、第５の実施形態は第２〜４の実施形態にも適用できる。半導体ウエハのショット
毎に第６適正露光量等を算出し、露光量を適正化する（第２の実施形態）、処理が近いも
のから加重的な平均処理を用いて適正露光量等を決める（第３の実施形態）及び次に処理
されるウエハＮ＋１にフィードフォワードする（第４の実施形態）ことも可能である。

［第５の実施形態の変形例］
図１３のフローに第５の実施形態の変形例を示す。ここで、第５の実施形態と異なる点
は、酸化膜２の段差を測定する位置が異なっていることである。この第５の実施形態の変
形例では、図１３（ａ）に示すように、第１マスク材塗布Ｓ６１後に、図１３（ｂ）に示
すように第２マスク材塗布後Ｓ６２後に、をそれぞれ段差測定Ｓ６８（ａ）、Ｓ６８（ｂ
）している。

すなわち、酸化膜２の形成後から露光前であれば、段差測定順序は問わない。その結果
、第５の実施形態の効果に加えて、酸化膜２の段差測定の位置を、工程の状況に応じて臨
機応変に対応できる。

また、図１３（ａ）に示す場合は、酸化膜２と第１マスク材３の段差を合わせて測定す
ることになる。その結果、酸化膜２の段差に加え、第１マスク材３の膜厚バラツキも考慮
した第６適正露光量等で露光することが可能になる。

また、図１３（ｂ）に示す場合は、酸化膜２、第１マスク材３及び第２マスク材４の段
差を合わせて測定することになる。その結果、酸化膜２の段差に加え、第１マスク材３及
び第２マスク材４の膜厚バラツキも考慮した第６適正露光量等で露光することが可能にな
る。

また、図１３（ｃ）に示すように酸化膜２がいわゆるハードマスクである場合には酸化
膜２の形成Ｓ６０の前に、半導体ウエハ１の段差の測定Ｓ６８（ｃ）を行うことも可能で
ある。下地である半導体ウエハ１の段差により酸化膜２の段差が形成されるからである。

なお、酸化膜２の下地は半導体ウエハ１に限らず、導電体や絶縁膜であってもよい。

その結果、第５の実施形態の効果に加えて、段差測定の位置を、工程の状況に応じて臨
機応変に対応できる。

［第６の実施形態］
第６の実施形態は、酸化膜の段差測定に代えて、この段差部分のレジストの膜厚を測定
し、露光する際の露光量等を適正にする方法である。

図１４に、第６の実施形態における露光処理フローを示す。まず、ステップＳ７１にお
いて、酸化膜２上に第１マスク材３を塗布する。その後、ステップＳ７２において、第１
マスク材３の上に第２マスク材４を塗布し、その後、ステップＳ７３において第２マスク
材４上にレジスト５を塗布する。その後、ステップＳ７４において、Ｂａｋｅすることに
よって、レジスト中の水分を蒸発させ、ステップＳ７５において、フォトマスクを介して
第１適正フォーカス値及び第１適正露光量等により露光することによりデバイスパターン
をレジスト５に転写する。その後、ステップＳ７６において、Ｂａｋｅすることによりレ
ジストを硬化させ、ステップＳ７７において、現像することにより、ポジレジストなら光
が感光した部分が取り除かれる。

しかし、第１適正露光量等では下地膜である酸化膜２の段差変動の影響により上層のレ
ジスト５の膜厚が変動する。そのため、実際に最適である適正露光量等と第１適正露光量
等に差が生じる。その結果、露光マージンが低下してしまう。

そこで発明者は、図１４に示したように、酸化膜２の段差部分のレジスト５の膜厚から
最適となる第７適正露光量等を求め、露光処理を行うことを発明した。ここで、レジスト
５の膜厚測定位置は酸化膜２の段差が形成されている位置であれば任意の位置で良いが、
それぞれのショット間では同じ位置の段差を測定する。

具体的には、図１４のステップＳ７３とステップＳ７４の間に、レジスト５の膜厚測定
を行うステップＳ７８を追加した。ここで、酸化膜２の段差と適正露光量の関係は例えば
図１５のようになっている。すなわち、レジスト５の膜厚に比例して適正露光量が変化す
る傾向にある。

そこで、この図１５のグラフを用いて、ステップＳ７８で得たレジスト５の膜厚から第
１適正露光量等を真の適正露光量等である第７適正露光量等に調整し、第７適正露光量等
によってステップＳ７５の露光を行なう。

また、レジスト５の膜厚測定位置をショット内で複数個設けることにより、下地膜の段
差の変動をより正確にとらえることができ、さらなる露光マージンの向上ができる。

ここで、図１５に第７適正露光量等を算出するグラフを示す。このグラフは、第５の実
施形態と同様に求められる。あらかじめ、レジスト５の膜厚を変化させたサンプルウエハ
を複数枚用意する。それぞれのサンプルウエハにフォーカス値及び露光量をショット毎に
振りながら露光を行い、例えば、ＣＤＳＥＭにてレジストの寸法を測定し、それぞれの
サンプルウエハにつき最も露光マージンの大きいフォーカス及び露光量を決定する。この
測定の結果、段差部分のレジスト５の膜厚と最も露光マージンの大きいフォーカス及び露
光量の関係を求めることにより、図１５のグラフが得られる。

また、図１５のグラフはサンプルウエハを用いず、リソグラフィシュミレーションから
求めることも可能である。その結果、サンプルウエハが不要になり、簡易に段差部分のレ
ジスト５の膜厚と最も露光マージンの大きいフォーカス及び露光量の関係を求めることが
できる。

また、第６の実施形態は第２〜４の実施形態にも適用できる。半導体ウエハのショット
毎に第７適正露光量等を算出し、露光量を適正化する（第２の実施形態）、処理が近いも
のから加重的な平均処理を用いて適正露光量等を決める（第３の実施形態）及び次に処理
されるウエハＮ＋１にフィードフォワードする（第４の実施形態）ことも可能である。

［第７の実施形態］
第７の実施形態は、半導体ウエハのショット内の複数の位置の段差上のレジスト膜厚を
測定することにより適正露光量等を算出し、露光量等を適正化するものである。

図１６にショット内の酸化膜２の段差上のレジスト５の膜厚とウエハ面内の依存性の関
係を図示する。なお、断面図において半導体ウエハ１、第１マスク材３及び第２マスク材
４は便宜上省略する。図１６（ａ）に半導体ウエハのショット図を、図１６（ｂ）にそれ
ぞれのショットにおける露光される半導体ウエハの構成の断面図を示す。ここで、図１６
（ｂ）において、Ｘ方向の正方向で高くなる下地膜の段差を位置Ａと、Ｘ方向の負方向で
高くなる下地膜の段差を位置Ｂとする。

ウエハの中心ＣＥＴ付近においては、位置Ａ、Ｂ上のレジスト５の膜厚はほぼ同じであ
る。しかし、Ｘ方向の小さいウエハ外周ＥＤＧ１においては、位置Ａ上のレジスト５の膜
厚は厚くなるが、位置Ｂ上のレジスト５の膜厚は薄くなる。一方、Ｘ方向の大きいウエハ
外周ＥＤＧ２においては、位置Ａ上のレジスト５の膜厚は薄くなるが、位置Ｂ上のレジス
ト５の膜厚は厚くなる。

ここで、位置Ａ及びＢのＸ軸方向におけるウエハの面内傾向は図１６（ｃ）に示すよう
になる。このように面内傾向が異なることは、レジスト５がスピンコートにより形成され
ることから容易に想像できる。

そこで、発明者はショット内においてレジスト５のウエハ面内傾向が異なる箇所を複数
測定することにより、露光量等を適正化することを発明した。

ここで、第７の実施形態における露光処理フローは第６の実施形態と同様であるので省
略する。ここで、第６の実施形態と異なる点は、それぞれのショット内において複数の位
置における段差上のレジスト５の膜厚を測定することである。この複数のレジスト５の膜
厚から半導体ウエハ内のショット毎に第１適正露光量等を真の適正露光量等である第７適
正露光量等によってステップＳ７５の露光を行う。

ここで、第７適正露光量等を算出する関係式は、第６の実施形態と同様に求められる。

ただし、第６の実施形態に加えて、ショット内において複数の位置、例えば、図１６（ｂ
）の位置Ａと位置Ｂにおける段差上のレジスト５の膜厚も測定する。

この測定の結果、複数の位置（例えば、位置Ａ及び位置Ｂ）のレジスト５の膜厚と最も
露光マージンの大きいフォーカス及び露光量の関係を求めることができる。ここで、ステ
ップ７８の膜厚測定結果から得られた複数の位置におけるレジスト５の膜厚と上記関係か
らもっとも露光マージンが大きくなるようなフォーカス及び露光量を第７適正露光量等と
して算出する。その結果、第６の実施形態よりも露光マージンの向上ができる。

［第７の実施形態の変形例］
第７の実施形態の変形例は、ステップＳ７８のレジスト５の膜厚測定をウエハの全ショ
ットおこなうのではなく、数ショット行うことによりウエハのレジスト５の膜厚傾向を推
測することにより第７適正露光量等を算出するものである。

例えば、図１７に示すようにウエハの中心からＸ軸の正方向及びＹ軸の正方向のショッ
トにおける段差上のレジスト５の膜厚を測定する。そのレジスト５の膜厚測定結果から、
ウエハ全面におけるレジスト５の面内傾向を予測する。レジスト５の膜厚を測定していな
いショットにおいては、第７適正露光量等はこの予測に基づいて算出する。その結果、膜
厚の測定時間を短縮することができる。

［第８の実施形態］
第８の実施形態は、第５乃至第７の実施形態と比べて半導体ウエハの構成が異なる。具
体的には、第１マスク材３及び第２マスク材４が無い点である。

図１８に露光される半導体ウエハの構成を示す。図１８に示されるように、半導体ウエ
ハ１上に、エッチング対象となる酸化膜２が形成されている。この酸化膜２上には、レジ
スト５が塗布されている。このように、第１マスク材３及び第２マスク材４が無くても第
１適正露光量等では下地膜である酸化膜２の段差変動の影響により上層のレジスト５の膜
厚が変動するという問題が生じるからである。

第８の実施形態における露光処理フローは、酸化膜２上に第１マスク材３を塗布するス
テップＳ６１、Ｓ７１と、第１マスク材３の上に第２マスク材４を塗布するステップＳ６
２、Ｓ７２が無い点を除いて第５乃至第７の実施形態の露光処理フローと同様である。

この第８の実施形態においても、第５乃至第７の実施形態と同様の効果が得られる。

［その他］
また、図１９に示したように、露光工程毎（例えば、工程Ａが第１層の露光工程、工程
Ｂが第１層の上層にある第２層を露光する第２露光工程・・・）に下地膜厚等変動または
下地膜の段差に対するフォーカス、露光量のずれ量を管理し、データベース化して、集中
管理することも望ましい形態である。また、本実施形態においては、下地膜等の膜厚変動
によるＡＦ焦点位置の変動と露光光自体のフォーカス位置の変動を実際の膜厚振りを行い
、フォーカス位置ずれ量を実験から求め、ライブラリー化することを示したが、実験に限
定される必要はなく、ＡＦ光、及び、露光光のそれぞれについてのフォーカス位置の下地
膜厚依存性をシミュレーションにより求め、露光設定フォーカス値にフィードバック、も
しくは、フィードフォワードしてもよい。

1：半導体ウエハ、２：酸化膜、３：第１マスク材、４：第２マスク材、５：レジスト

Claims

半導体ウエハ上に第１マスク材を形成する工程と、
前記第１マスク材の膜厚測定をする工程と、
前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、
前記第２マスク材上にレジストを塗布する工程と、
前記レジストを露光する工程と
を具備し、
前記第１マスク材の膜厚に応じて前記レジストを露光する工程のフォーカス値を適正フ
ォーカス値に調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
第１ショット及び第２ショットを有する半導体ウエハ上に第１マスク材を形成する工程
と、
前記第１及び第２ショットの前記第１マスク材の膜厚測定をする工程と、
前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、
前記第２マスク材上にレジストを塗布する工程と、
前記第１及び第２ショットの前記レジストを露光する工程と
を具備し、
前記第１ショットの前記第１マスク材の膜厚に応じて前記第１ショットの前記レジスト
を露光する工程のフォーカス値を適正フォーカス値に調整し、
前記第２ショットの前記第１マスク材の膜厚に応じて前記第２ショットの前記レジスト
を露光する工程のフォーカス値を適正フォーカス値に調整することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
前記適正フォーカス値は、前記適正フォーカス値となる前記第１マスク材の基準膜厚と
測定された前記第１マスク材の膜厚の差から算出されることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
Ｎ枚（Ｎは自然数）の半導体ウエハを１枚目からＮ枚目まで露光する半導体装置の製造
方法において、
それぞれの前記半導体ウエハ上に第１マスク材を形成する工程と、
それぞれの前記半導体ウエハ上における前記第１マスク材の膜厚測定し、第１乃至第Ｎ
膜厚を記憶する工程と、
それぞれの前記半導体ウエハ上における前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する
工程と、
それぞれの前記半導体ウエハ上における前記第２マスク材上にレジストを塗布する工程
と、
それぞれの前記半導体ウエハ上における前記レジストを露光する工程と
を具備し、
前記第１乃至第Ｎ−１膜厚の加重平均を用いて前記Ｎ枚目の半導体ウエハ上における前
記レジストを露光する工程のフォーカス値を適正フォーカス値に調整することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
前記第１マスク材の膜厚測定は、前記第２マスク材を形成すると同時に行うことを特徴
とする請求項１乃至４に記載の半導体装置の製造方法。
半導体ウエハ上に段差を有する加工対象膜を形成する工程と、
前記被加工膜上に第１マスク材を形成する工程と、
前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、
前記第２マスク材上にレジストを塗布する工程と、
前記被加工膜の前記段差上の前記レジストの膜厚を測定する工程と、
前記レジストを露光する工程と
を具備し、
前記レジストの膜厚に応じて前記レジストを露光する工程の露光量等を適正露光量等に
調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体ウエハ上の加工対象膜の段差を測定する工程と、
前記加工対象膜上に第１マスク材を形成する工程と、
前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、
前記第２マスク材上にレジストを塗布する工程と、
前記レジストの膜厚を測定する工程と、
前記レジストを露光する工程と
を具備し、
前記加工対象膜の段差に応じて前記レジストを露光する工程の露光量等を適正露光量等
に調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
第１ショット及び第２ショットを有する半導体ウエハにおいて、
前記半導体ウエハ上の前記第１及び第２ショットのそれぞれに段差を有する加工対象膜
を形成する工程と、
前記加工対象膜上に第１マスク材を形成する工程と、
前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、
前記第２マスク材上にレジストを塗布する工程と、
前記第１及び第２ショットの前記加工対象膜の前記段差上の前記レジストの膜厚測定を
する工程と、
前記第１及び第２ショットの前記レジストを露光する工程と
を具備し、
前記第１ショットの前記レジストを露光する工程において、前記第１ショットの前記レ
ジストの膜厚に応じて露光量等を第１適正露光量等に調整し、
前記第２ショットの前記レジストを露光する工程において、前記第２ショットの前記レ
ジストの膜厚に応じて露光量等を第２適正露光量等に調整することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
第１ショット及び第２ショットを有する半導体ウエハにおいて、
前記半導体ウエハ上に段差を有する加工対象膜を形成する工程と、
前記第１ショット及び第２ショットの前記加工対象膜の前記段差を測定する工程と、
前記加工対象膜上に第１マスク材を形成する工程と、
前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、
前記第２マスク材上にレジストを塗布する工程と、
前記第１及び第２ショットの前記レジストを露光する工程と
を具備し、
前記第１ショットの前記レジストを露光する工程において、前記第１ショットの前記加
工対象膜の段差に応じて露光量等を第１適正露光量等に調整し、
前記第２ショットの前記レジストを露光する工程において、前記第２ショットの前記加
工対象膜の段差に応じて露光量等を第２適正露光量等に調整することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
第１ショット及び第２ショットを有する半導体ウエハにおいて、
前記半導体ウエハ上の前記第１及び第２ショットのそれぞれに複数の段差を有する加工
対象膜を形成する工程と、
前記加工対象膜上に第１マスク材を形成する工程と、
前記第１マスク材上に第２マスク材を形成する工程と、
前記第２マスク材上にレジストを塗布する工程と、
それぞれのショット内において前記加工対象膜の複数の前記段差上の前記レジストの膜
厚測定をする工程と、
前記第１及び第２ショットの前記レジストを露光する工程と
を具備し、
前記第１ショットの前記レジストを露光する工程において、前記第１ショットの前記レ
ジストの複数の前記段差上の膜厚に応じて露光量等を第１適正露光量等に調整し、
前記第２ショットの前記レジストを露光する工程において、前記第２ショットの前記レ
ジストの複数の前記段差上の膜厚に応じて露光量等を第２適正露光量等に調整することを
特徴とする半導体装置の製造方法。