JP3863039B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に係り、特にレジストパターンの形成およびその検査に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レジストパターンの形成と、その形成されたレジストパターンの検査とを別々の装置で行っていた。詳細には、レジスト塗布、露光、現像処理、詳細な検査（詳細な外観検査や測長検査等）を、それぞれ独立した装置を用いて行っていた。
また、一般的に、詳細な検査を行う検査装置では、時間の制約上、ロット内の何枚かを任意に抜き取り、その抜き取ったウェハのみを検査する、いわゆる抜き取り検査が行われていた。また、抜き取られたウェハにおいて所定位置に形成されたレジストパターンのみを検査していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の場合には、ロット単位でウェハの処理・搬送を行っていたため、ロット内の全ウェハの処理が終了するまで、次の工程に進めることができなかった。このため、レジストパターンの形成及びその検査に膨大な時間を要していた。また、デバイスの種類によっては、レジスト塗布後に簡易的な外観検査を行う場合があり、この場合にはさらに待ち時間が発生し、処理時間がかかってしまうという問題があった。
また、装置に一旦ロットを仕掛けてしまうと、そのロット内の全ウェハの処理が終了するまで、他のロットを仕掛けることができなかった。このため、ロットを仕掛けた後では、至急処理する必要があるロット（いわゆる特急ロット）を、割り込ませて処理することができなかった。
また、レジストパターンの詳細な検査は、上述のように抜き取り検査であったため、不良パターンを精度良く見つけることができなかった。従って、レジストパターンを安定した質で形成できなかった、よって、半導体装置の安定加工ができなかった。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、レジストパターンの形成および検査に要する時間を短縮することを目的とする。また、本発明は、レジストパターンを安定した質で形成することも目的とする。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る半導体製造装置は、基板上にレジストパターンを形成する半導体製造装置であって、
前記基板上にレジストを塗布するレジスト塗布部と、
前記レジストのフォーカス・チルト情報を計測し、前記レジストを露光する露光部と、
露光された前記レジストを現像する現像部と、
前記レジストパターンの検査を行う検査部と、
前記フォーカス・チルト情報に基づいて露光ショットの良否を判定し、この良否判定に基づいて前記検査部により検査を行うか否かを判断する制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る半導体製造装置において、
前記レジスト塗布部、前記露光部および前記現像部が、１枚の前記基板に対して連続して処理可能に一体的に構成されることが好適である。
【００１０】
本発明に係る半導体製造装置において、
前記検査部は、検査結果を前記制御部に送信し、
前記制御部は、前記検査部から受信した検査結果を、前記レジスト塗布部、前記露光部および前記現像部にフィードバックすることが好適である。
【００１１】
本発明に係る半導体製造装置において、
前記検査部は、測長検査部、外観検査部、膜厚検査部、反射率検査部の少なくとも１つを有することが好適である。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板上にレジストを塗布する塗布工程と、
前記レジストのフォーカス・チルトを計測し、前記レジストを露光する露光工程と、
前記露光された前記レジストを現像する現像工程と、
前記現像工程の終了後、前記基板に形成されたレジストパターンを検査する検査工程と、を含み、
前記検査工程は、前記露光工程により計測された前記フォーカス・チルト情報に基づいて露光ショットの良否を判定し、該判定の結果に基づいて前記検査を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記塗布工程、前記露光工程および前記現像工程が、１枚の前記基板に対して連続して行われることが好適である。
【００１５】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記検査工程が、測長検査、外観検査、膜厚検査、反射率検査の少なくとも１つを行うことが好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による半導体製造装置の構成を説明するための概念図である。
図１において、参照符号１はロード部（ＬＤ部）、２はロード部１に接続された枚葉式のレジスト塗布部、３はレジスト塗布部２に接続され、１ショット毎にフォーカス・チルトの計測および露光を行う露光部、４は露光部３に接続された枚葉式の現像部、５は枚葉式の検査部、５ａは外観検査部、５ｂは測長検査部、６は検査部５に接続されたアンロード部（ＵＬ部）を示している。
【００１８】
また、本実施の形態１による半導体製造装置は、レジスト塗布部２、露光部３、現像部４および検査部５（外観検査部５ａ，測長検査部５ｂ）と電気的に接続された制御部７を備えている。この制御部７は、露光部３から受信した測定結果（フォーカス・チルト情報）を基に、現像処理後のウェハを検査部５に搬送するか、又はアンロード部６に搬送するかを判断するものである。また、制御部７は、検査部５（外観検査部５ａ，測長検査部５ｂ）から受信した検査結果を、レジスト塗布部２、露光部３および現像部４にそれぞれフィードバックするものである。
【００１９】
また、本実施の形態１による半導体製造装置において、ロード部１とレジスト塗布部２との間、レジスト塗布部２と露光部３との間、露光部３と現像部４との間、現像部４と検査部５との間、検査部５とアンロード部６との間には、それぞれ搬送手段が設けられている。従って、１枚のウェハに対して、待ち時間を発生させず、連続した処理が可能でなる。
【００２０】
次に、上記半導体製造装置の動作について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１による半導体製造装置の動作を説明するための図である。
図２において、参照符号１１はウェハ、１２はレジスト、１３はマスク（レチクル）、１４は露光光、１５はレジストパターンを示している。
【００２１】
先ず、ロード部１において、複数のウェハ１１が収納されたキャリアから、１枚のウェハ１１をロードする。その後、ウェハ１１をレジスト塗布部２に搬送する。
次に、レジスト塗布部２において、ウェハ１１上にレジスト１２を塗布する。その後、露光部３にウェハ１１を搬送する。
【００２２】
次に、露光部３において、１ショットごとにフォーカス・チルトを計測して、その計測したフォーカス・チルト情報を基にステージ（図示省略）の調整を行う。ステージ調整後、マスク１３を介して露光光１４を照射する。また、露光部３は、ショット毎に計測したフォーカス・チルト情報（図中の“計測結果”に対応する。）を、制御部７に送信する。
【００２３】
その後、現像部４にウェハ１１を搬送し、現像部４において現像処理を行う。この現像処理を終了すると、ウェハ１１上にレジストパターン１５が形成される。
【００２４】
次に、制御部７は、露光部３から受信したフォーカス・チルト情報に基づいて、現像処理後のウェハ１１を検査する必要があるか、すなわちウェハ１１を検査部５に搬送するか、或いはウェハ１１の検査が不要であるとして検査部５を通過させてアンロード部６に搬送するかを判断する。
以下、制御部７による上記判断の手順について説明する。図３及び図４は、本発明の実施の形態１において、制御部７による判断手順を説明するための図である。
【００２５】
手順Ａ．：ショットの構成の判断
１ショットがシングルチップ構成（１ショット領域に１つのチップが入るもの）であるか、マルチチップ構成（１ショット領域に複数のチップが入るもの）であるかを、露光情報に基づいて判断する。ここで、露光情報とは、露光部３で露光する際に入力されるデータであって、例えば、１ショットのサイズや、１チップのサイズ等のデータである。そして、露光情報を基にして、ウェハマップ上に、ショット及びチップのマップを作成する。
【００２６】
手順Ｂ．：良否判定の対象となるショットを選択
１ショット内にフォーカス・チルトの計測が可能なチップを有しているか否かを各ショットについて調べ、その計測可能なチップを有するショットのみを後述する良否判定の対象とする。ここで、１ショットがマルチチップ構成である場合には、１ショット内に上記計測可能なチップが少なくとも１つあればよい。なお、本実施の形態１は、１ショット内に４つのチップを有するマルチチップ構成の場合について説明する。
【００２７】
手順Ｃ．：前回の不良ショットを非選択
１層目（最初）のリソグラフィであるか否かを判断する。ここで、２層目以降のリソグラフィの場合は、前回のリソグラフィで得られた情報（判定結果および検査結果）を読み込み、前回フォーカス・チルト情報に基づいて不良ショットと判定され、且つ、その後に検査部５でも不良ショットと判定されたショットは、良否判定を行わない。一方、１層目のリソグラフィの場合は、全てのショットのうち、上記手順Ｂの条件を満たすものを対象として良否判定を行う。
【００２８】
手順Ｄ．：完全ショットおよび不完全ショットを定義
上記手順Ｂ及び手順Ｃで良否判定の対象とされたショットについて、ショット内の全てのチップについてフォーカス・チルト計測ができるものを完全ショットとする。また、完全ショット以外のショット、すなわち、ショットがマルチチップ構成であり、少なくとも１つのチップで上記計測が可能であるが、上記計測が不可能なチップを含むものを不完全ショットとする。
【００２９】
手順Ｅ．：完全ショットの良否判定
上記手順Ｄにおいて完全ショットとされたショットについて、図３に示すように、良否判定の対象となる完全ショット（２１ｅ）に後続する５つの完全ショット（２１ｆ〜２１ｊ）についてフォーカス・チルト情報の平均と分散を計算し、その計算値と良否判定対象となる完全ショット（２１ｅ）のフォーカス・チルト情報とを比較する。その結果、後続の５ショット（２１ｆ〜２１ｊ）の平均±３σ以内であれば、完全ショット（２１ｅ）を良品ショット（良品）と判定する。一方、その範囲内にない場合には、不良ショットと判定する。
その後、ウェハ上の他の完全ショットについても同様に良否判定する。
また、上記後続の５ショット（２１ｆ〜２１ｊ）に不良ショット（例えば、２１ｈ）が含まれていることが後で分かった場合には、その不良ショット（２１ｈ）を除いた後続の５ショット（２１ｆ〜２１ｇ，２１ｉ〜２１ｋ）の計算値を用いて再度良否判定する。
また、最後の５ショット（例えば、２１ｑ）については、その完全ショット（２１ｑ）以前の不良ショットを除いた５つの完全ショット（２１ｌ〜２１ｐ）でそれぞれ良否判定する。
【００３０】
手順Ｆ．：不完全ショットの良否判定（その１）
上記手順Ｄにおいて不完全ショットとされたショットについて、以前の２ショット（不完全ショットを含む。）と後続の２ショット（不完全ショットを含む。）との計４ショットの平均と分散を計算し、その計算値と良否判定対象となる不完全ショットのフォーカス・チルト情報とを比較する。上記手順Ｅと同様に、良否判定対象となる不完全ショットのフォーカス・チルト情報が、計４ショットの平均±３σ以内であれば、良品ショットと判定する。一方、その範囲内にない場合には、不良ショットと判定する。
また、図３に示すように、最初の１ショット（不完全ショット）（３１ａ）については、後続の２ショット（２１ａ，２１ｂ）の計算値を良否判定に用いる。
また、不完全ショット（３１ｂ，３１ｃ）が２ショット続いた場合の２ショット目（３１ｃ）については、以前の１ショット（３１ｂ）と後続の２ショット（２１ｃ，２１ｄ）との計３ショットの計算値を用いる。
また、最後の１ショット（不完全ショット）については、以前の２ショットの計算値を用いる。
また、最後の２ショットが不完全ショットである場合の最後から２ショット目については、以前の２ショットと後続の１ショットとの計３ショットの計算値を用いる。
【００３１】
手順Ｇ．：不完全ショットの良否判定（その２）
図４に示すように、ウェハのノッチ（又はオリエンテーション・フラット）の中心とウェハの中心（以下「原点」という。）Ｏとを結ぶ直線をＹ軸とし、原点Ｏを通りＹ軸に垂直な直線をＸ軸とする。そして、各ショットに座標を与える。
不完全ショット３１ｄのフォーカス・チルト情報と、原点Ｏに対して不完全ショット３１ｄと点対象の位置にある不完全ショット３１ｅのフォーカス・チルト情報と、を加算する。他の不完全ショットに対しても同様に加算値を求めて、その加算値の平均と分散を求める。不完全ショット３１ｃ，３１ｄの加算値が、平均±３σ以内であれば、その２つの不完全ショット３１ｃ，３１ｄは良品ショットと判定する。一方、その範囲内にない場合には、不良ショットと判定する。他の不完全ショットに対しても同様に良否判定する。
【００３２】
手順Ｈ．：不完全ショットの良否判定（その３）
上記手順Ｄで不完全ショットとされたショットのうち、上記手順Ｆにおいて良品ショットと判定され、かつ上記手順Ｇにおいて良品ショットと判定されたものを良品とする。
【００３３】
手順Ｉ．：判断
ウェハ内におけるショットの良品率、すなわちウェハ内で良品と判断されたショット（完全ショットおよび不完全ショット）の割合を計算する。そして、この良品率と、予め設定しておいた値（例えば、９０％）とを比較する。
ここで、良品率が設定値以下の場合、制御部７は、当該ウェハ１１は詳細な検査が必要であると判断する。すなわち、ウェハ１１を検査部５に搬送すべきであると判断する。
一方、良品率が設定値を超える場合、制御部７は、当該ウェハ１１は詳細な検査が不要であると判断する。すなわち、ウェハ１１をアンロード部（ＵＬ部）６に搬送すべきであると判断する。
【００３４】
次に、上述のように制御部７により検査が必要であると判断されたウェハ１１を検査部５（外観検査部５ａ又は測長検査部５ｂ）に搬送する。検査部５において、詳細な検査が行われる。検査部５の検査結果は制御部７に送信され、制御部７は、レジスト塗布部２、露光部３、現像部４にフィードバックする。レジスト塗布部２、露光部３、現像部４は、制御部７から受信した検査結果に基づき、以後のウェハについて処理を中止するか否かを判断する。従って、レジストパターン不良が発生した場合、ロットの途中であっても、迅速に処理を停止することができる。よって、検査によりトラブルを早期に発見することができ、早期に対応可能となる。
また、制御部７により検査が不要であると判断されたウェハであっても、定期的に検査部５に搬送して、詳細な検査を行う。高い良品率のウェハに対しても一定の割合で詳細な検査を行うことにより、より一層検査の質を向上させることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態１では、露光部３で測定されたフォーカス・チルト情報を、検査部５の検査に活用することとした。詳細には、制御部７によって、フォーカス・チルト情報に基づいて露光ショットの良否を判定し、ウェハ上の良好な露光ショットの割合（良品率）に基づいて、当該ウェハに検査が必要か否かを判断することとした。フォーカス・チルト情報はウェハの全ての露光ショットに対して測定されるため、かかるフォーカス・チルト情報に基づいてショットの良否を精度良く判断することができる。さらに、ショットの良否を精度良く判断できるため、ウェハ上に形成されたレジストパターンの検査を精度良く行うことができると擬制される。よって、レジストパターンを安定した質で形成することができる。
【００３６】
また、本実施の形態１では、１枚のウェハ１１に対して連続でレジスト塗布、露光、現像処理を行うことにした。これにより、処理待ち時間を短縮できるため、従来ロット内の全ウェハの処理が終了するまで次の工程に進めることができなかった場合に比べて、大幅にレジストパターンの形成に要する時間を短縮することができる。また、１枚ごとに処理を行うため、ロットの途中であっても、特急ロットを割り込ませて処理することができる。
【００３７】
なお、検査部５は、上記外観検査部５ａおよび測長検査部５ｂに限らず、膜厚検査部や反射率検査部を有していてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、レジストパターンの形成および検査に要する時間を短縮することができる。また、レジストパターンを安定した質で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による半導体製造装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】 本発明の実施の形態１による半導体製造装置の動作を説明するための図である。
【図３】 本発明の実施の形態１において、制御部による判断手順を説明するための図である（その１）。
【図４】 本発明の実施の形態１において、制御部による判断手順を説明するための図である（その２）。
【符号の説明】
１ ロード部
２ レジスト塗布部
３ 露光部
４ 現像部
５ 検査部
５ａ 外観検査部
５ｂ 測長検査部
６ アンロード部
７ 制御部
１１ ウェハ
１２ レジスト
１３ マスク
１４ 露光光
１５ レジストパターン

Claims (7)

1. 基板上にレジストパターンを形成する半導体製造装置であって、
   前記基板上にレジストを塗布するレジスト塗布部と、
   前記レジストのフォーカス・チルト情報を計測し、前記レジストを露光する露光部と、
   露光された前記レジストを現像する現像部と、
   前記レジストパターンの検査を行う検査部と、
   前記フォーカス・チルト情報に基づいて露光ショットの良否を判定し、この良否判定に基づいて前記検査部により検査を行うか否かを判断する制御部とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 請求項１に記載の半導体製造装置において、
   前記レジスト塗布部、前記露光部および前記現像部が、１枚の前記基板に対して連続して処理可能に一体的に構成されたことを特徴とする半導体製造装置。
3. 請求項１又は２に記載の半導体製造装置において、
   前記検査部は、検査結果を前記制御部に送信し、
   前記制御部は、前記検査部から受信した検査結果を、前記レジスト塗布部、前記露光部および前記現像部にフィードバックすることを特徴とする半導体製造装置。
4. 請求項１から３の何れかに記載の半導体製造装置において、
   前記検査部は、測長検査部、外観検査部、膜厚検査部、反射率検査部の少なくとも１つを有することを特徴とする半導体製造装置。
5. 半導体装置を製造する方法であって、
   基板上にレジストを塗布する塗布工程と、
   前記レジストのフォーカス・チルト情報を計測し、前記レジストを露光する露光工程と、
   前記露光された前記レジストを現像する現像工程と、
   前記現像工程の終了後、前記基板に形成されたレジストパターンを検査する検査工程と、を含み、
   前記検査工程は、前記露光工程により計測された前記フォーカス・チルト情報に基づいて露光ショットの良否を判定し、該判定の結果に基づいて前記検査を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項５に記載の製造方法において、
   前記塗布工程、前記露光工程および前記現像工程が、１枚の前記基板に対して連続して行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項５又は６に記載の製造方法において、
   前記検査工程が、測長検査、外観検査、膜厚検査、反射率検査の少なくとも１つを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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