JP2010074043A - Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体ウェハの露光工程に用いられる半導体製造方法および半導体製造装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus used, for example, in a semiconductor wafer exposure process.
近年、半導体装置の高集積化、高性能化に伴い、半導体の微細加工技術は、寸法精度のさらなる向上が要求されている。このような微細加工技術において中心となるのが、基板上に塗布した感光膜にフォトマスク上の回路パタンを露光転写、現像を経てパタン形成をするリソグラフィ技術と、転写された感光膜の回路パタンを基に被エッチング膜を加工するドライエッチング技術である。 In recent years, with higher integration and higher performance of semiconductor devices, further improvement in dimensional accuracy is required for semiconductor microfabrication technology. The main points in such microfabrication technology are lithography technology in which a circuit pattern on a photomask is exposed and transferred to a photosensitive film coated on a substrate, and a pattern is formed through development, and circuit pattern of the transferred photosensitive film. This is a dry etching technique for processing a film to be etched based on the above.
リソグラフィ工程において、転写すべき基板が反っているために、ベーク処理をする際にベーク板に完全に密着できずに、ウェハ面内において温度のばらつきが生じることがある。また、ドライエッチング工程において反応副生成物などの影響により、ウェハ面内で、特に基板中央と基板端でエッチング量が不均一となることがある。これらの要因により、ウェハ面内に形成されるパタン寸法にばらつきが生じてしまう。このような寸法ばらつきは、同心円に近い寸法ばらつき分布となることが多い。寸法精度向上のために、塗布・現像装置、ドライエッチング装置側において、それぞればらつきを抑制するための改善が検討されているものの、十分なものとはいえない。 In the lithography process, since the substrate to be transferred is warped, it may not be able to completely adhere to the bake plate during the baking process, and temperature variation may occur in the wafer surface. In addition, due to the influence of reaction by-products in the dry etching process, the etching amount may be nonuniform within the wafer surface, particularly at the substrate center and at the substrate edge. Due to these factors, variations occur in the dimensions of the pattern formed in the wafer surface. Such a dimensional variation often becomes a dimensional variation distribution close to a concentric circle. In order to improve the dimensional accuracy, improvements for suppressing variations on the coating / developing apparatus and the dry etching apparatus side have been studied, but this is not sufficient.
そこで、リソグラフィ工程において、露光する際、露光ショット毎に露光量を変動させることにより、パタン寸法のばらつきをある程度まで相殺するという手法が用いられている(例えば特許文献1など参照)。また、予め露光ショット内の照度分布が均一になるように補正する手法が用いられている(例えば特許文献2など参照)。しかしながら、半導体装置のさらなる高集積化に対応可能な寸法精度を得ることは困難であるという問題がある。
本発明は、ウェハ面内のパタン寸法の均一性を向上させ、半導体装置の特性のばらつきを抑えることが可能な半導体製造方法と半導体製造装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus capable of improving uniformity of pattern dimensions in a wafer surface and suppressing variation in characteristics of semiconductor devices.
本発明の一態様によれば、ウェハ上にマスクパタンを複数の露光ショットにより露光する際に、予め測定されたエッチング後の各前記露光ショット内のパタン寸法分布に基づき、各前記露光ショット内の補正露光量を求め、各前記露光ショットにおいて、それぞれの前記補正露光量で露光し、露光された前記ウェハをエッチングすることにより、前記ウェハにパタンを形成することを特徴とする半導体製造方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, when a mask pattern is exposed on a wafer by a plurality of exposure shots, the pattern size distribution in each exposure shot after etching is measured in advance. A semiconductor manufacturing method is provided, wherein a pattern is formed on the wafer by obtaining a corrected exposure amount, exposing each exposure shot at the corrected exposure amount, and etching the exposed wafer. Is done.
また、本発明の一態様によれば、複数の露光ショットによりウェハ上にマスクパタンを転写するための光源と、前記露光ショット内の露光量を調整するための露光量フィルタと、前記ウェハ内の位置に対応した予め測定されたエッチング後の各前記露光ショット内のパタン寸法分布に基づく各前記露光ショット内の補正露光量が記憶される記憶媒体と、前記補正露光量に基づき、前記露光ショット毎に前記露光量フィルタを制御する露光量制御機構を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。 Further, according to one aspect of the present invention, a light source for transferring a mask pattern onto a wafer by a plurality of exposure shots, an exposure amount filter for adjusting an exposure amount in the exposure shots, A storage medium for storing a corrected exposure amount in each exposure shot based on a pattern size distribution in each of the exposure shots after etching corresponding to a position measured in advance, and for each exposure shot based on the corrected exposure amount The semiconductor manufacturing apparatus is provided with an exposure amount control mechanism for controlling the exposure amount filter.
本発明の一実施態様によれば、ウェハ面内のパタン寸法の均一性を向上させ、半導体装置の特性のばらつきを抑えることが可能となる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to improve the uniformity of pattern dimensions within a wafer surface and suppress variations in characteristics of semiconductor devices.
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1に本実施形態の半導体製造装置である露光装置の構成を示す。図に示すように、ウェハw上にマスクパタンを転写するための光を照射する光源11と、光源からの光を成形するためのスリット12が設置されている。そして、このスリット12には、照射光の強度分布を調整するための露光量フィルタ13が、フィルタそのものがウェハw上に解像しないような光学系位置に設けられている。さらに、マスクパタンが形成されたマスク14を載置するマスクステージ15、投影レンズ16、ウェハwを載置し、XY方向に駆動するウェハステージ17が設置されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows the configuration of an exposure apparatus which is a semiconductor manufacturing apparatus of this embodiment. As shown in the figure, a
そして、マスクステージ15、ウェハステージ17は、これらの相対位置により照射位置情報を取得するための位置センサ18、19を介して、露光量フィルタ13とともに、露光量制御機構である制御部20と接続されている。これら位置センサにはレーザ干渉計が使用されることもある。さらに、制御部20は、測定機構21において露光ショット内のパタン寸法分布が測定され、これに基づき演算機構22において算出された露光補正量が入力・記憶された記憶媒体23と接続されている。
Then, the
このような露光装置を用いて、以下のようにして露光処理が行われる。 Using such an exposure apparatus, an exposure process is performed as follows.
図2にフローチャートを示すように、先ず、露光処理の前段階として、事前に露光量を変化させてマスクパタンを転写させたサンプルウェハを形成し、エッチング後のパタン寸法を測定することにより、パタン寸法の露光量依存性のデータを取得する(S1)。 As shown in the flowchart in FIG. 2, first, as a pre-stage of the exposure process, a sample wafer having a mask pattern transferred by changing the exposure amount in advance is formed, and the pattern dimension after etching is measured. Data on the exposure dose dependency of the dimensions is acquired (S1).
次いで、別のサンプルウェハを用いて、CD−SEM(Critical Dimension−Scanning Electron Microscope)などの測定機構21において、ウェハw上の各露光ショット内の複数位置におけるエッチング後のパタン寸法を測定し、各露光ショット内のパタン寸法分布のデータを取得する(S2)。このとき、例えば、図3に示すように、露光ショット31における各チップ32内においてa1、a2・・・anと、格子点状に測定を行うことが好ましい。なお、このように1ショットで複数チップを露光する場合のみならず、1ショットで1チップを露光する際も同様である。
Next, using another sample wafer, the
このようにして露光ショット内のパタン寸法の測定を行った結果の一例を図4に示す。図中、測定点a1、a2〜a30におけるエッチング後の実測寸法と狙い目寸法との差ΔCDが、+3nm≦<+4nmの領域を領域41、+2nm≦ΔCD<+3nmの領域を領域42、+1nm≦ΔCD<+2nmの領域を領域43、ほぼ狙い目通りの−1nm≦ΔCD<+1nmの領域を領域44、−2nm≦ΔCD<−1nmの領域を領域45、−3nm≦ΔCD<−2nmの領域を領域46、−4nm≦ΔCD<−3nmの領域を領域47とする。
An example of the result of measuring the pattern size in the exposure shot in this way is shown in FIG. In the figure, the difference ΔCD between the measured dimension after etching at the measurement points a 1 and a 2 to a 30 and the target dimension is a
ここで、ΔCD>0とは、残しの配線ラインの実測寸法が狙い目寸法より太いこと、ΔCD<0とは、残しの配線ラインの実測寸法が狙い目寸法より細いことを意味する。また、エッチング変換差は、(リソグラフィ工程後のレジスト残し寸法)−(エッチング後の残し配線ライン寸法)とする。 Here, ΔCD> 0 means that the actually measured dimension of the remaining wiring line is thicker than the target dimension, and ΔCD <0 means that the actually measured dimension of the remaining wiring line is thinner than the target dimension. The etching conversion difference is (resist remaining dimension after lithography process) − (remaining wiring line dimension after etching).
この場合、寸法の太い領域41、42、43は、寸法を細くするために露光量を上げる補正、寸法の細い領域45、46、47は、寸法を太くするために露光量を下げる補正を行う必要がある。そこで、演算機構22において、エッチング後の実測寸法と狙い目寸法との差ΔCDを補正するのに必要な露光量を、パタン寸法の露光量依存性のデータに基づき算出する。そして、算出された露光量に基づき、各露光ショット内の補正露光量分布のデータを算出する(S3)。取得された各露光ショット内の補正露光量分布のデータは、記憶媒体23に記憶される。
In this case, the
そして、記憶媒体23に記憶された各露光ショット内の補正露光量分布のデータに基づき、各露光ショットにおいて、露光量を調整しながら露光し、マスクパタンを被処理膜上にレジスト感光膜が塗布されたウェハw上に転写する(S4)。
Then, based on the corrected exposure amount distribution data in each exposure shot stored in the
このとき、光源11からの照射光は、スリット12において成形され、制御部20によりマスクステージ15およびウェハステージ17を移動させることにより、マスク14上をスキャンする。同時に、それぞれ位置センサ18、19において検知された露光ショット内の照射位置の情報と、記憶媒体23からの露光補正量に基づき、制御部20により露光量フィルタ13が制御され、スキャン方向と垂直方向(スリット長手方向)の照射光の強度分布が調整される。
At this time, irradiation light from the
露光量フィルタ13は、例えば、図5に示すように、透過率に勾配を持たせた複数のフィルタ13aから構成されており、制御部20により各フィルタがスリット12の長手方向と垂直方向に動かされることにより、スリット12上が所望の透過率となるように制御される。
For example, as shown in FIG. 5, the
さらに、照射光は、投影レンズ16などを経て、ウェハw上をスキャンしながら露光することにより、ウェハw上にマスクパタンを転写させる。 Further, the irradiation light is exposed through the projection lens 16 while scanning the wafer w, thereby transferring the mask pattern onto the wafer w.
そして、1ショット分の露光が完了したら、制御部20によりウェハステージ17移動させることにより、ウェハwにおける露光位置を次の位置に移動させ、同様にして1ショット分の露光を行う。さらに、全面露光が完了したかどうかを判断し(S5)、完了していない場合、再度ウェハwにおける露光位置を次の位置に移動させ、露光を繰り返す。
When exposure for one shot is completed, the
ウェハw全面の露光が完了した後、現像、ベーク処理を行い、被処理膜をエッチング処理することにより、ウェハw上に回路パタンが形成される(S6)。 After the exposure of the entire surface of the wafer w is completed, development and baking are performed, and the film to be processed is etched, thereby forming a circuit pattern on the wafer w (S6).
このようにして、露光位置により、露光ショット内での露光量を補正することにより、より高精度にパタン寸法のばらつきを抑え、均一性を向上させることが可能となる。 In this way, by correcting the exposure amount in the exposure shot according to the exposure position, it is possible to suppress variations in pattern dimensions with higher accuracy and improve uniformity.
本実施形態において、透過率勾配を有する複数のフィルタ13aからなる露光量フィルタ13を用いたが、光源からの照射光の透過率を位置により制御することが可能なフィルタであれば、特に限定されるものではない。例えば、図6に示すように、複数の光路を遮断するポール63aを密に配置し、ポールの本数をスリット62の位置で変動させることにより、透過率を変動させてもよい。また、図7に示すように、断面が楕円になっているポール73aを複数配置し、スリット72の位置により適宜回転させて遮光する面積を変動させることにより、透過率を変動させてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態において、ウェハw上の各露光ショット内の複数位置におけるエッチング後のパタン寸法を測定したが、ウェハw上の全ての露光ショットについて測定を行うことが好ましい。 In the present embodiment, the pattern dimensions after etching at a plurality of positions in each exposure shot on the wafer w are measured, but it is preferable to measure all the exposure shots on the wafer w.
但し、図8にパタン寸法のばらつきを示すエッチング変換差とウェハ中心からの距離の関係の一例を示すように、例えば12インチのウェハにおいて、エッチング変換差の変動が穏やかな0〜120mmにおいては、ショット内のパタン寸法のばらつきが小さいと考えられる。このような場合、図9に測定領域の概念図を示すように、破線で表示するウェハw中心から120mmのラインの内側の領域(半分以上が含まれる領域を含む)の露光ショット91については、パタン寸法の測定を行わず、ウェハw中心から120mmのラインより外側の領域(半分以上が含まれる領域を含む)の露光ショット92(ハッチングされた領域)について、パタン寸法の測定を行うこととしてもよい。
However, as shown in FIG. 8 as an example of the relationship between the etching conversion difference indicating the variation in the pattern size and the distance from the wafer center, for example, in a 12-inch wafer, in the range of 0 to 120 mm where the variation of the etching conversion difference is moderate, It is considered that the variation in pattern size in the shot is small. In such a case, as shown in the conceptual diagram of the measurement area in FIG. 9, the exposure shot 91 in the area (including the area including more than half) of the 120 mm line from the center of the wafer w displayed by the broken line, The pattern dimension may be measured for the exposure shot 92 (hatched area) in an area outside the
このように、エッチング変換差の変動のウェハ中心からの距離依存性により測定領域を限定することにより、測定時間を短縮し、スループットを向上させることが可能となる。 In this way, by limiting the measurement region based on the distance dependency from the wafer center of the variation in the etching conversion difference, the measurement time can be shortened and the throughput can be improved.
さらに、本実施形態において、パタン寸法のばらつきであるエッチング後の実測寸法と狙い目寸法との差ΔCDが−1nm≦ΔCD<+1nmの領域を、ほぼ狙い目通りとして補正を行わなかったが、ばらつき範囲は、製品スペックに応じて適宜設定される。そして、露光ショット内において、全ての領域において設定範囲内であれば、その露光ショットにおいては補正が不要と判断することができる。 Further, in the present embodiment, the region where the difference ΔCD between the actually measured dimension after etching, which is a variation in the pattern dimension, and the target dimension ΔCD is −1 nm ≦ ΔCD <+1 nm is not corrected almost as the target. Is appropriately set according to product specifications. If the exposure shot is within the set range in all regions, it can be determined that no correction is required for the exposure shot.
また、本実施形態においては、照射光をスリットにより一軸方向に成形し、スキャンさせる場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、面照射する場合においても適用することが可能である。この場合、露光量フィルタは二次元的に透過率を制御できるものであればよい。 Further, in the present embodiment, the case where the irradiation light is formed in a uniaxial direction by the slit and scanned is given as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, surface irradiation. Is possible. In this case, the exposure amount filter only needs to be capable of controlling the transmittance two-dimensionally.
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. Various other modifications can be made without departing from the scope of the invention.
w…ウェハ
11…光源
12、62、72…スリット
13、63、73…露光量フィルタ
13a…フィルタ
14…マスク
15…マスクステージ
16…投影レンズ
17…ウェハステージ
18、19…位置センサ
20…制御部
21…測定機構
22…演算機構
23…記憶媒体
31、91、92…露光ショット
32…チップ
41、42、43、44、45、46、47…領域
63a、73a…ポール
w ...
Claims (5)
予め測定されたエッチング後の各前記露光ショット内のパタン寸法分布に基づき、各前記露光ショット内の補正露光量を求め、
各前記露光ショットにおいて、それぞれの前記補正露光量で露光し、
露光された前記ウェハをエッチングすることにより、前記ウェハにパタンを形成することを特徴とする半導体製造方法。 When exposing a mask pattern on a wafer with multiple exposure shots,
Based on a pre-measured pattern size distribution in each exposure shot after etching, a corrected exposure amount in each exposure shot is obtained,
In each of the exposure shots, exposure is performed at the corrected exposure amount.
A pattern is formed on the wafer by etching the exposed wafer to form a semiconductor manufacturing method.
予め求めた前記エッチング後のパタン寸法と露光量との関係に基づき、前記寸法補正量より前記補正露光量を求めることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造方法。 Based on the pattern size distribution, a dimensional correction amount is obtained,
2. The semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein the corrected exposure amount is obtained from the dimensional correction amount based on a relationship between the pattern size after etching and the exposure amount obtained in advance.
前記パタン寸法のばらつきが前記許容値内の前記露光ショットについて、前記補正露光量の平均値で一律に露光することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体製造方法。 Set an allowable value of variation in pattern dimensions in the pattern dimension distribution,
3. The semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein the exposure shots in which the variation of the pattern dimension is within the allowable value are uniformly exposed at an average value of the corrected exposure amount. 4.
前記露光ショット内の露光量を調整するための露光量フィルタと、
前記ウェハ内の位置に対応した予め測定されたエッチング後の各前記露光ショット内のパタン寸法分布に基づく各前記露光ショット内の補正露光量が記憶される記憶媒体と、
前記補正露光量に基づき、前記露光ショット毎に前記露光量フィルタを制御する露光量制御機構を備えることを特徴とする半導体製造装置。 A light source for transferring the mask pattern onto the wafer by a plurality of exposure shots;
An exposure amount filter for adjusting an exposure amount in the exposure shot;
A storage medium for storing a corrected exposure amount in each of the exposure shots based on a pattern size distribution in each of the exposure shots after the etching measured in advance corresponding to a position in the wafer;
A semiconductor manufacturing apparatus, comprising: an exposure amount control mechanism that controls the exposure amount filter for each exposure shot based on the corrected exposure amount.
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2008
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