JP4769053B2 - 露光システム、露光方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
露光、例えば電子ビーム露光では、電子ビームはウェーハ内に加速進入すると散乱するが、後方散乱と呼ばれる電子反射量の度合いは、レジストによる加工対象となる被加工膜下に存する下層構造体の膜厚及び材料により変化する。下層構造体の面内における各位置の膜厚に変動がある場合、反射量は下層構造体の膜厚に比例する。そのため、下層構造体の各位置からの被加工膜への影響としては、被加工膜に形成されるパターンの近傍に下層構造体の薄い位置が存するときには、当該パターンの寸法は小さくなる。その逆に、当該パターンの近傍に下層構造体の厚い位置が存するときには、当該パターンの寸法は大きくなる。
先ず、パターンを露光するに際して、下層構造体の面内における各位置の膜厚を測定する。膜厚測定はインラインにより基板面内で例えば一点〜数十点で測定する。この測定された膜厚を露光量にフィードフォワードする。即ち、測定された膜厚を利用して、下層構造体の面内膜厚分布に基づく露光反射量を打ち消すように、ここでは反比例するように露光量(レジストの面内における露光量分布)を補正する。そして、補正された露光量により、レジストにパターンを露光する。
半導体基板101における下層構造体の面内膜厚分布は、例えば図1(a),(b)のようになる。(a)は平面図であり、(b)は(a)における破線(1)−(2)−(3)に沿った断面図である。ここでは、下層構造体として、いわゆるダマシン法により形成された、少なくとも銅を含む金属材料を用いた埋め込み配線(化学機械研磨(CMP)を行い表面平坦化した状態)を形成した場合を例示する。ダマシン法により埋め込み配線を形成し、CMP法を行った場合、下層構造体は中央位置(図1(a)中、(2)で示す)で厚く、周縁位置(図1(a)中、(1),(3)で示す)で薄く形成される傾向にある。
以下、本発明を電子ビーム露光に適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は電子ビーム露光に限定されるものではなく、フォトリソグラフィーにおける光露光に適用することも可能である。
図3は、本実施形態による露光システムの概略構成を示す模式図である。
本実施形態の露光システムは、電子ビームにより露光を行う電子ビーム露光装置1と、インラインにおいて各種検査を行うための検査ユニット2と、各種情報を記憶するデータ記憶ユニット3と、パターンの露光に関する各種の補正を実行するパターン補正部4と、ユーザ端末である操作ユニット5とを備えて構成されている。
下層膜に関する補正については具体的には、パターンデータ34を半導体基板10上のレジストに露光するに際して、3次元的影響、即ちレジストによる加工対象となる被加工膜下に存する下層構造体の膜厚分布の影響を抑止するためのいわゆる下層補正を実行する。即ち、パターン補正部4は、パターンデータ・バッファメモリ32から所望のパターンデータ34を読み出すとともに、下層補正用メモリ33から当該パターンを形成する対象となる被加工膜の下層構造体に対応した下層構造体データを読み出す。ここでは、下層構造体データのうち、露光領域毎に順次対応する部分のデータを読み出してゆく。
先ず、変形例1を図4(a)に示す。この変形例1の露光システムは、本実施形態の露光システムの各構成要素に加え、操作ユニット5及び下層補正用メモリ33と接続された膜厚演算部41を備えている。
図5は、本実施形態による露光システムを用いた露光方法を含む、半導体装置の製造方をステップ順に示すフロー図である。図6及び図7は、所定のステップに対応した配線層の様子を示す一部断面図である。
ここでは、いわゆるダマシン法により、少なくとも銅を含む金属材料を用いた埋め込み配線を多層に形成する場合について例示する。具体的には、所定の配線層を形成した後に次層の配線層を積層形成する際に、所定の配線層上に、次層の配線層の配線を埋め込み形成する層間絶縁膜を堆積し、この層間絶縁膜に溝パターンを形成する場合について説明する。またここでは、各種の補正のうち、本発明の特徴である下層補正のみを例示する。
詳細には、図6(a)に示すように、半導体基板10の上方に、配線形状の溝パターン112が形成された層間絶縁膜111が堆積されており、この溝パターン112を埋め込むように金属材料113を例えばメッキ法により成長させる。ここで、図示は省略するが、層間絶縁膜111の下方には、例えば幾層かの配線層と、MOSトランジスタやメモリ等の各種半導体素子が形成されている。
詳細には、図6(b)に示すように、層間絶縁膜111の表面を研磨ストッパーとして金属材料113をCMPにより平坦化する。このとき、溝パターン112を金属材料113で充填する配線114が形成される。ここで、層間絶縁膜111に配線114が埋め込み形成されてなる配線層115が完成する。本実施形態では、この配線層115を上述の下層構造体とする。
詳細には、露光システムの膜厚測定装置27を用いて、図6(c)に示すように、配線層115の膜厚、正確には配線層を構成する各配線114について、配線層115の面内における複数点で各膜厚tを測定する。ここで、測定点は1点(又は2,3点)で良い場合もある。この場合、後述の下層補正時において、予め規定された基準膜厚を用い、測定点における膜厚をこの基準膜厚と比較して補正することになる。
詳細には、露光システムのパターン補正部4を用いて下層補正を実行する。先ず、操作ユニット5は、データサーバ29から配線層115の下層構造体データを取り込んで下層補正用メモリ33へ記憶させる。そして、所期のパターンデータ34をパターンデータ・バッファメモリ32から読み出してパターン発生部20へ転送する。そして、パターン発生部20にパターンデータ34に基づいて各ショットの位置や形状等のデータを生成させ、パターン補正部4に、上記した3次元的な下層補正を実行させる。補正結果は、次工程であるステップS8へフィードフォーワードされる。
その後、SEMによるパターン寸法等の各種検査を行う(ステップS10)。
詳細には、図7(b)に示すように、レジスト122をマスクとして層間絶縁膜121をドライエッチングする。これにより、層間絶縁膜121には、レジスト122の溝パターン122aに倣った形状の溝パターン123が形成される。
詳細には、図7(c)に示すように、層間絶縁膜121の溝パターン123を埋め込むように金属材料124を例えばメッキ法により成長させる。
詳細には、図7(d)に示すように、層間絶縁膜121の表面を研磨ストッパーとして金属材料124をCMPにより平坦化する。このとき、溝パターン123を金属材料124で充填する配線125が形成される。ここで、層間絶縁膜121に配線125が埋め込み形成されてなる配線層126が完成する。
形成プロセスを終了すると判定された場合には、ステップS15へ進む。一方、形成プロセスを終了しないと判定された場合には、ステップS16へ進むとともに、ステップS3を繰り返し実行する。この場合、配線層126が上述の下層構造体となる。
一方、ステップS16では、ステップS5と同様に、次層の配線層を形成するため、配線層126上を覆うように層間絶縁膜(不図示)を形成する。そして、配線層126を下層構造体として、ステップS6〜S14を再度実行する。
上述した実施形態及びその緒変形例による露光システムを構成する各構成要素(検査ユニット2、データ記憶ユニット3及びテーブルメモリ42、操作ユニット5、装置本体11、及び真空ポンプ25を除く)の機能、並びに露光方法を含む半導体装置の製造方法の各ステップ(図5のステップS1〜S16等)は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
前記パターンを露光するに際して、前記レジストによる加工対象となる被加工膜下に存する下層構造体の面内における各位置の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
前記レジストに前記パターンを露光する露光装置と、
前記露光装置による露光量を補正する露光補正手段と
を含み、
前記露光補正手段は、前記膜厚測定手段により測定された前記下層構造体の膜厚を利用して、前記下層構造体の面内膜厚分布に基づく露光反射量を打ち消すように、前記露光量を補正することを特徴とする露光システム。
前記露光補正手段は、所定の露光領域毎に、前記下層構造体の情報を前記補正用記憶手段から読み出して、前記露光量を補正することを特徴とする付記1に記載の露光システム。
前記ユーザ端末は、前記下層構造体の情報を前記データサーバから読み込み、前記下層構造体の情報を前記補正用記憶手段に記憶させることを特徴とする付記2に記載の露光システム。
前記各補正用情報は、前記補正用記憶手段に記憶されることを特徴とする付記2又は3に記載の露光システム。
前記露光補正手段は、前記テーブルを用いて前記露光補正係数を決定して前記露光量を補正することを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の露光システム。
前記パターンを露光するに際して、前記レジストによる加工対象となる被加工膜下に存する下層構造体の面内における各位置の膜厚を測定するステップと、
前記膜厚測定手段により測定された前記下層構造体の膜厚を利用して、前記下層構造体の面内膜厚分布に基づく露光反射量を打ち消すように、前記露光量を補正するステップと、
補正された前記露光量により、前記レジストに前記パターンを露光するステップと
を含むことを特徴とする露光方法。
前記各位置の情報及び対応する膜厚の情報を含む前記下層構造体の情報を記憶するステップを更に含むことを特徴とする付記10に記載の露光方法。
前記下層構造体が前記被加工膜よりも露光反射率の高い材料からなる場合に、前記膜厚測定手段により測定された前記下層構造体の膜厚を利用して、前記下層構造体の面内膜厚分布に基づく露光反射量を打ち消すように、前記露光量を補正するステップと、
補正された前記露光量により、前記レジストに前記パターンを露光するステップと、
前記パターンが形成された前記レジストをマスクとして用い、前記被加工膜をエッチング加工するステップと
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記各位置の情報及び対応する膜厚の情報を含む前記下層構造体の情報を記憶するステップを更に含むことを特徴とする付記16に記載の半導体装置の製造方法。
2 検査ユニット
3 データ記憶ユニット
4 パターン補正部
5 操作ユニット
Claims (10)
- 半導体基板上に形成されたレジストに電子ビームを用いて所定のパターンを露光する露光システムであって、
前記パターンを露光するに際して、前記レジストによる加工対象となる被加工膜下に存する下層構造体の面内における各位置の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
前記レジストに前記パターンを露光する露光装置と、
前記露光装置による露光量を補正する露光補正手段と
を含み、
前記露光補正手段は、前記膜厚測定手段により測定された前記下層構造体の膜厚を利用して、前記下層構造体の面内膜厚分布に基づく露光反射量を打ち消すように、前記露光量を補正することを特徴とする露光システム。 - 前記各位置の情報及び対応する膜厚の情報を含む前記下層構造体の情報を記憶する補正用記憶手段を更に含み、
前記露光補正手段は、所定の露光領域毎に、前記下層構造体の情報を前記補正用記憶手段から読み出して、前記露光量を補正することを特徴とする請求項1に記載の露光システム。 - 前記下層構造体の情報が前記膜厚測定手段から提供されるデータサーバと、ユーザ端末とがネットワークを介して接続されており、
前記ユーザ端末は、前記下層構造体の情報を前記データサーバから読み込み、前記下層構造体の情報を前記補正用記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項2に記載の露光システム。 - 前記下層構造体の面内を複数領域に分割し、前記下層構造体の情報を用いて前記各領域毎の補正用情報を作成する膜厚演算手段を更に含み、
前記各補正用情報は、前記補正用記憶手段に記憶されることを特徴とする請求項2又は3に記載の露光システム。 - 前記下層構造体の材料及び膜厚に対応した露光補正係数が記載されてなる補正用テーブルを記憶するテーブル記憶手段を更に含み、
前記露光補正手段は、前記テーブルを用いて前記露光補正係数を決定して前記露光量を補正することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の露光システム。 - 前記膜厚測定手段は、前記半導体基板の1枚毎に前記膜厚を測定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の露光システム。
- 前記膜厚測定手段は、複数の前記半導体基板を一単位として、前記一単位中の任意の1枚の前記半導体基板について前記膜厚を測定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の露光システム。
- 半導体基板上に形成されたレジストに電子ビームを用いて所定のパターンを露光する露光方法であって、
前記パターンを露光するに際して、前記レジストによる加工対象となる被加工膜下に存する下層構造体の面内における各位置の膜厚を測定するステップと、
測定された前記下層構造体の膜厚を利用して、前記下層構造体の面内膜厚分布に基づく露光反射量を打ち消すように、露光量を補正するステップと、
補正された前記露光量により、前記レジストに前記パターンを露光するステップと
を含むことを特徴とする露光方法。 - 前記膜厚を測定するステップの後に、
前記各位置の情報及び対応する膜厚の情報を含む前記下層構造体の情報を記憶するステップを更に含むことを特徴とする請求項8に記載の露光方法。 - 半導体基板上に形成されたレジストに電子ビームを用いて所定のパターンを露光するに際して、前記レジストによる加工対象となる被加工膜下に存する下層構造体の各面内位置における膜厚を測定するステップと、
前記下層構造体が前記被加工膜よりも露光反射率の高い材料からなる場合に、測定された前記下層構造体の膜厚を利用して、前記下層構造体の面内膜厚分布に基づく露光反射量を打ち消すように、露光量を補正するステップと、
補正された前記露光量により、前記レジストに前記パターンを露光するステップと、
前記パターンが形成された前記レジストをマスクとして用い、前記被加工膜をエッチング加工するステップと
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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