JPH11260683A - 半導体材料の製造工程における露光条件の決定方法、及び半導体材料の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光条件フィードバックシステムの使用の
際、適正な露光条件が得られ、オーバーレイや線幅の制
御精度等を高められ、再作業工程の低減、工程時間の短
縮、新技術への対応ができ、製品の性能の向上も図り得
る半導体材料の製造工程における露光条件の決定方法、
及び半導体材料の製造装置を提供する。 【解決手段】 露光工程を備える半導体装置の製造工
程において、露光２の条件を決定する露光条件の決定す
る際に、過去に処理された同露光工程の後に行われるエ
ッチング工程Ｙ等の工程での測定データを使用する。
露光工程を含むフォトリソグラフィ工程Ｘと、エッチン
グ工程Ｙを備えて半導体材料を製造する半導体材料の製
造装置で、過去に処理された同露光工程Ｘの後に行われ
るエッチング工程Ｙ終了後の測定データを取り込んで露
光条件を決定する手段と、この露光条件によって露光を
行う手段を有する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光工程を備える
半導体材料の製造工程における露光条件の決定方法、及
び該方法を使用した半導体材料の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体デバイス等の半導体装置や、
半導体素子を部品として有する各種電子材料等の半導体
材料の製造においては、露光手段を用いて各種の加工等
を行う場合が多い。代表的には、フォトリソグラフィ技
術を用いた各種の手法が知られている。

【０００３】しかしこのような露光工程を備える半導体
材料の製造技術については、解決すべき問題が残ってい
る。その一つに、ＣＯＯ低減の要請がある。元来半導体
製造プロセスにおいては、従来より、プロセスの大きな
課題として、ＣＯＯ（Ｃｏｓｔ Ｏｆ Ｏｗｎｅｒｓｈ
ｉｐ）の低減があり、プロセスに要するコスト及び時間
を低減し、生産性を向上させることが強く要請されてい
るが、露光工程を備えるプロセスで、この問題の重要性
が大きい。すなわち、非常に工程数、及び時間を要する
露光工程、特に、フォトリソグラフィ工程でのＣＯＯの
低減は、半導体プロセスの中でも最も重要である。

【０００４】フォトリソグラフィ工程で生産性を大きく
低下させている一つの要因として、Ｓｅｎｄ Ａｈｅａ
ｄ工程と称されている、事前の露光条件決定の工程が挙
げられる。この工程は、実際にデバイスとする半導体ウ
エハーに対する加工に先立ち、Ｓｅｎｄ Ａｈｅａｄ
Ｗａｆｅｒと称される測定用のウエハーを用いて、事前
に露光条件決定を行うものである（測定用のウエハーを
用いず、製品ウエハーを用いる場合もある）。この従来
技術を、図３及び図４に示す（ただしこのウエハーは、
リワーク（レジスト除去）を行って製品ウエハーと同一
条件で露光される場合や、そのまま次の工程に進める場
合がある）。

【０００５】この従来技術におけるＳｅｎｄ Ａｈｅａ
ｄ工程Ｉにおいては、図３に示すように、Ｓｅｎｄ Ａ
ｈｅａｄ Ｗａｆｅｒに対して実際のデバイス製造用ウ
エハーに対するのと同様に、コーターによりレジスト塗
布Ｉ１を行い、アライナーによりアライメント及び露光
Ｉ２を行い、デベロッパーでレジスト現像Ｉ３を行い、
Ｏ／Ｌ測定手段でオーバーレイ測定Ｉ４を行い、ＣＤ−
ＳＥＭ等で線幅測定Ｉ５を行う。

【０００６】上記Ｓｅｎｄ Ａｈｅａｄ工程Ｉのオーバ
ーレイ測定Ｉ４及び線幅測定Ｉ５の測定データから、実
際の半導体ウエハーに対する露光条件を決定する。すな
わち、ロット本体作業においては、コーターによるレジ
スト塗布ＩＩ１を行った後のアライナーによるアライメ
ント及び露光ＩＩ２の工程においては、上記オーバーレ
イ測定Ｉ４及び線幅測定Ｉ５の測定データから得られた
露光条件を用いて、露光を行う。その後、デベロッパー
でのレジスト現像ＩＩ３、Ｏ／Ｌ測定手段によるオーバ
ーレイ測定ＩＩ４、ＣＤ−ＳＥＭ等による線幅測定ＩＩ
５を行う。このオーバーレイ測定ＩＩ４、及び線幅測定
ＩＩ５で不良であれば、再作業ＩＩＩを行うことにな
る。

【０００７】オーバーレイ測定ＩＩ４、及び線幅測定Ｉ
Ｉ５の結果が可であれば、次のエッチング工程ＩＶ（以
下、図４参照）に入る。このエッチング工程ＩＶでは、
エッチングＩＶ１を行い、レジスト除去ＩＶ２を行い、
検査ＩＶ３を行う。検査ＩＶ３では、線幅測定、オーバ
ーレイ測定、及び光学手段等によるレジスト残りの検査
等を行う。その後、次工程Ｖに入る。

【０００８】上記のような事前の露光条件決定工程は、
非常にコスト及び時間がかかるので、これを廃止するた
めに、露光条件フィードバックシステムが導入されてい
る。これは、過去に処理された測定データを使って、露
光条件を決定する手法をとるものである。露光条件フィ
ードバックシステムを使用したフォトリソグラフィ工程
は、たとえば図２に示す工程フローをとる。これは測定
データとしてオーバーレイ測定結果４ａ、及び線幅測定
結果５ａを用いた例であり、たとえば直近の数ロットの
測定データを使用して、露光パラメータ（露光量、アラ
イメント補正値）を決定する。

【０００９】具体的には、計算装置７（ホストコンピュ
ータ等）に測定データ４ａ，５ａを導入し、コーターに
よるレジスト塗布１後にアライメント及び露光２を行う
アライナーに、この計算装置７から露光条件を提示す
る。この条件でアライメント及び露光２を行った後、デ
ベロッパーでのレジスト現像３、Ｏ／Ｌ測定手段による
オーバーレイ測定４、ＣＤ−ＳＥＭ等による線幅測定５
を行い、このオーバーレイ測定４、及び線幅測定５で不
良であれば、再作業ＩＩＩを行い、可であれば、次の工
程Ｖａ（この場合、通常エッチング工程）に入る。この
種の露光条件フィードバックシステムとして、商品化さ
れたものが提案されている。

【００１０】しかし、上記のごとき露光条件フィードバ
ックシステムを有効に使って行くためには、いくつかの
条件がある。たとえば、他工程を含めたプロセスがある
程度安定していることが、重要とされている。

【００１１】ところで、最近では、各種の新しいプロセ
ス技術が数多く導入される傾向にある。たとえば、化学
的機械的研磨ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎ
ｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）技術等が、代表的である。

【００１２】ＣＭＰによる下地段差の低減は、フォトリ
ソグラフィ工程での解像性向上（焦点裕度などのプロセ
ス裕度も含む）にとっては好ましいことであるが、アラ
イメントマーク性能にとっては逆に、大きな精度劣化の
要因となってしまう場合がある。

【００１３】この問題の対策として、たとえば露光装置
の技術分野では、アライメントセンサの改良、オーバー
レイ測定の技術分野では、測定方式の改良、デバイス製
造の技術分野では、アライメントマークのパターン形状
の工夫等の検討が、盛んに行われている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、露光
条件の決定に関し、コスト及び時間を低減して、かつ、
適正な露光条件を得るための技術が種々開発されている
が、従来技術では、露光条件フィードバックシステムを
有効に使用して適正な露光条件を正確に得るという点
で、さらに改良を要する。また、新しい各種技術に対応
するという点でも、さら改良を要する。

【００１５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、露光条件フィードバックシステムを有効に使用して
適正な露光条件を正確に得ることができ、たとえばオー
バーレイ制御精度、線幅制御精度を高めることができ
て、再作業（Ｒｅ−ｗｏｒｋ）工程の低減、工程時間の
短縮も実現でき、また、新しい各種技術に対応すること
が容易であり、またこれにより製品のさらなる性能の向
上をも図ることができる半導体材料の製造工程における
露光条件の決定方法、及び半導体材料の製造装置をを提
供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体材料
の製造工程における露光条件の決定方法は、露光工程を
備える半導体装置の製造工程において、露光条件を決定
する露光条件の決定方法であって、過去に処理された測
定データを使って露光条件を決定する際に、過去に処理
された同露光工程の後に行われる工程での測定データを
使用することを特徴とする半導体材料の製造工程におけ
る露光条件の決定方法である。

【００１７】本発明に係る半導体材料の製造装置は、露
光工程を含むフォトリソグラフィ工程と、エッチング工
程を備えて半導体材料を製造する半導体材料の製造装置
であって、過去に処理された同露光工程の後に行われる
エッチング工程終了後の測定データを取り込んで露光条
件を決定する手段と、この露光条件によって露光を行う
手段を有することを特徴とする半導体材料の製造装置で
ある。

【００１８】本発明は、露光条件フィードバックシステ
ムを有効に使用するためには、他工程を含めたプロセス
がある程度安定していることも重要であるが、フィード
バックを行うための過去のデータ測定をいかにして適正
に行うかが、非常に重要であるという、本発明者の知見
に基づいて、なされたものである。

【００１９】本発明によれば、露光条件を決定するため
にフィードバックする過去のデータが、従来技術では必
ずしも適正なものが採用されていなかったのに対し、露
光条件を決定するためデータとして適切なデータを用い
た条件決定ができる。たとえば、メタルＣＭＰ等のプロ
セスにより、オーバーレイ測定検査精度が低下している
工程でのデータのフィードバックを適正にして、精度が
向上したデータを導入でき、これにより適正な露光条件
の決定が実現できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
さらに詳細に説明し、また、本発明の好ましい実施の形
態の具体例について、図面を参照して説明することによ
り、本発明をさらに説明する。但し当然のことではある
が、本発明は図示実施の形態例に限定されるものではな
い。

【００２１】本発明では、過去に処理された工程のデー
タを使って露光条件を決定するフィードバックシステム
について、条件決定のためのデータの精度向上を実現で
きる。

【００２２】本発明では、従来技術では測定データの参
照を、同工程、すなわち、露光工程について行い、露光
後の検査工程での検査結果を用いていたのに対し、本発
明では、同工程の後に行われる工程、たとえばエッチン
グ工程について行い、たとえばエッチング後に測定した
データの結果を、後のロットにフィードバックさせて、
その後のロットでの露光条件をそれに基づいて定めるよ
うにする。

【００２３】そもそも、フォトリソグラフィ工程におけ
る検査工程の目的は、２つある。図３を参照して説明す
ると、一つは、所望の規格に入っているかどうかを確認
して、次工程（エッチング工程ＩＶなど）に進めてよい
か、あるいは再度フォトリソグラフィ工程をやり直す
（Ｒｅ−ｗｏｒｋＩＩＩ）かを判定するためのものであ
る。

【００２４】もう一つは、露光のための最適な露光条件
を入力するためのものである。前述したように、Ｓｅｎ
ｄ Ａｈｅａｄ工程を行う手法では、ロットの中から先
行して処理したウエハーの測定データを使用し、従来の
フィードバックシステムでは、過去に処理された同工程
の測定データを使用する。

【００２５】本発明では、フィードバックシステムのご
とき手法を採用する場合に、従来技術では上記の２つの
目的を、一つの測定データつまりフォトリソグラフィ工
程の中で行われる測定データから得ていたのを、２つの
データから得る形で、好ましく実施することができる。
つまり、フォトリソグラフィ工程の中で行われる測定デ
ータで前者の目的を達成し、その後行われる工程、たと
えばエッチング工程の中で行われる測定データで、後者
の最適な露光条件決定を行うというふうに、使い分ける
形態で、実施することが好ましい。

【００２６】以下、本発明の具体的な好ましい実施の形
態例について、図面を参照して説明する。ただし、当然
のことではあるが、本発明は以下述べる具体例に限定を
受けるものではない。

【００２７】実施の形態例１ この実施の形態例は、微細化・集積化した半導体デバイ
スの製造について、本発明を適用した例である。

【００２８】本発明は、平坦化技術によりきわめて段差
が小さくなった場合に有効である。本例は、このような
場合、特に、オーバーレイ性能の検査工程において、メ
タル工程時に、ＣＭＰによって下層のヴィアコンタクト
をとるタングステン等の層を平坦化した非常に段差の小
さいレイヤにアライメントする場合に、本発明を具体化
した。

【００２９】このような工程でのオーバーレイ測定装置
の評価を行う場合には、通常、メタル層をエッチングし
て除去した後のデータを使用する方が、正しい測定結果
となる。

【００３０】したがって本例では、エッチング後、特に
ここではＲＩＥ後の検査工程で得られた測定データよ
り、オフセット（平行ズレ）、ウエハースケーリング、
ウエハー回転、配列直行度、ショット倍率、ショット回
転等の露光装置パラメータを算出して、これをフィード
バックデータとして使用する。

【００３１】本例のこの手法は、線幅制御のための露光
量の決定にも同様に使用可能である。

【００３２】本例では具体的には、図１に示すような工
程をとった。ここでは、過去の１ロット（図１にロット
Ａで示す）のデータをもとに、露光条件を提示する形態
で実施した。露光条件を決定して露光を行う本例適用の
露光工程は、図１にロットＢで示す製造工程で行った。

【００３３】本例では、各ロットでは、従来技術（図２
参照）におけると同様、フォトリソグラフィ工程Ｘにお
いて、コーターによるレジスト塗布１、アライナーによ
るアライメント及び露光２、デベロッパーでのレジスト
現像３を行い、さらに、Ｏ／Ｌ測定手段によるオーバー
レイ測定４、ＣＤ−ＳＥＭ等による線幅測定５を含む検
査工程Ｘ８を行い、この検査工程Ｘ８で不良であれば、
再作業（Ｒｅ−ｗｏｒｋ）を行い、可であれば、次の工
程Ｙ（本例の場合では、エッチング工程）に入る。

【００３４】従来、同検査工程Ｘ８の測定データが、そ
の後のロットの露光条件の決定に使用されていたわけで
あり、図１に点線８１で示すようにこのデータが計算装
置７であるホストコンピュータに入力され、それにより
点線８２で示すように露光条件が提示されていた。これ
に対し、本例では、ロットＡのエッチング工程Ｙの後の
検査工程Ｙ８の測定データを使用して、このデータ９１
を計算装置７であるホストコンピュータに導き、これに
基づいて、露光条件９２が提示される。よって、フォト
リソグラフィ工程におけるよりも測定精度が高いエッチ
ング工程後のデータを用いる結果、従来よりも適正な露
光条件が定めらる。ＣＭＰによって精密に平坦化された
下地に対しても、充分に的確に対応できる。これによ
り、再作業（Ｒｅ−ｗｏｒｋ）が低減され、コストと時
間も、さらに節減できる。

【００３５】なお、ここでは、通常最も測定精度が高い
と考えられるエッチング後の検査工程での測定データを
使用したが、さらにその後の工程、たとえばＣＶＤ等に
よる成膜後に行うようにしてもよい。フォトリソグラフ
ィ工程の後の、同工程内の測定データよりも信頼性の高
いデータを用いればよい。

【００３６】本例によれば、露光条件の適正な決定によ
り、オーバーレイ制御精度、線幅制御精度を高めること
ができて、再作業（Ｒｅ−ｗｏｒｋ）工程の低減、工程
時間の短縮も実現でき、また、ＣＭＰ等の新しい各種技
術に対応することが容易であり、またこれにより製品の
さらなる性能の向上をも図ることができるという効果利
点がもたらされる。

【００３７】

【発明の効果】上記のとおり、本発明によれば、露光条
件フィードバックシステムを有効に使用して適正な露光
条件を正確に得ることができ、たとえばオーバーレイ制
御精度、線幅制御精度を高めることができて、再作業
（Ｒｅ−ｗｏｒｋ）工程の低減、工程時間の短縮も実現
でき、また、新しい各種技術に対応することが容易であ
り、またこれにより製品のさらなる性能の向上をも図る
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態例を説明するための図で
あり、本発明の露光条件フィードバックシステムを使用
したフローの一例を示すものである。

【図２】 従来の露光条件フィードバックシステムを使
用したフォトリソグラフィ工程のフローを示すものであ
る。

【図３】 従来技術に係るフォトリソグラフィ工程及び
エッチング工程のフローを示すものである。

【図４】 従来技術に係るフォトリソグラフィ工程及び
エッチング工程のフローを示すものである。

【符号の説明】

１・・・レジスト塗布、２・・・アライメント及び露
光、３・・・レジスト現像、４・・・オーバーレイ測
定、５・・・線幅測定、７・・・計算装置（コンピュー
タ）、Ｘ８・・・フォトリソグラフィ工程での検査工
程、Ｙ８・・・エッチング工程での検査工程、Ｘ・・・
フォトリソグラフィ工程、Ｙ・・・エッチング工程。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光工程を備える半導体装置の製造工程
   において、露光条件を決定する露光条件の決定方法であ
   って、 過去に処理された測定データを使って露光条件を決定す
   る際に、 過去に処理された同露光工程の後に行われる工程での測
   定データを使用することを特徴とする半導体材料の製造
   工程における露光条件の決定方法。
2. 【請求項２】 上記露光工程が、フォトリソグラフィ工
   程のための露光工程であり、該露光工程の後にエッチン
   グ工程を有することを特徴とする請求項１に記載の半導
   体材料の製造工程における露光条件の決定方法。
3. 【請求項３】 上記測定データとして、エッチング終了
   後の測定データを使用することを特徴とする請求項２に
   記載の半導体材料の製造工程における露光条件の決定方
   法。
4. 【請求項４】 露光工程を含むフォトリソグラフィ工程
   と、エッチング工程を備えて半導体材料を製造する半導
   体材料の製造装置であって、 過去に処理された同露光工程の後に行われるエッチング
   工程終了後の測定データを取り込んで露光条件を決定す
   る手段と、この露光条件によって露光を行う手段を有す
   ることを特徴とする半導体材料の製造装置。