KR100512839B1 - 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 상에 도포된 레지스트막에, 제1 가열 처리, 제1 냉각 처리를 순차적으로 행한 후, 노광량 및 포커스 위치를 소정의 값으로 설정하고, 상기 웨이퍼 상에서의 실효적인 노광량을 검출하기 위한 노광량 모니터 마크 및 상기 웨이퍼 상에서의 실효적인 포커스를 검출하기 위한 포커스 모니터 마크 중 적어도 하나를 포함하는 모니터 마크가 배치된 마스크를 이용하여 상기 레지스트막에 대하여 노광 처리를 행하여, 상기 레지스트막에, 상기 모니터 마크에 대응하는 잠상을 형성하고, 잠상이 형성된 레지스트막에 대하여 제2 가열 처리, 제2 냉각 처리를 순차적으로 행한 후에 현상 처리하고, 노광 처리 후, 상기 모니터 마크의 잠상 또는 모니터 패턴의 상태를 1회 이상 측정하고, 측정 결과에 기초하여 상기 레지스트막에 대하여 행해진 노광 처리에서의 실효적인 노광량 및 포커스 위치 중 적어도 하나를 구하고, 구해진 실효적인 노광량 및 포커스 위치의 어느 하나로부터, 상기 마스크를 이용하여 노광을 행할 때의 최적의 노광량 치와 상기 설정치와의 차 및 최적의 포커스 치와 설정치와의 차 중 적어도 하나를 산출하고, 산출된 차에 따라, 노광 조건 및 노광 후의 처리 조건 중 적어도 하나를 변경한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 레지스트막에 전사하여 패턴을 형성할 때의 노광량 및 포커스를 설정하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 제조에 있어서의 포토리소그래피 공정에서는 패턴 노광을 행하기 위한 장치가 사용되고 있으며, 노광 장치라 불리고 있다. 또한, 노광 장치의 일종으로서 축소 투영 노광 장치(스테퍼)가 있다. 이 스테퍼에 의해 광원으로부터의 광이, 노광 패턴이 묘화된 마스크를 투과하여, 광학계에 의해 축소된 후, 반도체 웨이퍼로 투영된다.
마스크 상의 묘화 패턴을 웨이퍼 상에 전사하는 패턴 형성에는 전사할 수 있는 패턴의 미세화가 요구되고 있다. 광학 결상 이론으로부터는 투영 광학계의 개구 수를 NA, 노광 파장을 λ로 했을 때, 해상력(선폭) R, 초점 심도 DOF는 잘 알려진 이하의 식으로 주어진다.
k1, k2는 프로세스 계수이다.
이 두 개의 식은 레일리 식이라고 하는 것으로, 축소 투영 노광 장치의 결상 성능을 평가하는 척도로서 활용되어 왔다. 패턴의 미세화의 요구로부터, 노광 파장의 단파장화 및 투영 렌즈의 고 NA화가 이루어지고 있으며, 그와 동시에 프로세스의 개선이 동시에 행해져 왔다. 그러나, 최근의 디바이스 패턴의 미세화 요구는 보다 엄격하여, 노광량 여유도나 초점 심도의 프로세스 마진을 충분히 얻는 것이 어려워, 수율의 감소를 야기하고 있었다.
적은 프로세스 마진으로 광 리소그래피를 행하기 위해서는 프로세스 마진을 소비하는 오차의 정밀한 분석과 오차 배분(에러버젯)이 중요시되고 있다. 예를 들면, 웨이퍼 상에 다수의 칩을 동일한 설정 노광량으로 노광했다고 해도, PEB(Post Exposure Bake), 웨이퍼면 내의 현상의 불균일성, 웨이퍼면내 레지스트의 막 두께 변동 등이 원인이 되어 실효적인 적정 노광량이 변동하고, 그 때문에 수율의 저하를 야기하고 있었다. 그 때문에, 적은 프로세스 마진을 유효하게 사용하고, 수율의 저하를 방지하기 위해서 보다 고정밀도의 노광량 및 포커스를 모니터하여, 노광량 및 포커스에 피드백 또는 피드포워드하는 제어 방법이 요구됨과 함께, 각 프로세스 유닛별로 프로세스 마진을 소비하는 오차 요인의 정밀한 분석을 하고, 그 분석 결과에 기초하여 주요한 오차 요인의 개선을 실시할 필요도 있다.
노광량의 제어 방법에 대해서는 두 가지 방법이 보고되어 있다. 하나의 방법은 레지스트 패턴 선폭, 또는 잠상 패턴 선폭의 측정 결과에 기초하여 노광량을 구하는 것이다. 다른 하나의 방법은 레지스트 패턴 선폭이나 잠상 패턴 선폭으로 콜리메이트된 광을 조사하여 얻어진 회절광 강도의 측정 데이터에 기초하여 실효적인 노광량을 구하는 것이다.
그러나, 패턴의 선폭의 변동 요인은 노광량뿐만 아니라 포커스에 의해서도 변화하기 때문에, 통상의 상기 방법에 의한 측정 결과로는 노광량 치의 변동인지, 포커스의 변동인지, 또는 양방의 변동에 의한 영향을 판정할 수는 없었다.
한편, 포커스의 모니터 방법으로서는 (1) 디포커스에 의한 노광 후의 모니터 마크의 치수 변동을 이용하여 포커스를 계측하는 타입, (2) 위상 시프트 마스크 타입의 마크를 이용함으로써, 포커스의 변동을 패턴의 위치 편차로서 계측하는 타입으로, 크게 2종류의 타입이 있다.
종래의 포커스 모니터에 의해, 포커스의 편차량을 구하고, 포커스 설정치에 대하여 피드백할 수 있었다고 해도, 이들 마크를 이용한 것 만으로는 적정 노광량 치의 변동을 고려할 수 없기 때문에, 프로세스의 변동 요인을 억제하여 노광 마진을 유효하게 사용할 수 없었다.
이러한 현상들은, 노광량 여유도 및 포커스 마진이 적은, 패턴이나 고립 패턴이 미세하게 될수록 현저하게 되고, 노광량 및 포커스 중 어느 한 쪽을 모니터하고, 거기서 얻어진 측정 결과에 기초하여 노광 장치의 설정 노광량, PEB 온도, 현상 시간 등에 피드한 것만으로는 프로세스의 변동 요인을 억제할 수 없다고 하는 문제가 생기고 있다.
(1) 본 발명의 일례에 따른 반도체 제조 장치의 제어 방법은 노광 장치에 의해 마스크 상의 회로 패턴을 웨이퍼 상에 형성된 레지스트막에 전사하여 패턴을 형성할 때의 노광량 및 포커스를 설정하는 반도체 제조 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 마스크에는 상기 웨이퍼 상에서의 실효적인 노광량을 검출하기 위한 노광량 모니터 마크 및 상기 웨이퍼 상에서의 실효적인 포커스를 검출하기 위한 포커스 모니터 마크 중, 적어도 한쪽을 포함하는 모니터 마크가 배치되고, 상기 웨이퍼 상에 레지스트막을 도포하는 공정과, 상기 레지스트막에 대하여 제1 가열 처리를 행하는 공정과, 제1 가열 처리가 행해진 레지스트막에 대하여 제1 냉각 처리를 행하는 공정과, 노광량 및 포커스 위치를 소정의 값으로 설정하고, 상기 마스크를 이용하여 제1 냉각 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 노광 처리를 행하고, 상기 레지스트막에, 상기 모니터 마크에 대응하는 잠상을 형성하는 공정과, 잠상이 형성된 레지스트막에 대하여 제2 가열 처리를 행하는 공정과, 제2 가열 처리가 행해진 레지스트막에 대하여 냉각 처리를 행하는 공정과, 제2 가열 처리가 행해진 레지스트막을 현상 처리하여, 상기 잠상에 대응하는 모니터 패턴을 형성하는 공정과, 노광 처리 후, 제2 가열 처리 후, 제2 냉각 처리 중, 제2 냉각 처리 후, 현상 처리 중 및 현상 처리 후 중 적어도 어느 한 부분에서, 상기 모니터 패턴의 상태를 측정하는 계측 공정과, 측정된 모니터 패턴의 상태에 기초하여 상기 레지스트막에 대하여 행해진 노광 처리에 있어서의, 실효적인 노광량 및 포커스 위치 중 적어도 한쪽을 구하는 공정과, 구해진 실효적인 노광량 및 포커스 위치의 어느 한쪽으로부터 상기 마스크를 이용하여 노광을 행할 때의 최적의 노광량 치와 상기 설정치와의 차 및 최적의 포커스 치와 설정치와의 차 중 적어도 한쪽을 산출하는 연산 공정과, 산출된 차에 따라, 포커스 위치의 설정치, 노광량의 설정치, 제1 가열 처리의 가열 조건, 현상 처리에 있어서의 현상 조건, 노광 처리가 종료하고 나서 제2 가열 처리가 행해지기까지의 시간, 제2 가열 처리가 종료하고 나서 제2 냉각 처리가 행해지기까지의 시간, 제2 냉각 처리가 종료하고 나서 현상 처리가 개시되기까지의 시간, 레지스트막의 도포가 종료하고 나서 제1 가열 처리가 개시되기까지의 시간, 제1 가열 처리가 종료하고 나서 제1 냉각 처리가 행해지기까지의 시간 및 제1 냉각 처리가 종료하고 나서 노광이 개시되기까지의 시간 중 적어도 하나를 변경하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
〈제1 실시예〉
제1 실시예에 있어서, 특히 로트 내의 패턴의 치수 변동을 억제하는 것에 유효한 실시예에 대하여 나타낸다.
도 1에는 제1 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 2에는 반도체 장치 제조 공정에 이용하는 마스크의 평면도를 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노광에 사용하는 마스크(200)에는 디바이스 패턴(201)이 포함되지 않는 다이싱 영역(202)에 실효적인 노광량을 모니터하기 위한 노광량 모니터 마크(203) 및 포커스 모니터 마크(204)가 배치되어 있다.
포커스 모니터 마크(204)는 노광량에 의존하지 않고, 포커스 위치에만 의존하여 레지스트에 패턴을 형성하는 마크로서, 노광량에 의존하지 않는 포커스 위치를 구하기 위한 마크이다.
노광량 모니터 마크(203)는 포커스 위치에 의존하지 않고, 노광량에만 의존하여 레지스트에 패턴을 형성하는 마크이다.
본 실시예에서는 본 로트(제2 웨이퍼군)의 투입에 앞서, 선행 로트(제1 웨이퍼군)에 대하여, 레지스트막의 도포(단계 S101), 노광 전의 가열(단계 S102), 냉각(단계 S103), 노광(단계 S104), 노광 후의 가열(단계 S105), 냉각(단계 S106), 현상(단계 S107)을 행하여 레지스트막에 패턴을 형성한다. 단계 S101 ∼S107의 공정은 종래 행해지고 있는 공정과 마찬가지이므로, 상세한 설명을 생략한다.
다음으로, 레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼 중에서, 로트 내의 실효적인 노광량 변동 및 포커스 변동을 모니터하기 위해서 충분한 양의 웨이퍼를 추출한다(단계 S108). 양방의 모니터 마크를 노광한 패턴을 측정하였다(단계 S109). 이들 결과로부터, 로트 내의 각 웨이퍼의 포커스 위치에 의존하지 않는 실효적인 노광량 및 노광량에 의존하지 않는 실효적인 포커스 위치가 구해진다(단계 S110). 구해진 실효적인 노광량 및 포커스 위치 중 적어도 한쪽을 이용하여, 다음 로트 이후의 로트에 대하여 피드백을 걸어 노광하는 구성으로 되어 있다(단계 S111).
우선, 노광량 모니터 마크를 이용한, 포커스 위치에 의존하지 않는 노광량의 측정에 대하여 설명한다.
마스크에 형성되는 노광량 모니터 마크에는, 여기서는 Exposure Monitor Structure(Alexander Staikov. SPIE vol. 1261 p. 315-324)로 제시되어 있는 타입을 이용하였다. 이 노광량 모니터 마크의 특징은 마스크 패턴의 투과부와 차광부의 치수비(듀티비)를 사용하는 투영 노광 장치에서 해상하지 않는 범위에서 연속적으로 변화시킨 패턴을 배치함으로써, 웨이퍼 상에서 포커스의 위치에 의존하지 않는 조사량의 경사 분포를 갖는 패턴을 형성할 수 있는 점이다.
도 3에는 상기 타입의 노광량 모니터 마크를 나타낸다. 도 3에서, 참조 부호(301)는 차광부를 나타내고, 참조 부호(302)는 투과부를 나타내고 있다. 노광량 모니터 마크는 마크의 중앙에서부터 가로 방향으로 넓어짐에 따라, 피치 P는 고정하여 차광부의 치수가 증가하도록 하고 있다. 피치 P는 사용하는 노광 조건에 있어서 해상하지 않는 피치이다.
본 발명자는 사용하는 노광 조건이, 노광 파장 λ=248㎚, 노광 장치의 투영 광학계의 사출측의 개구 수 NA=0.68, 노광 장치의 조명 광학계의 코히어런트 팩터 σ=0.75, 차폐율 2/3의 윤대(輪帶) 조명인 것을 고려하여, 마스크 패턴에 있어서의 회절광(1차 이상의 회절광)은 투영 렌즈의 초점에 들어 가지 않고, 직진광(0차 회절광)만이 초점에 들어 가는 조건
(M은 마스크의 배율)
을 만족하도록 노광량 모니터 마크의 피치 P를 웨이퍼 환산 치수로 0.19㎛로 하였다.
도 4에는 도 3에 도시한 노광량 모니터 마크를 레지스트막에 전사했을 때에 얻어지는 웨이퍼면 상에서의 A-A'부에 대응하는 광상 강도 분포를 나타낸다. 웨이퍼면 상에는 모니터 마크로 회절된 O차 회절광만이 조사되기 때문에, 상(像) 강도 분포는 투과부의 면적의 2승에 비례한 분포가 된다. 이 마크를 이용하여 노광 장치의 노광량 설정치를 변화시켜 노광을 행함으로써, 도 5의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 노광량에 대하여 노광량 모니터 패턴(501)의 길이 D가 변화하여 형성된다. 도 5의 (a)는 노광량이 작은 경우에 레지스트에 형성되는 노광량 모니터 패턴, 도 5의 (b)는 노광량이 큰 경우에 레지스트에 형성되는 노광량 모니터 패턴을 나타내는 평면도이다. 레지스트막에 형성된 패턴의 길이를 광학식의 선폭 측정 장치로 측정함으로써, 포커스 위치에 의존하지 않는 실효적인 노광량을 얻기 위한 교정 곡선을 얻을 수 있다.
노광은 Si 웨이퍼 상에 약액을 스핀 코팅한 후, 가열 처리를 하여 도포형의 반사 방지막(막 두께 60㎚)을 형성하고, 또한 스핀 코팅에 의해 화학 증폭계 포지티브형 레지스트(막 두께 0.4㎛)를 형성하였다. 이 후, 100℃, 90초로 프리 베이크 처리를 행하였다. 이들 일련의 처리는 본 로트를 처리하는 노광 장치에 연결된 트랙 내에서 행해졌다. 이들 처리가 종료한 웨이퍼를 노광 장치에 반송하여, 노광을 행하여 상기 노광량 모니터 마크를 전사하였다. 그 후, 노광 후 가열(PEB), 냉각, 현상을 순차적으로 행하여, 레지스트막에 노광량 모니터 패턴을 형성하였다.
노광량 모니터 패턴의 교정을 행하기 위해서, 노광 장치의 노광량 설정치는 레지스트를 이용했을 때의 디바이스 패턴에 최적의 노광량 설정치인 15mJ/㎠를 중심으로 ±20%의 범위에서 노광량치를 변화시켜 노광을 행하였다.
도 6에는 교정 곡선으로서 얻어진 패턴 길이 측정치와 노광 장치의 노광량 설정치의 관계를 나타내었다. 계측에 이용한 광학 길이 측정 장치의 재현성을 평가한 결과, 90㎚의 재현성을 얻을 수 있었다. 이로 인해, 노광량 모니터 패턴은 0.6%의 노광량 변동을 검출할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이에 따라, 노광량 모니터 패턴(501)의 길이 D를 기준으로 실효적인 노광량을 기술할 수 있다. 또, 도 6에서, 횡축은 설정된 노광량 치를 100%로 하고 있다.
다음으로, 포커스 모니터 마크 및 노광량 모니터 마크를 이용한, 노광량에 의존하지 않는 포커스의 측정에 대하여 설명한다.
포커스 모니터 마크로서는 디포커스에 의한 노광 후의 모니터 패턴의 치수 변동으로부터 포커스 위치를 계측하는 타입을 사용하였다. 도 7에는 본 실시예에서 사용한 포커스 모니터 패턴을 형성하기 위해서 이용한, 마스크에 형성되어 있는 포커스 모니터 마크를 나타내었다(치수는 웨이퍼 환산 치수). 포커스 모니터 마크를 구성하는 패턴(701)은 중앙부의 폭이 0.25㎛, 선단부의 폭이 0.1㎛로 중앙부로부터 선단부로 폭이 좁아지도록 형성되어 있다. 5개의 패턴(701)이 0.25㎛의 간격으로 배치되어, 포커스 모니터 마크가 형성되어 있다.
여기서, 본 발명자는 상기 노광량 모니터 패턴의 계측으로부터 얻어진 실효적인 노광량(여기서는 노광량 모니터 패턴의 길이 D)에 대하여, 도 7에 도시한 포커스 모니터 마크를 이용하여 형성되는 포커스 모니터 패턴의 패턴 길이 L의 전사후의 치수 W의 움직임을 사전에 교정해 둠으로써, 노광량과 포커스를 독립한 파라미터로서, 각각 구할 수 있는 것에 주목하였다.
이 포커스의 교정 곡선은 사전에, 노광 장치의 설정 노광량과 포커스 위치를 바꿔서 노광을 행하고, 노광량에 대해서는 상술한 포커스에 의존하지 않는 노광성 모니터 마크를 이용하여 형성된 패턴의 길이 측정 결과를 실효적인 노광량으로 변환하고, 최종적으로는 실효적인 노광량과 디포커스 및 패턴 길이 W의 3자의 관계를 구해 두었다.
도 8에는 도 6에 도시한 노광량 교정 곡선에 의해 교정한 실효적인 노광량에 있어서의 포커스 모니터 마크(도 7)를 이용하여 레지스트막에 형성되는 패턴 길이 W의 포커스 의존성을 나타내었다.
또한, 상기 교정 곡선을 구했을 때는 원하는 포커스 여유도 및 노광량 여유도를 만족하는 최적의 노광 치는 15mJ/㎠이고, 그 때의 실효적인 노광량으로서는 노광량 모니터 패턴의 길이 D로 환산하여, 13.747㎛, 포커스 위치의 오프셋은 0㎛이었다.
이하, 도 1에 따라 노광 순서를 상세하게 설명한다.
(단계 S101∼S107)
1로트의 웨이퍼를 상기 프로세스 조건으로 투입하고, 레지스트의 도포(단계 S101), 노광 전의 가열(단계 S102), 냉각(단계 S103), 노광(단계 S104), 노광 후의 가열(단계 S105), 냉각(단계 S106), 현상(단계 S107)을 행하여 레지스트 패턴을 형성한다. 또, 1로트는 24장의 웨이퍼로 구성되어 있다.
(단계 S108, S109)
현상이 종료하여 레지스트 패턴이 형성된 전체 웨이퍼를 추출하고(S108), 1로트(24장) 중의 각 웨이퍼에 있어서, 5쇼트의 노광량 모니터 마크 및 포커스 모니터 마크에 의해 형성된 레지스트 패턴의 길이를 광학 길이 측정 장치로 계측한다(S109).
(단계 S110)
단계 S109에서의 계측 결과로부터, 1로트 내의 각 웨이퍼의 실효적인 노광량 Dε(i)(i=1∼24) 및 포커스 위치 Fε(i)(i=1∼24)를 산출한다. 도 9에는 1로트 내의 실효적인 노광량 변동 분포를 나타낸다. 또한, 도 10에는 1로트 내의 포커스 위치 변동 분포를 나타낸다.
1로트 내의 노광량 변동 및 포커스 위치 변동은 각 웨이퍼별로 프로세스 유닛 간의 대기 시간이나 유닛 내의 분위기의 차이, 노광량 오차, 포커스 오차 등의 영향으로 생긴다. 발명자는 비교적 소규모적인 로트 처리인 경우, 특히, 1회에 투입하는 로트의 규모가 1로트 단위와 같은 단발적인 로트 처리인 경우에는 로트 내의 웨이퍼의 각 프로세스 유닛 조건은 계통적으로 갖추어져 있는 것에 주목하였다. 즉, 로트 내의 동일한 슬롯 위치의 웨이퍼는 프로세스 유닛의 대기 시간 등의 조건이 어떤 로트에 있어서도 비교적 유사한 경향을 나타낸다.
(단계 S111)
그래서, 다음에 동일 로트 내에서 웨이퍼가 흐르는 경우에, 상기 S110에서 얻어진 로트 내의 노광성 변동 분포, 포커스 변동 분포를 고려하고, 1로트 내의 각 웨이퍼에 대하여 각각 노광량을 설정한다.
또, 여기서는 설정되어 있는 노광량 D0 및 포커스 위치 F0에 대하여, i번째에 노광이 행해지는 웨이퍼의 노광량 D(i) 및 포커스 위치 F(i)를 각각
로 하였다.
또, 도 10에 도시한 바와 같이, 포커스 위치에 대해서는 금회에는 변동량이 적었기 때문에, 포커스에 대해서는 특별히 변조를 부가하지 않았다. 그 결과, 다음 로트에 있어서는 각각, 도 11에 도시한 노광량 변동 분포를 얻을 수 있어, 이전 로트에 나타난 로트 내의 노광량 변동은 억제되고, 실효적인 노광량을 로트 내에서 균일하게 형성할 수 있었다.
또, 상기 실시예에서는 포커스의 편차량이 작고, 문제없는 양이었기 때문에, 변조를 부가하지 않았다. 편차량이 큰 경우에는 도 7에 도시한 포커스 모니터 마크를 이용하여 형성된 마크에서는 포커스가 어긋난 방향을 알 수 없다. 그 때문에, 포커스 위치를 플러스 마이너스의 어느 쪽에 오프셋을 부가하여 노광해야 하는지 판단할 수 없다. 그래서, 도 7에 도시한 타입의 포커스 모니터 마크에서는 현장에서 얻을 수 있는 QC 데이터 등을 이용하여, 포커스의 편차 경향으로부터 포커스 위치의 오프셋의 방향을 판단하게 된다.
그래서, 발명자는 도 7에 도시한 포커스 모니터 마크를 90도 회전한 것을 정합시켜서 배치하고, 사용하는 노광 장치의 비점 수차를 이용함으로써 포커스의 편차량을 모니터하였다. 금회에 사용한 장치는 90도 방향과 0도 방향의 패턴에 있어서의 초점 위치의 차가 0.15㎛ 존재하는 것을 이미 알 수 있었다. 이러한 비점 수차를 이용함으로써, 포커스 위치의 어긋난 방향에 대해서도 모니터할 수 있게 된다.
도 12에 포커스가 어긋난 방향도 판단할 수 있는 타입의 포커스 모니터 마크를 나타낸다. 도 12에 도시한 바와 같이, 도 7에 도시한 포커스 모니터 마크와 마찬가지인 포커스 모니터 마크(1201, 1202)가 상호 직교하도록 배치되어 있다.
상기 노광량 모니터 마크를 이용하여 레지스트막에 형성된 노광량 모니터 패턴의 계측으로부터 얻어진 실효적인 노광량에 대하여 도 12에 도시한 포커스 모니터 마크(1201, 1202)의 치수 Lv 및 Lh 부분, 노광, 현상 후의 패턴 길이 Wv, Wh의 움직임을 사전에 교정해 둠으로써, 노광량과 포커스를 독립한 파라미터로서, 각각 구할 수 있다. 보다 상세하게 구체적인 포커스의 편차량의 모니터 방법을 다음에 나타낸다.
도 13에는 도 12의 포커스 모니터 마크(1201, 1202)를 노광한 결과 얻어진 실효적인 노광량에 대한 2방향의 포커스 모니터 패턴의 노광 후에 있어서의 패턴 길이 Wv 및 Wh 의존성을 나타낸다. 본 발명자는 노광량에 의해 패턴 길이 Wv 및 Wh 자체는 변화하지만, 저스트 포커스 부근에서는 양방의 차는 노광량의 변동에 대해서 그다지 변화하지 않다고 하는 특징이 있는 것에 주목하였다. 그래서, 다음으로, 도 13에서 실효적인 노광량이 변화했을 때의 패턴 길이 Wv와 Wh와의 차와 포커스의 편차량과의 관계를 구한 바, 도 14에 도시한 바와 같은 교정 곡선을 얻을 수 있었다. 도 14에 도시한 포커스의 교정 곡선을 이용함으로써, 포커스의 편차량(방향도 포함시킴)은 패턴 길이 Wv와 Wh와의 차로부터 구할 수 있으며, 노광 장치의 포커스 설정치에 피드백할 수 있다.
또한, 금회에는 0도 방향 패턴과 90도 방향 패턴에 대하여, 비점 수차 이외의 수차는 현저하지 않은 경우였지만, 그 밖에 수차가 현저한 경우나, 마스크 작성 등에 있어서 생기는 0도 방향 패턴과 90도 방향 패턴의 형상의 차이가 현저한 경우, 또는 포커스의 편차량이 큰 경우, 또한 포커스 모니터의 정밀도를 높이는 경우에는 포커스 모니터 패턴으로부터 얻어진 패턴 길이 Wv와 Wh와의 차뿐만 아니라, 노광량 모니터 패턴으로부터 얻어진 실효적인 노광량도 고려한 교정 곡선을 이용하면 된다.
또한, 금회에는 0도와 90도 방향의 마크를 이용했지만, 상호 베스트 포커스 위치가 다른 방향의 마크이면 되고, 이 방향만으로 한정되는 것은 아니다.
이상의 결과로부터, 포커스가 어긋난 방향에 대해서도 모니터할 수 있게 되어, 더욱 정밀도있는 포커스의 편차량을 보정할 수 있어, 항상 최대의 노광 마진을 얻을 수 있는 상태에서 본 로트 내의 웨이퍼의 노광이 이루어져, 수율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 그 밖의 노광량의 변동에 영향받지 않고 포커스 위치의 편차량을 모니터하는 방법으로서, 위상 시프트 마스크 타입의 마크를 이용함으로써, 포커스 변동을 레지스트 패턴의 위치 편차로서 계측하는 기술을 이용해도 된다. 예를 들면, 포커스의 변동을 레지스트 패턴의 위치 편차로서 계측하는 타입의 포커스 모니터 마크로서, 도 15에 도시한 바와 같은 Phase shift focus monitor application to Lithography tool control(D. Wheeler et. al. SPIE vol. 3051 p. 225-223)에 기재된 마스크를 이용해도 된다. 도 15에서, 참조 부호(1501)는 위상 변위 유리, 참조 부호(1502)는 위상 무변위 유리, 참조 부호(1503)는 차광막이다. 이 마크를 이용한 교정 방법은 포커스 모니터 마크에 대하여 디포커스 위치를 변화시켜 노광시키고, 오정렬 검사 장치에 의해 얻어진 위치 편차량과 포커스의 편차량과의 관계를 포커스의 교정 곡선으로서 구해 두고, 이 교정 곡선으로부터 노광 장치의 포커스 설정치에 피드백하면 된다.
또한, 그 밖의 노광량의 변동에 영향받지 않고 포커스 위치의 편차량을 모니터하는 방법으로서, 상술한 포커스 모니터 마크 이외에 적용 가능한 포커스 모니터 마크에 대하여 설명한다. 도 16의 (a), (b)는, 포커스 모니터 마크의 개략 구성을 설명하기 위한 것으로, 도 16의 (a)는 포커스 모니터 마크의 단면도, 도 16의 (b) 포커스 모니터 마크의 평면도이다.
모니터 마크는 마스크의 디바이스 패턴이 없는 영역(다이싱 라인)의 차광부에 형성되어 있다. 도 16의 (a), (b)에서, 참조 부호(1611)는 유리 등의 투명 기판, 참조 부호(1612)는 반투명막, 참조 부호(1613)는 차광막을 나타낸다. 또한, 참조 부호(1601)는 차광막(1613)에 형성된 마름모형 마크(제1 개구부)를 나타내고, 참조 부호(1602)는 반투명막(1612)에 형성된 마름모형 마크(제2 개구부)를 나타낸다. 또, 반투명막(1612)은 노광 광에 대하여 투과율이 6%, 위상을 180도 변이시키는 작용을 갖고 있다.
마름모형 마크(1601)를 형성한 제1 패턴 영역 및 마름모형 마크(1602)를 형성한 제2 패턴 영역에서는 각 마크가 일정한 피치로 5개씩 배치되어 있다. 그리고, 마름모형 마크(1601, 1602)는 웨이퍼 환산 상에서 x축 방향의 길이가 12㎛, Y축 방향의 폭이 0.18㎛이고, 피치는 0.36㎛로 되어 있다. 또한, 제2 개구부인 마름모형 마크(1602)의 부분에서는 반투명막(1612)을 통과하는 노광 광과 마름모형 마크(1602)를 통과하는 노광 광에 90도의 위상차분만 기판이 파여 있다. 이와 같이 함으로써, 반투명막부의 마름모형 마크(1602)에 의해 웨이퍼 상에 형성된 마름모형 패턴의 포커스점과, 차광막부의 마름모형 마크(1601)에 의해 웨이퍼 상에 형성된 마름모형 패턴과의 포커스점 사이에 편차가 생겨, 도 17에 도시한 바와 같이, 포커스 위치에 대하여 다른 패턴 치수 특성을 나타낸다. 그리고, 이 두 개의 마크의 노광, 현상 후의 패턴 치수의 차를 모니터하면, 디포커스에 대하여 단조 감소 또는 단조 증가하는 것을 이용하여, 디포커스에 대한 패턴 치수 차의 관계를 도 18에 도시한 바와 같은 교정 곡선으로 구해 둔다. 이 결과를 이용하여, 노광, 현상 후의 웨이퍼 상의 패턴 치수의 차(L-L')를 측정함으로써, 포커스의 편차량을 방향도 포함시켜 모니터할 수 있다. 이 포커스 모니터 마크도 상술한 마크와 마찬가지로, 노광량에 따라 서로의 패턴 길이는 변화하고, 저스트 포커스 부근에서는 양방의 차는 노광량에 따라 그다지 변화하지 않다는 특징이 있다.
또한, 감도를 높이기 위해서, 도 16의 (a), (b)에 도시한 포커스 모니터 마크보다 정밀도가 높은 마크에 대하여 설명한다. 노광용 마스크 상에, 포커스점을 측정하기 위한 모니터 마크로서, 반투명막으로 형성한 마름모형 마크를 배치하였다. 앞서 설명한 마크와 다른 부분은 제1 및 제2 패턴 영역 모두에 반투명막을 설치하고, 마름모형 마크의 제1 패턴 영역에서는 +90도 위상차를 갖게 하고, 제2 패턴 영역에서는 -90도의 위상차를 갖게 한 것이다. 제1 패턴 영역에서는 반투명막을 투과하는 노광 광을 개구부를 통과하는 노광 광에 대하여 위상을 거의 +90도 변이시키고, 제2 패턴 영역에서는 반투명막을 통과하는 노광 광을 개구부를 통과하는 노광 광에 대하여 위상을 -90도 변이시켰다. 개구부를 통과하는 노광 광에 대하여 위상을 거의 +90도 변이시킨 반투명막부의 마름모형 마크의 포커스점과 차광막부에 형성된 마름모형 마크의 포커스점과의 편차량은 상술한 마크와 동일한 양만큼 변화한다. 이에 대하여, 개구부를 통과하는 노광 광에 대하여 위상을 거의 -90도 변이시킨 반투명막부의 마름모형 마크의 포커스점은 차광막부에 형성된 마름모형 마크의 포커스점에 대하여, 상술한 편차량의 절대치는 같고, 부호가 반대인 특성을 나타낸다. 그 결과, 이전에 기재한 마크에 대하여, 2배의 포커스 편차량의 검출 감도를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는 노광 장치와 독립한 광학식의 선폭 측정기를 이용하여, 포커스 모니터 패턴을 측정했지만, 노광 장치 자체에 내장된 선폭 측정 기능이나 SEM 등의 광학식 이외의 측정 장치를 이용할 수도 있다. 또한, 모니터 마크는 레지스트에 형성되는 패턴이 선폭 측정 장치에서 측정 가능하면 되고, 쐐기형이어도 된다. 마름모형 또는 쐐기형의 형상은 반드시 선단을 예리하게 형성할 필요는 없고, 중앙부보다 선단부가 세밀하게 형성되어 있으면 포커스 모니터 마크로서 기능을 발휘한다. 또한, 사용하는 노광 조건에 따라 여러가지 변경함으로써, 포커스 검출 성능의 향상을 한층 더 도모할 수 있다.
또한, 도 16의 (a), (b)에 도시한 포커스 모니터 마크에 있어서, 제1 패턴 영역에서의 차광부와 개구부와의 관계는 반대로 해도 된다. 즉, 개구부로 둘러싸이고 마름모형 또는 쐐기형의 차광막으로 형성된 모니터 마크를 갖도록 해도 된다. 마찬가지로, 제2 패턴 영역에서의 반투명막부와 개구부와의 관계도 반대로 해도 된다. 즉, 개구부로 둘러싸이고 마름모형 또는 쐐기형의 반투명막으로 형성된 모니터 마크를 갖도록 해도 된다. 그리고, 이들 중 어느 하나의 조합을 이용해도, 본 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 제2 패턴 영역에서 마름모형 마크(1602)를 통과하는 노광 광에 대하여 그 주변을 통과하는 노광 광에 위상차를 갖게 하기 위해서 90도의 위상차를 갖는 반투명막(1612)을 사용했지만, 이 위상차는 90도에 한정된 것이 아니라, 차광부의 마름모형 마크(1601)와, 반투명막부의 마름모형 마크(1602)와의 베스트 포커스 위치 변화를 생기게 하는 것이면 된다. 또한, 반투명막으로서는 SiO2, 산질화 몰리브덴 실리사이드(MoSiON), 질화 몰리브덴 실리사이드(MoSiN), 불화 크롬(CrF), 지르코늄 실리사이드(ZrSiO) 등을 이용할 수 있다.
도 19에, 도 16의 (a), (b)에 도시한 포커스 모니터 마크의 반투명막부와 투과 부분과의 위상차와 포커스의 검출 감도의 관계를 나타내었다. 도 19에서, 필요한 포커스 편차량의 검출 정밀도는 0.05㎛ 정도이고, 선폭 측정기의 측정 정밀도가 0.02㎛ 정도로 하면 포커스 모니터에 필요한 검출 감도의 한계는
이 되어, 0.8 이상이 필요하게 된다. 이로 인해, 위상차는 45도 내지 150도 사이의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3에 도시한 마크 이외에 적용이 가능한 노광 모니터 마크로서, 레지스트 막 두께의 막 두께 계측을 이용하는 타입인 특개2000-12425 공보에 기재된 마크를 이용해도 된다.
또한, 또 하나의 다른 타입으로서, 오정렬 검사 장치의 오정렬 길이 측정 기능을 이용한 간편하고 고속이며 또한 고정밀도로 노광량을 모니터할 수 있는 노광량 모니터 마크에 대해서도 적용 가능하다. 이하, 적용예를 상세하게 설명한다.
종래의 정합 위치 편차 검사 장치에 이용하고 있는 마크의 일부를 노광량의 변동량을 패턴의 위치 편차로서 검출할 수 있는 마크로 변경하였다. 그리고, 이 마크를 사용하는 노광 파장 λ, 개구 수 NA, 마스크의 배율 M, 코히어런트 팩터 σ, 피치 P(웨이퍼 상 환산 치수)로 한 경우, 상기 수학식 3의 조건을 만족하면 웨이퍼 상에서 포커스의 상태에 의존하지 않는 조사량의 경사 분포를 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 그리고, 노광량의 변동을 노광 후의 레지스트 패턴의 외측 패턴과 내측 패턴의 상대 위치 편차량으로서 오정렬 검사 장치에서 모니터하였다.
도 20에는 모니터 마크(2000)를 나타낸다. 도 20에 도시한 모니터 마크(2000)에는 한 쌍의 상대 위치 검출용 마크(2004(2004a, b))와, 이들 상대 위치 검출용 마크에 끼워진 노광량 모니터 마크(2001)가 x축 방향(한방향)으로 배열 형성되어 있다. 또한, 노광량 모니터 마크(2001)를 x축 방향에 대하여 직교하는 y축에 대하여 끼우도록, 한 쌍의 y축 방향 위치 편차량 검출용 마크(2005(2005a, b))가 형성되어 있다. 노광량 모니터 마크(2001)는 개구부(2002)와, 이 패턴에 대하여 x축 방향으로 접속하고, 투과하는 노광 광의 조사 강도 분포가 x축 방향으로 단조로 변화하는 노광량 모니터부(2003)로 형성되어 있다.
도 21에는 노광량 모니터 마크(2001) 중에 배치된 노광량 모니터부(2003)의 개략 구성을 나타낸다. 도 21에 도시한 노광량 모니터부(2003)는 사용하는 노광 장치(노광 파장 248㎚, NA=0.68, σ=0.75, 윤대 차폐립(遮蔽立) 2/3)에 맞춰, 피치 P(웨이퍼 상)를 해상 한계 이하인 0.19㎛로 하고, 투과부와 차광부의 듀티비를 투과부가 0.625㎚씩 증가한 패턴을 재배치하고 웨이퍼면 상에서 포커스에 의존하지 않는 상 강도가 0에서 1까지 연속적인 분포를 실현하였다.
도 22에는 노광량 모니터 마크(2000)의 A-A'부에 대응하는 레지스트 상에서의 광 강도 분포를 나타낸다. 도 22에서, 참조 부호(2200)는 레지스트에 엣지가 형성되는 엣지 광 강도를 나타내고 있다. 또한, 도 22에서, 참조 부호(2212)는 개구 패턴(2002)을 투과한 노광 광과 엣지 광 강도(2200)와의 교점을 나타내고, 참조 부호(2213)는 노광량 모니터부(2003)를 투과한 노광 광 강도와 엣지 광 강도(2200)와의 교점을 나타내고 있다. 또한, 참조 부호(2204a, 2202, 2203, 2204b)는 모니터 마크(2000)에 형성된 마크(2004a, 2002, 2003, 2004b)에 대응하는 위치를 나타내고 있다.
도 23은 도 20의 노광량 모니터 마크를 노광, 현상하여 최종적으로 얻어진 레지스트 패턴의 A-A' 단면 형상을 나타내고 있으며, 참조 부호(2301)는 노광량 모니터 마크(2001)에 대응하여 형성된 노광량 모니터 패턴, 참조 부호(2302, 2303)는 개구 패턴(2002) 및 노광량 모니터부(2003)에 대응하여 형성된 엣지 형성 위치, 참조 부호(2304a, 2304b)는 상대 위치 검출용 패턴(2004)에 대응하여 형성된 상대 위치 검출용 패턴이다.
노광량 치가 변동한 경우, 엣지 광 강도(2200)의 변동으로서 나타나, 노광량 모니터부(2003)에 의한 엣지 형성 위치(2213)가 변동하기 때문에, 그에 대응하는 노광량 모니터 패턴의 엣지(2313)의 위치가 시프트한다.
그 결과, 적정 노광량 치의 변동은 오정렬 검사 장치에 의해, x축 방향의 노광량 모니터 패턴(2301)의 중심 위치 M'과 장치 위치 검출용 패턴(2304a, b)의 중심 위치 M의 상대 위치 편차량 Δ로 하여 검출할 수 있다.
상기 노광량 모니터 패턴을 이용하여 실효적인 노광량을 모니터하기 위해서는, 사전에 적정 노광량으로부터의 변동에 대한 상대 위치 편차량을 도 24에 도시한 바와 같은 교정 곡선으로서 구해 두면 된다. 이와 같이 함으로써, 상기와 마찬가지의 방법에 의해 실효적인 노광량의 변동을 모니터할 수 있다.
또한, 이 타입의 노광량 모니터 마크는 도 20에 도시한 것에 한정된 것이 아니라, 정합 위치 편차 검사 마크 중 적어도 일부가 웨이퍼면 상에 있어서 조사량 분포가 연속적으로 변화하는 패턴으로 변경된 노광량 모니터부를 배치한 노광량 모니터 마크를 이용하고 있으며, 정합 위치 편차량을 구하고, 그 값을 이용하여 실효적인 노광량 치의 변동을 구하고, 피드백을 거는 구성이면 된다.
검출 감도 향상을 위해서는 노광량 모니터부를 도 25의 (a), (b)나 도 26의 (a)∼(d)에 도시한 바와 같이 두 개, 또는 4개로 하는 것도 효과적이다. 또한, y축 방향에도 부가함으로써, 검출 감도는 더욱 향상한다. 도 25의 (a)는 노광량 모니터 마크의 개략 구성을 나타내는 평면도, 도 25의 (b)는 도 25의 (a)에 도시한 노광량 모니터 마크 내의 노광량 모니터 패턴(2011)의 개략 구성을 나타내는 평면도, 도 26의 (a)는 노광량 모니터 마크의 개략 구성을 나타내는 평면도, 도 26의 (b)는 도 26의 (a)에 도시한 노광량 모니터 마크 내의 노광량 모니터 패턴(2003c)의 개략 구성을 나타내는 평면도, 도 26의 (c)는 도 26의 (a)에 도시한 노광량 모니터 마크 내의 노광량 모니터 패턴(2021)의 개략 구성을 나타내는 평면도, 도 26의 (d)는 도 26의 (a)에 도시한 노광량 모니터 마크 내의 노광량 모니터 패턴(2003d)의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
실효적인 노광량과 포커스를 모니터하기 위해서 각종 노광량 모니터 마크 및 포커스 모니터 마크를 이용한 적용예를 나타내어 왔지만, 상기 노광량 모니터 마크, 포커스 모니터 마크에 한정된 것이 아니고, 포커스 모니터 마크는 노광량에 의존하지 않고, 포커스만 의존하고, 레지스트 패턴을 형성하는 마크, 또는 포커스 위치에 의존하지 않는 실효적인 노광량을 이용함으로써, 노광량에 의존하지 않는 포커스 위치를 구하는 마크인 반면, 노광량 모니터 마크는 포커스 위치에 의존하지 않고 노광량에만 의존하고 레지스트에 패턴을 형성하는 마크를 이용하여, 노광량과 포커스를 분리하여 구하고, 다음 로트에 대하여 피드백하는 구성이면 된다.
또한, 상기 실시예에 있어서는 피드백처로서, 다음 로트의 각각의 웨이퍼에 대하여 노광 장치의 노광량 설정치를 변조하여 행했지만, 노광량 설정치 이외를 변조할 수도 있다.
도 27에 도시한 바와 같이, 노광량 모니터 패턴, 포커스 모니터 패턴의 길이를 측정한 후(단계 S109), 포커스 위치에 의존하지 않는 실효적인 노광량, 실효적인 포커스 위치를 산출한다(단계 S110a, S110b). 그리고, 구해진 실효적인 노광량으로부터, 다음 로트 내의 각 웨이퍼의 노광 후 가열 시간, 또는 PEB 온도 등의 가열 조건을 설정함(단계 S113)과 함께, 구해진 실효적인 포커스 위치로부터 다음 로트 내의 각 웨이퍼의 포커스 위치의 설정치를 구하도록(단계 S114) 해도 된다. 또는, 도 28에 도시한 바와 같이, 산출된 실효적인 노광량으로부터, 다음 로트 내의 각 웨이퍼의 현상 시간의 변조치를 구하도록(단계 S115) 해도 된다. 또, 도 27, 28에서, 도시된 공정은 도 1의 A-B 사이에 삽입된 공정 대신에 행해지는 것이다.
또, 노광량 설정치 및 현상 시간 이외에, 포커스 위치의 설정치, 노광량의 설정치, 제1 가열 처리의 가열 조건, 현상 처리에 있어서의 현상 조건, 노광 처리가 종료하고 나서 제2 가열 처리가 행해지기까지의 시간, 제2 가열 처리가 종료하고 나서 제2 냉각 처리가 행해지기까지의 시간, 제2 냉각 처리가 종료하고 나서 현상 처리가 개시되기까지의 시간, 레지스트막의 도포가 종료하고 나서 제1 가열 처리가 개시되기까지의 시간, 제1 가열 처리가 종료하고 나서 제1 냉각 처리가 행해지기까지의 시간 및 제1 냉각 처리가 종료하고 나서 노광이 개시되기까지의 시간 중 적어도 하나로 해도 된다. 또, 실효적인 노광량 및 포커스에 영향을 주는 파라미터이면 되고, 상기 프로세스 조건에만 한정된 것은 아니다.
또한, 노광량 모니터 패턴 및 포커스 모니터 패턴의 측정을 행하는 것이 아니라, 노광량 모니터 마크 및 포커스 모니터 마크의 노광에 의해 레지스트에 형성된 잠상을 측정하여, 노광량, 포커스 위치를 구해도 된다.
〈제2 실시예〉
제2 실시예에 있어서, 복수의 로트가 연속 처리되어 있는 경우에 대하여, 특히 로트 내의 패턴의 치수 변동을 억제하는 것에 유효한 실시예에 대하여 나타낸다. 제1 실시예에서는 비교적 소규모적인 로트 처리인 경우에 대하여 유효하고, 특히, 1회에 투입하는 로트의 규모가 1로트 단위의 노광과 같은 경우, 로트 내의 웨이퍼의 각 프로세스 유닛 조건은 계통적으로 갖추어져 있는 것에 주목한 적용예이었다.
즉, 로트 내의 동일한 슬롯 위치의 웨이퍼는 프로세스 유닛의 대기 시간 등의 조건이 어느 로트에 있어서도 비교적 유사한 경향을 나타내는 경우에 유효한 제어 방법이었다. 그러나, 로트의 규모가 커져, 한번에 많은 로트를 연속적으로 투입한 경우, 로트 사이의 동일 로트 내의 웨이퍼라도 프로세스 조건이 항상 동일한 상태가 아니고, 이전의 로트와의 투입 간격이나, 이전 로트의 영향으로 유닛의 상태가 달라지게 되기 때문에, 제1 실시예에 나타낸 제어 방법만으로는 유효한 제어를 할 수 없는 경우가 많았다.
그래서, 제1 실시예를 실시한 결과 얻어진 로트 내에서의 실효적인 노광량 변동 분포 및 포커스 변동 분포에 대하여 상기 로트의 각 웨이퍼에 대하여 실시된 각 유닛 프로세스 처리의 이력 데이터를 비교하는 공정을 부가하였다.
그리고, 그 비교한 데이터로부터 판단하여, 어떤 유닛의 어떤 프로세스 조건이 이들 변동에 가장 영향을 주고 있는 것인지를 추출하는 공정, 즉, 상관이 높은 유닛 프로세스 조건을 추출하는 공정과, 그 상관 관계를 해석하고, 양방의 관계를 산출하는 공정을 새롭게 부가하였다. 그리고, 그 데이터로부터 사전에 프로세스 조건의 차이를 그 이후의 유닛 프로세스로 상쇄하도록 제어하는 제어 방법을 고안하였다.
구체적인 순서를 도 29, 30에 따라 설명한다. 또, 노광 조건 등은 제1 실시예와 마찬가지로 하였다.
(단계 S210)
상기 제1 실시예의 순서(단계 S201∼S210)에 따라, 1로트의 노광을 실시한 결과, 로트 내의 실효적인 노광량 변동 분포(도 9) 및 포커스 변동 분포(도 10)를 얻는다.
(단계 S211)
도 9에 도시한 실효적인 노광량 변동 분포와, 도포 현상 장치의 각 유닛별로 프로세스의 로트 내의, 각 처리 조건(노광 처리의 후 대기 시간, 노광 후의 가열 처리의 후 대기 시간, 노광 후의 냉각 처리의 후 대기 시간, 레지스트 도포 처리의 후 대기 시간, 노광 전의 가열 처리의 후 대기 시간, 노광 전의 냉각 처리의 후 대기 시간)의 이력을 비교하여, 각각의 처리와 노광량 변동과의 상관 관계를 해석하였다.
본 실시예에서는 제1 실시예에서도 설명한 바와 같이 로트 내에서의 포커스 위치 변동은 적었기 때문에, 노광량 변동에 대해서만 상관 관계를 구하고 있지만, 포커스 위치 변동에 대해서도 상관 관계를 구해도 된다.
(단계 S212)
구해진 상관 관계 중에서 상관 관계가 높은 것을 추출한다. 본 실시예에서는 노광 전 가열 유닛의 후 대기 시간이었다.
(단계 S213)
추출된 노광 전 가열 유닛의 후 대기 시간의 영향을 해석한 결과, 노광 전 가열 유닛의 후 대기 시간은 실효적인 노광량 변동에 대하여 도 31에 도시한 관계가 있는 것을 알 수 있었다.
(단계 S214)
그래서, 본 로트, 또는 대규모로 로트를 보내는 경우에 있어서, 실효적인 노광량 변동에 가장 영향이 있는 것을 알 수 있었던 각 웨이퍼별 노광 전 가열 유닛에서의 후 대기 시간을 일정하게 하였다.
(단계 S301∼S307)
본 로트, 또는 대규모로 로트를 보내는 경우에 있어서, 각 웨이퍼별 노광 전 가열 유닛에서의 후 대기 시간을 일정하게 하여 노광·현상을 행하였다. 그 결과, 연속적으로 로트를 처리한 경우라도, 도 9에서 도시한 바와 같은 로트 내의 실효적인 노광량 변동은 억제되고, 어떤 로트에 있어서도, 로트 내의 웨이퍼에 있어서 균일한 실효적인 노광량 분포(도 11과 같은 분포)를 얻을 수 있었다.
또한, 다른 제어 방법으로서, 이하에 나타내는 제어 방법도 유효하다. 도 32는 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정의 제어 방법의 변형예를 나타내는 흐름도이다. 또, 도 32에 도시한 일련의 공정은 도 30에 도시한 일련의 공정 후에 계속해서 행해지는 것이다.
여기서는 실효적인 노광량 변동 분포에 대하여 상관이 가장 높은 처리 조건을 각 웨이퍼별로 계측·보존하고, 보존 결과에 기초하여 후의 처리 조건을 각 웨이퍼별로 변경하는 것이다.
(단계 S410)
단계 212에서, 실효적인 노광량 변동 분포와 노광 전 가열 유닛의 후 대기 시간과의 상관이 가장 높은 것을 알 수 있었기 때문에, 노광 전 가열 유닛의 후 대기 시간을 측정하고, 측정 결과를 보존한다.
(단계 S411)
보존된 각 웨이퍼의 후 대기 시간으로부터, 단계 S213의 해석으로 구해진 도 31에 도시한 후 대기 시간과 실효적인 노광량 변동과의 관계로부터, 각 웨이퍼별 로 실효적인 노광량 변동량을 구한다.
(단계 S412, S413, S414)
구해진 각 웨이퍼별 실효적인 노광량 변동량으로부터, 노광 장치의 설정 노광량 및 노광 후의 가열 처리 조건(시간 및 온도 중 적어도 하나), 또한 현상 시간에 대하여 피드포워드 제어하여 처리를 행하였다.
그 결과, 연속적으로 로트를 처리한 경우라도, 도 9에서 볼 수 있었던 바와 같은 로트 내의 실효적인 노광량 변동은 억제되고, 어떤 로트에 있어서도, 로트 내의 웨이퍼에 있어서 균일한 실효적인 노광량 분포(도 10에 도시한 바와 같은 분포)를 얻을 수 있다.
또, 필요에 따라, 로트 내의 웨이퍼를 추출하여 상관 관계 정보를 갱신하는 것도, 고정밀도로 제어하기 위해서는 유효한 수단이다.
본 실시예에서는 포커스 변동에 관해서는 각 유닛별 프로세스의 로트 내 이력 분포 데이터와의 눈에 드러나는 상관은 볼 수 없었기 때문에, 특별히 제어는 행하지 않았지만 상관이 높은 유닛 프로세스 조건이 있으면, 마찬가지로 적용 가능하다.
또한, 금회에는 높은 상관이 얻어진 유닛 프로세스 조건이 노광 전의 가열 처리의 후 대기 시간이었지만, 사용하는 레지스트 프로세스에 따라서는 그 밖의 영향이 높은 유닛 프로세스 조건에 대해서도 마찬가지로 제어하면 된다.
〈제3 실시예〉
제2 실시예에서는 실효 노광량의 변동에 대하여 영향을 주는 처리, 처리의 후 대기 시간을 추출하고, 추출된 처리, 처리의 후 대기 시간에 따라, 처리 조건, 후 대기 시간을 변경하고, 소정의 치수가 얻어지도록 하였다. 본 실시예에서는 추출된 처리, 처리의 후 대기 시간에 따라, 현상 조건을 변경하는 방법에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 플로우 내의 각 처리에서의 여러가지 처리 조건이 파라미터가 되어 완성 치수에 영향을 준다. 즉, 완성 치수 W는
로 기술할 수 있다. 여기서, Xk(k=1, 2, …, n)는 베이킹 온도나 베이킹 시간 등의 각 처리에 있어서의 파라미터이다. 이 관계식을 사전에 알 수 있으면, 웨이퍼 처리 중에 웨이퍼 처리 장치로부터 추출한 각 파라미터를 이용하여 레지스트 완성 치수를 예측할 수 있다.
이 관계식은 예비 실험 등으로부터 레지스트 완성 치수에 우위인 영향을 주는 파라미터를 일반적인 다변량 해석으로부터 추정하여 작성한 중회귀식(重回歸式)이라도 된다. 중회귀식의 경우, 다음 수학식 7로 기술된다.
또한, 수학식 7에 나타난 관계식을 알 수 없어도, 각 파라미터에 대한 완성 치수 변화의 테이블이 있으면, 완성 치수를 예측할 수 있다.
본 실시예에서는 현상 처리 전의 단계에서 수학식 1, 또는 테이블을 이용하여, 현상 처리가 소정의 조건(예를 들면, 2.38% TMAH 수용액으로 60초 동안)으로 이루어진 것으로 하여 완성 치수를 예측한다.
각 파라미터의 실측치(예를 들면, 설정 온도에 대하여 실제로 처리된 온도)는 웨이퍼 처리 장치에 설치한 센서 등으로 모니터하고, 웨이퍼 처리 장치의 내부 컴퓨터, 또는 외부 컴퓨터에 저장하도록 하면 된다.
각 처리에 있어서의 파라미터가 변동하면, 완성 치수 We와 목표 완성 치수 Wt 사이에 차 ΔW가 생긴다.
여기서의 ΔW는 소정 조건으로 현상한 경우에 얻어지는 예측치이다. 즉, 현상액의 규정도나 현상 시간 등의 현상 조건을 변경하면 이에 한하지 않는다. 따라서, 규정도나 현상 시간에 대한 치수 변화를 알 수 있으면, 적절한 현상 조건을 선택함으로써, 완성 치수가 목표 완성 치수가 된다.
이하에서는, 보다 구체적인 예를 이용하여 설명을 행한다.
(제3 실시예 A)
예비 실험으로서, 도 29에 도시한 흐름도의 단계 S201∼S207에 따라, 9장의 웨이퍼로 구성된 1로트를 연속 노광하고, S208∼S210에 따라, 레지스트의 실효 노광량 변동과, 각 처리의 후 대기 시간을 조사하였다. 또, 후 대기 시간은 웨이퍼 처리 장치의 컴퓨터에 보존된 처리 로그를 해석함으로써 구해졌다. 또, 레지스트막을 형성하기 전에, 냉각 처리(S221), 반사 방지막 도포(S222), 가열 처리(S223), 냉각 처리(S224)를 순차적으로 행하고 있다.
도 33에 각 웨이퍼의 실효 노광량 변동을 나타내고, 도 34에 각 처리의 후 대기 시간을 나타낸다. 양자의 상관을 조사하면(S211), 냉각 처리(S203), 노광 후 가열(S205), 냉각 처리(S206)의 후 대기 시간이 실효 노광량에 영향을 주고 있음을 알 수 있었다(S212). 그래서, 회귀 분석을 하고, 다음의 중회귀식을 얻는다(S213).
완성 치수가 아니라, 실효 노광량을 예측하고 있다. 대기 시간의 변화는 실효적인 노광량을 변동시켜, 실효 노광량의 변동에 따라 완성 치수가 변화한다. 따라서, 실효 노광량을 예측하는 것은 완성 치수의 예측과 동일한 의미이다. 따라서, 실효 노광량의 데이터에 기초하여 보정을 행하면, 치수 변동을 충분히 보정할 수 있는 것으로 상정된다.
한편, 다른 예비 실험을 행하여 실효 노광량 변동의 현상 시간 의존성을 구하였다. 도 35에 구해진 실효 노광량 변동의 현상 시간 의존성을 나타낸다. 이 예비 실험으로부터, 표준 현상 시간(60초) 근방에 있어서의 현상 시간에 대한 실효 노광량 변동(dE/dt)은
로 구해졌다.
다음으로, 보정 현상 시간을 산출하는 식으로서, 다음 수학식 11을 작성하였다.
도 36에 도시한 흐름도에 따라, 본 로트의 레지스트막의 노광 현상을 행한다. 도 36은 제3 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 또, 도 36에 도시한 일련의 공정은 도 29에 도시한 일련의 공정 후에 계속해서 행해지는 것이다.
본 로트에 있어서 노광에서는 24장의 웨이퍼로 이루어지는 1로트를 노광·현상 처리(S501∼S507)하였다. 처리 중, 실시간으로 냉각 처리(S502), 노광 후 가열 처리(S505), 냉각 처리(S506)의 후 대기 시간을 취득하고(S510∼S512), 곧 수학식 9, 수학식 11을 이용하여 각각의 웨이퍼에 대하여 보정 현상 시간을 계산한다(S513).
그리고, 각 웨이퍼에 대하여, 각각 계산된 보정 현상 시간에 기초하여 현상을 행한다(S507). 또한, 비교예로서, 1로트 중의 웨이퍼를 전부 동일 현상 시간으로 처리한 샘플을 작성하였다.
도 37에 현상 시간을 보정하여 현상 처리를 행한 로트 내의 치수 변동과, 현상 시간을 보정하지 않는 로트 내의 치수 변동을 나타낸다. 도 37에 도시한 바와 같이, 현상 시간을 보정함으로써 로트 내의 웨이퍼 간의 치수 변동이 억제된다.
또, 상술한 수학식 9, 수학식 11을 이용하여 보정 현상 시간을 구하는 것이 아니라, 표 1에 도시한 바와 같은 표를 준비하고, 수학식 9에서 구해진 실효 노광량으로부터 얻어지는 완성 치수와 목표 치수와의 차 ΔW에 따라, 레시피 1∼레시피 5의 현상 조건을 선택해도 된다.
치수 차 ΔW 현상 조건
+5.0∼+7.5% 레시피 1
+2.5∼+5.0% 레시피 2
-2.5∼+2.5% 레시피 3
-5.0∼-2.5% 레시피 4
-7.5∼-5.0% 레시피 5
(제3 실시예 B)
예비 실험으로서, 도 29에 도시한 흐름도의 단계 S201∼S207에 따라, 5장의 웨이퍼로 구성된 1로트를 연속 노광하고, S208∼S210에 따라서, 레지스트의 실효 노광량 변동과, 웨이퍼를 가열했을 때의 실온도를 조사하였다. 또, 실온도는 핫 플레이트 상에 배치된 센서에 의해 모니터하였다.
도 38에 각 웨이퍼의 실효 노광량 변동을 나타내고, 도 39에 각 가열 처리의 실온도를 나타낸다. 도 39에 도시한 바와 같이, 노광 전 가열 처리(S202)의 설정치 120℃, 노광 후 가열(S205)의 설정치 105℃에 대하여, 각각의 가열 처리에 있어서는 실온도는 크게 벗어나 있어서, 완성 치수(실효 노광량)에 큰 영향을 주고 있는 것을 알 수 있다.
가열 처리 S202, S205의 실온도에 대한 실효 노광량의 변동에 대하여 회귀 분석을 하여 다음의 중회귀식을 얻었다. 또, 노광량 변동은 제1 가열 처리와 제2 가열 처리와의 상호 작용도 받는 것을 알 수 있었기 때문에, 상호 작용을 기술하는 항을 설치하였다.
수학식 12를 이용하여, 제3 실시예 A와 마찬가지로 보정 현상 시간을 산출하는 식을 작성하였다.
본 로트의 레지스트막의 노광 현상은 도 40에 도시한 흐름도에 따라 행한다. 도 40은 제3 실시예 B에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 또, 도 40에 도시한 일련의 공정은 도 29에 도시한 일련의 공정 후에 계속해서 행해지는 것이다.
본 로트에 있어서의 노광에서는 24장의 웨이퍼로 이루어지는 1로트를 노광· 현상 처리하였다. 처리 중, 실시간으로 제1 가열 처리, 제2 가열 처리의 실온도를 취득하고 각각의 웨이퍼에 대한 보정 현상 시간을 계산하였다. 그리고, 각 웨이퍼에 대하여 각각 계산된 보정 현상 시간에 기초하여 현상을 행하였다. 또한, 비교예로서 1로트 중의 웨이퍼를 전부 동일 현상 시간으로 처리한 샘플을 작성하였다.
도 41에, 현상 시간을 보정하여 현상 처리를 행한 로트 내의 치수 변동과, 현상 시간을 보정하지 않은 로트 내의 치수 변동을 나타낸다. 도 41에 도시한 바와 같이, 현상 시간을 보정함으로써 로트 내의 웨이퍼 간의 치수 변동이 억제된다.
또한, 금회에는 현상 후에 실효적인 노광량 변동 및, 포커스 변동을 모니터하는 경우에 대해서 나타내었지만, 그 외에도, 노광 후나 노광 후의 가열 처리 후의 잠상에 대하여 계측을 행하고, 이들을 이용해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 상술한 수학식 9, 수학식 11을 이용하여 보정 현상 시간을 구하는 것이 아니라, 표 2에 도시한 바와 같은 표를 준비하고, 수학식 9에서 구해진 실효 노광량으로부터 얻어지는 완성 치수와 목표 치수와의 차 ΔW에 따라 레시피 1∼레시피 5의 현상 조건을 선택해도 된다.
치수 차 ΔW 현상 조건
+5.0∼+7.5% 레시피 1
+2.5∼+5.0% 레시피 2
-2.5∼+2.5% 레시피 3
-5.0∼-2.5% 레시피 4
-7.5∼-5.0% 레시피 5
이상, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 설명했지만, 본 기술 분야의 숙련된 자는 상술한 특징 및 이점 이외에 추가의 이점 및 변경이 가능함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상술한 특정한 실시예 및 대표적인 실시예만으로 한정되는 것이 아니며, 첨부한 특허 청구의 범위에 의해 정의된 일군의 발명 개념의 정신 또는 영역과 그들의 등가물로부터 벗어남없이 다양한 변경이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 포커스가 어긋난 방향에 대해서도 모니터할 수 있게 되어, 더욱 정밀도있는 포커스의 편차량을 보정할 수 있어, 항상 최대의 노광 마진을 얻을 수 있는 상태에서 본 로트 내의 웨이퍼의 노광이 이루어져, 수율의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 제어 방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 제1 실시예에 따른 마스크의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 노광량 모니터 마크의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 4는 도 3에 도시한 노광량 모니터 마크를 웨이퍼 상에 전사하여 얻어지는 광상 강도 분포를 나타내는 특성도.
도 5의 (a), (b)는 도 3에 도시한 노광량 모니터 마크를 이용하여 레지스트막에 형성되는 노광량 모니터 마크의 형상을 나타내는 평면도.
도 6은 노광량 모니터 마크의 패턴 길이로부터 노광량을 얻기 위한 교정 곡선을 나타내는 도면.
도 7은 제1 실시예에 따른 포커스 모니터 마크의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 8은 노광량 교정 곡선에 의해 교정된 실효적인 노광량에 있어서의 포커스 모니터 마크의 패턴 길이 W의 포커스 의존성을 나타내는 도면.
도 9는 1로트 내의 실효적인 노광량의 변동 분포를 나타내는 도면.
도 10은 1로트 내의 실효적인 포커스 치의 변동 분포를 나타내는 도면.
도 11은 1로트 내의 실효적인 노광량의 변동 분포를 나타내는 도면.
도 12는 포커스가 어긋난 방향도 판단할 수 있는 포커스 모니터 마크의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 13은 도 12의 포커스 모니터 마크를 노광한 결과 얻어진 실효적인 노광량에 대한 2방향의 포커스 모니터 마크의 노광 후에 있어서의 패턴 길이 Wv 및 Wh 의존성을 나타내는 도면.
도 14는 패턴 길이 Wv와 Wh와의 차와 포커스의 편차량과의 관계를 나타내는 도면.
도 15는 포커스의 변동을 패턴의 위치 편차로서 계측하기 위한 포커스 모니터 마크의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 16의 (a), (b)는 노광량의 변동에 영향받지 않고 포커스 위치의 편차량을 계측하기 위한 포커스 모니터 마크의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 17은 도 16의 (a), (b)에 도시한 포커스 모니터 마크를 이용하여 형성된 레지스트 패턴 치수와 포커스 위치와의 편차 관계를 나타내는 도면.
도 18은 도 16의 (a), (b)에 도시한 포커스 모니터 마크 내의 두 종류의 마크를 이용하여 형성된 레지스트 패턴의 치수 차와 디포커스와의 관계를 나타내는 교정 곡선을 나타내는 도면.
도 19는 도 16의 (a), (b)에 도시한 포커스 모니터 마크의 반투명막부와 투과 부분과의 위상차와 포커스의 검출 감도의 관계를 나타내는 도면.
도 20은 포커스 위치에 의존하지 않는 실효적인 노광량을 구하기 위해서 이용하는 노광량 모니터 패턴의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 21은 도 20에 도시한 노광량 모니터 마크의 노광량 모니터부의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 22는 도 20에 도시한 노광량 모니터 마크의 A-A'부에 대응하는 레지스트 상에서의 광 강도 분포를 나타내는 도면.
도 23은 도 20에 도시한 노광량 모니터 마크를 노광, 현상하여 최종적으로 얻어진 레지스트 패턴의 A-A' 단면 형상을 나타내는 단면도.
도 24는 도 20에 도시한 노광량 모니터 마크를 노광, 현상하여 최종적으로 얻어진 레지스트 패턴으로부터 실효적인 노광량을 얻기 위한 교정 곡선을 나타내는 도면.
도 25의 (a), (b)는 도 20에 도시한 노광량 모니터 마크의 변형예의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 26의 (a)∼(d)는 도 20에 도시한 노광량 모니터 마크의 변형예의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 27은 제1 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 제어 방법의 변형예를 나타내는 흐름도.
도 28은 제1 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 제어 방법의 변형예를 나타내는 흐름도.
도 29는 제2 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 제어 방법을 나타내는 흐름도.
도 30은 제2 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 제어 방법을 나타내는 흐름도.
도 31은 노광 전 가열 유닛에서의 대기 시간에 대한 실효적인 노광량 변동을 나타내는 도면.
도 32는 제2 실시예에 따른 반도체 제조 공정의 제어 방법의 변형예를 나타내는 흐름도.
도 33은 제3 실시예 A에 따른 로트 내의 각 웨이퍼의 실효적인 노광량의 변동을 나타내는 도면.
도 34는 제3 실시예 A에 따른 로트 내의 각 웨이퍼의 각 처리의 후의 대기 시간을 나타내는 도면.
도 35는 실효적인 노광량의 변동의 현상 시간 의존성을 나타내는 도면.
도 36은 제3 실시예 A에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 나타내는 흐름도.
도 37은 로트 내의 각 웨이퍼의 치수 변동을 나타내는 도면.
도 38은 제3 실시예 B에 따른 로트 내의 각 웨이퍼의 실효적인 노광량의 변동을 나타내는 도면.
도 39는 제3 실시예 B에 따른 로트 내의 각 가열 처리의 실온도를 나타내는 도면.
도 40은 제3 실시예 B에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 나타내는 흐름도.
도 41은 로트 내의 각 웨이퍼의 치수 변동을 나타내는 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
200 : 마스크
201 : 디바이스 패턴
202 : 다이싱 영역
203 : 노광량 모니터 마크
204 : 포커스 모니터 마크
301 : 차광부
302 : 투과부

Claims (20)

  1. 반도체 장치를 제조하는 장치를 제어하는 방법을 포함하는 반도체 장치 제조방법 -상기 장치 제어 방법은 노광 장치에 의해 마스크 상에 형성된 회로 패턴을 웨이퍼 상에 형성된 레지스트막에 전사하여 패턴을 형성할 때의 노광량 및 포커스위치를 설정하는 단계를 포함함- 으로서,
    레지스트 막으로 제1 군의 웨이퍼 중의 각각의 웨이퍼를 도포하는 단계와,
    상기 레지스트막에 대하여 제1 가열 처리를 행하는 단계와,
    상기 제1 가열 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 제1 냉각 처리를 행하는 단계와,
    노광량 및 포커스 위치를 소정의 값에 설정하고, 상기 웨이퍼 상에서의 실효 노광량을 검출하기 위한 노광량 모니터 마크 및 상기 웨이퍼 상에서의 실효 포커스를 검출하기 위한 포커스 모니터 마크 중 적어도 하나를 포함하는 모니터 마크가 배치된 마스크를 이용하여 제1 냉각 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 노광 처리를 행하여, 상기 레지스트막에 상기 모니터 마크에 대응하는 잠상(latent image)을 형성하는 단계와,
    상기 잠상이 형성된 상기 레지스트막에 대하여 제2 가열 처리를 행하는 단계와,
    상기 제2 가열 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 제2 냉각 처리를 행하는 단계와,
    상기 제2 냉각 처리가 행해진 상기 레지스트막을 현상 처리하여 상기 잠상에 대응하는 모니터 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 노광 처리 후, 상기 제2 가열 처리 후, 상기 제2 냉각 처리 중, 상기 제2 냉각 처리 후, 상기 현상 처리 중 또는 상기 현상 처리 후 중의 언제라도 적어도 한번, 상기 모니터 마크의 잠상의 상태 또는 상기 모니터 패턴의 상태를 측정하는 단계와,
    상기 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 모니터 패턴의 측정된 상태에 기초하여 상기 레지스트막에 대하여 행해진 상기 노광 처리에 있어서의 상기 실효 노광량 및 상기 포커스 위치 중 적어도 하나를 획득하는 단계와,
    상기 획득된 실효 노광량 및 포커스 위치의 어느 하나로부터, 상기 마스크를 이용하여 노광을 행할 때의 최적 노광량치와 상기 설정된 값과의 차이 및 최적 포커스 위치 값과 상기 설정된 값과의 차이 중 적어도 하나를 산출하는 단계와,
    상기 웨이퍼 상의 상기 레지스트막의 도포와 상기 레지스트막에 행해진 상기 현상 처리 사이에 수행된 처리들의 각각에 대해서, 상기 산출된 변화, 프로세스 조건들, 및 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스(residence) 시간 사이의 상관값들을 획득하는 단계와,
    상기 획득된 상관값들 중의 최대값을 갖는, 처리 또는 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간을 추출하는 단계와,
    상기 레지스트막 도포 단계 후에 상기 처리들에 대한 적어도 하나의 프로세스 조건을 변경시켜, 상기 추출된 처리 또는 상기 서로 다른 처리들 간의 상기 추출된 레지던스 시간의 상기 프로세스 조건이 제2 군의 웨이퍼들 사이에서 일정하게 되도록 하여 상기 제2 군의 웨이퍼의 각각의 위에 상기 레지스트막 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노광량 모니터 마크는, 상기 마스크의 배율을 M, 상기 노광 파장을 λ, 상기 노광 장치의 투영 광학계의 사출측의 개구 수를 NA, 상기 노광 장치의 조명 광학계의 코히어런트 팩터를 σ로 했을 때,
    가 되는 주기 P로 투광부와 차광부가 반복되는 주기 패턴을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 길이 및 상기 레지스트 막에 형성된 상기 모니터 패턴으로서의 포커스 모니터 패턴의 길이가 상기 포커스 위치에 따라 변화하는 포커스 모니터 마크가 상기 마스크에 포커스 모니터 마크로서 형성되고,
    상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 포커스 모니터 패턴의 길이, 실효 노광량 및 상기 포커스 위치 간의 관계가 사전에 획득되고,
    상기 노광량 모니터 마크의 잠상의 또는 이 잠상에 대응하는 상기 노광량 모니터 패턴의 상태를 측정하여 얻어지는 실효 노광량과, 상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 포커스 모니터 패턴의 길이와, 상기 관계로부터 상기 포커스 위치를 구하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    두 개의 포커스 모니터 마크 -상기 포커스 위치에 따라 상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 두개의 잠상의 길이 및 이 잠상들에 대응하는 두 개의 포커스 모니터 패턴의 길이가 변화함- 를 서로 그 방향이 다르게 상기 마스크에 형성하고,
    상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 잠상 간의 또는 상기 두개의 포커스 모니터 패턴 간의 길이 차이와 상기 포커스 위치 간의 관계를 사전에 구하고,
    상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 두 개의 포커스 모니터 패턴의 상태들을 측정함으로써 획득된 차이와 상기 관계로부터 포커스 위치를 구하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노광량 모니터 마크를 사용하여 획득된 상기 레지스트 막 상의 상기 노광량 치의 변화 및 상기 포커스 위치의 변동량에 대한 상기 노광량 모니터 패턴과 상기 포커스 모니터 패턴의 상태들이 사전에 측정되고,
    상기 최적 포커스 위치와 상기 노광 장치에 설정된 상기 포커스 위치 간의 차이가 사전에 행해진 측정 결과 및 상기 노광량 모니터 패턴과 상기 포커스 모니터 패턴의 상태들의 측정 결과에 기초하여 산출되는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    프로세스 조건들 및 상기 서로 다른 처리들 간의 상기 레지던스 시간은, 상기 포커스 위치, 상기 노광, 상기 제1 가열 처리의 가열 조건, 상기 제2 가열 처리의 가열 조건, 상기 현상 처리의 현상 조건, 상기 노광 처리의 종료와 상기 제2 가열 처리의 개시 간의 레지던스 시간, 상기 제2 가열 처리의 종료와 상기 제2 냉각 처리의 개시 간의 레지던스 시간, 상기 제2 냉각 처리의 종료와 상기 현상 처리의 개시 간의 레지던스 시간, 상기 상기 레지스트막 도포의 종료와 상기 상기 가열 처리 개시 간의 레지던스 시간, 상기 제1 가열 처리의 종료와 상기 제1 냉각 처리 간의 레지던스 시간, 및 상기 제1 냉각 처리의 종료와 상기 노광 처리의 개시 간의 레지던스 시간인 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 반도체 장치를 제조하는 장치를 제어하는 방법을 포함하는 반도체 장치 제조방법 -상기 장치 제어 방법은 노광 장치에 의해 마스크 상에 형성된 회로 패턴을 웨이퍼 상에 형성된 레지스트막에 전사하여 패턴을 형성할 때의 노광량 및 포커스위치를 설정하는 단계를 포함함- 으로서,
    레지스트 막으로 제1 군의 웨이퍼 중의 각각의 웨이퍼를 도포하는 단계와,
    상기 레지스트막에 대하여 제1 가열 처리를 행하는 단계와,
    상기 제1 가열 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 제1 냉각 처리를 행하는 단계와,
    노광량 및 포커스 위치를 소정의 값에 설정하고, 상기 웨이퍼 상에서의 실효 노광량을 검출하기 위한 노광량 모니터 마크 및 상기 웨이퍼 상에서의 실효 포커스를 검출하기 위한 포커스 모니터 마크 중 적어도 하나를 포함하는 모니터 마크가 배치된 마스크를 이용하여 제1 냉각 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 노광 처리를 행하여, 상기 레지스트막에 상기 모니터 마크에 대응하는 잠상을 형성하는 단계와,
    상기 잠상이 형성된 상기 레지스트막에 대하여 제2 가열 처리를 행하는 단계와,
    상기 제2 가열 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 제2 냉각 처리를 행하는 단계와,
    상기 제2 냉각 처리가 행해진 상기 레지스트막을 현상 처리하여 상기 잠상에 대응하는 모니터 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 노광 처리 후, 상기 제2 가열 처리 후, 상기 제2 냉각 처리 중, 상기 제2 냉각 처리 후, 상기 현상 처리 중 또는 상기 현상 처리 후 중의 언제라도 적어도 한번, 상기 모니터 마크의 잠상의 상태 또는 상기 모니터 패턴의 상태를 측정하는 단계와,
    상기 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 모니터 패턴의 측정된 상태에 기초하여 상기 레지스트막에 대하여 행해진 상기 노광 처리에 있어서의 상기 실효 노광량 및 상기 포커스 위치 중 적어도 하나를 획득하는 단계와,
    상기 획득된 실효 노광량 및 포커스 위치의 어느 하나로부터, 상기 마스크를 이용하여 노광을 행할 때의 최적 노광량치와 상기 설정된 값과의 차이 및 최적 포커스 위치 값과 상기 설정된 값과의 차이 중 적어도 하나를 산출하는 단계와,
    상기 웨이퍼 상의 상기 레지스트막의 도포와 상기 레지스트막에 행해진 상기 현상 처리 사이에 수행된 처리들의 각각에 대해서, 상기 산출된 변화, 프로세스 조건들, 및 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간 사이의 상관값들을 획득하는 단계와,
    상기 획득된 상관값들 중의 최대값을 갖는, 처리 또는 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간을 추출하는 단계와,
    제2 웨이퍼군에 포함된 웨이퍼에 대해 상기 레지스트막의 도포로부터 노광 처리까지에 걸쳐 있는 일련의 처리를 행할 때, 상기 추출된 처리 또는 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간의 프로세스 조건들을 웨이퍼별로 기억하는 단계와,
    상기 기억된 값들에 기초하여 상기 현상 조건을 제어하는 단계
    를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 추출된 처리 또는 상기 서로 다른 처리 간의 레지던스 시간의 프로세스 조건들로부터 완성 사이즈를 예측하는 식을 작성하고,
    상기 기억된 값들과 상기 작성된 식에 기초하여 상기 현상 조건을 제어하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 예측된 완성 사이즈와 목표 사이즈가 같게 되도록, 상기 현상 조건은 사전에 준비된 상기 현상 조건들로부터 선택되는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상관값이 가장 큰 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간이, 상기 제1 냉각 처리가 종료하고 나서 상기 노광이 개시되기까지의 시간, 상기 제2 가열 처리가 종료하고 나서 상기 제2 냉각 처리가 행해지기까지의 시간 및 상기 제2 냉각 처리가 종료하고 나서 상기 현상 처리가 개시되기까지의 시간으로 구성된 군으로부터 선택되는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상관값이 가장 큰 상기 처리 또는 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간의 프로세스 조건이, 상기 제1 가열 처리의 프로세스 온도 및 상기 제2 가열 처리의 프로세스 온도인 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 노광량 모니터 마크는, 상기 마스크의 배율을 M, 상기 노광 파장을 λ, 상기 노광 장치의 투영 광학계의 사출측의 개구 수를 NA, 상기 노광 장치의 조명 광학계의 코히어런트 팩터를 σ로 했을 때,
    가 되는 주기 P로 투광부와 차광부가 반복되는 주기 패턴을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 길이 및 상기 레지스트 막에 형성된 상기 모니터 패턴으로서의 포커스 모니터 패턴의 길이가 상기 포커스 위치에 따라 변화하는 포커스 모니터 마크가 상기 마스크에 포커스 모니터 마크로서 형성되고,
    상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 포커스 모니터 패턴의 길이, 실효 노광량 및 상기 포커스 위치 간의 관계가 사전에 획득되고,
    상기 노광량 모니터 마크의 잠상의 또는 이 잠상에 대응하는 상기 노광량 모니터 패턴의 상태와, 상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 포커스 모니터 패턴의 길이를 측정함으로써, 상기 관계로부터 상기 포커스 위치를 구하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    두 개의 포커스 모니터 마크 -상기 포커스 위치에 따라 상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 두개의 잠상의 길이 및 이 잠상들에 대응하는 두 개의 포커스 모니터 패턴의 길이가 변화함- 를 서로 그 방향이 다르게 상기 마스크에 형성하고,
    상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 잠상 간의 또는 상기 두개의 포커스 모니터 패턴 간의 길이 차이와 상기 포커스 위치 간의 관계를 사전에 구하고,
    상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 두 개의 포커스 모니터 패턴의 상태들을 측정함으로써 획득된 차이와 상기 관계로부터 포커스 위치를 구하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 반도체 장치를 제조하는 장치를 제어하는 방법을 포함하는 반도체 장치 제조방법 -상기 장치 제어 방법은 노광 장치에 의해 마스크 상에 형성된 회로 패턴을 웨이퍼 상에 형성된 레지스트막에 전사하여 패턴을 형성할 때의 노광량 및 포커스위치를 설정하는 단계를 포함함- 으로서,
    레지스트 막으로 제1 군의 웨이퍼 중의 각각의 웨이퍼를 도포하는 단계와,
    상기 레지스트막에 대하여 제1 가열 처리를 행하는 단계와,
    상기 제1 가열 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 제1 냉각 처리를 행하는 단계와,
    노광량 및 포커스 위치를 소정의 값에 설정하고, 상기 웨이퍼 상에서의 실효 노광량을 검출하기 위한 노광량 모니터 마크 및 상기 웨이퍼 상에서의 실효 포커스를 검출하기 위한 포커스 모니터 마크 중 적어도 하나를 포함하는 모니터 마크가 배치된 마스크를 이용하여 제1 냉각 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 노광 처리를 행하여, 상기 레지스트막에 상기 모니터 마크에 대응하는 잠상을 형성하는 단계와,
    상기 잠상이 형성된 상기 레지스트막에 대하여 제2 가열 처리를 행하는 단계와,
    상기 제2 가열 처리가 행해진 상기 레지스트막에 대하여 제2 냉각 처리를 행하는 단계와,
    상기 제2 냉각 처리가 행해진 상기 레지스트막을 현상 처리하여 상기 잠상에 대응하는 모니터 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 노광 처리 후, 상기 제2 가열 처리 후, 상기 제2 냉각 처리 중, 상기 제2 냉각 처리 후, 상기 현상 처리 중 또는 상기 현상 처리 후 중의 언제라도 적어도 한번, 상기 모니터 마크의 잠상의 상태 또는 상기 모니터 패턴의 상태를 측정하는 단계와,
    상기 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 모니터 패턴의 측정된 상태에 기초하여 상기 레지스트막에 대하여 행해진 상기 노광 처리에 있어서의 상기 실효 노광량 및 상기 포커스 위치 중 적어도 하나를 획득하는 단계와,
    상기 획득된 실효 노광량 및 포커스 위치의 어느 하나로부터, 상기 마스크를 이용하여 노광을 행할 때의 최적 노광량치와 상기 설정된 값과의 차이 및 최적 포커스 위치 값과 상기 설정된 값과의 차이 중 적어도 하나를 산출하는 단계와,
    상기 웨이퍼 상의 상기 레지스트막의 도포와 상기 레지스트막에 행해진 상기 현상 처리 사이의 기간에 수행된 처리들의 각각에 대해서, 상기 산출된 변화, 프로세스 조건들, 상기 서로 다른 처리들 간의 상기 레지던스 시간 사이의 상관값들을 획득하는 단계와,
    상기 획득된 상관값들 중의 최대값을 갖는, 처리 또는 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간을 추출하는 단계와,
    상기 추출된 처리 또는 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간의 프로세스 조건들과 상기 포커스 위치 사이의 관계를 획득하는 단계와,
    제2 웨이퍼군의 웨이퍼들에 대해 상기 레지스트막의 도포로부터 노광 처리까지에 걸쳐 있는 일련의 처리를 행할 때 상기 추출된 처리 또는 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간의 프로세스 조건들을 웨이퍼별로 기억하고, 상기 웨이퍼별로 기억된 값과 상기 획득된 관계에 기초하여 상기 추출된 처리와 상기 서로 다른 처리들 간의 레지던스 시간 이외의 상기 처리의 프로세스 조건들 중의 적어도 하나의 프로세스 조건을 웨이퍼별로 변경시킴으로써, 웨이퍼의 각각의 위에 상기 레지스트막 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 노광량 모니터 마크는, 상기 마스크의 배율을 M, 상기 노광 파장을 λ, 상기 노광 장치의 투영 광학계의 사출측의 개구 수를 NA, 상기 노광 장치의 조명 광학계의 코히어런트 팩터를 σ로 했을 때,
    가 되는 주기 P로 투광부와 차광부가 반복되는 주기 패턴을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 길이 및 상기 레지스트 막에 형성된 상기 모니터 패턴으로서의 포커스 모니터 패턴의 길이가 상기 포커스 위치에 따라 변화하는 포커스 모니터 마크가 상기 마스크에 포커스 모니터 마크로서 형성되고,
    상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 포커스 모니터 패턴의 길이, 실효 노광량 및 상기 포커스 위치 간의 관계가 사전에 획득되고,
    상기 노광량 모니터 마크의 잠상의 또는 이 잠상에 대응하는 상기 노광량 모니터 패턴의 상태를 측정하여 얻어지는 실효 노광량과, 상기 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 포커스 모니터 패턴의 길이와, 상기 관계로부터 상기 포커스 위치를 구하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    두 개의 포커스 모니터 마크 -상기 포커스 위치에 따라 상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 두개의 잠상의 길이 및 이 잠상들에 대응하는 두 개의 포커스 모니터 패턴의 길이가 변화함- 를 서로 그 방향이 다르게 상기 마스크에 형성하고,
    상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 잠상 간의 또는 상기 두개의 포커스 모니터 패턴 간의 길이 차이와 상기 포커스 위치 간의 관계를 사전에 구하고,
    상기 두 개의 포커스 모니터 마크의 잠상의 또는 상기 두 개의 포커스 모니터 패턴의 상태들을 측정함으로써 획득된 차이와 상기 관계로부터 포커스 위치를 구하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 노광량 모니터 마크를 사용하여 획득된 상기 레지스트 막 상의 상기 실효 노광량의 변화 및 상기 포커스 위치의 편차의 변화에 대한 상기 노광량 모니터 패턴과 상기 포커스 모니터 패턴의 상태들이 사전에 측정되고,
    상기 최적 포커스 위치와 상기 노광 장치에 설정된 상기 포커스 위치 간의 차이가 사전에 행해진 측정 결과 및 상기 노광량 모니터 패턴과 상기 포커스 모니터 패턴의 상태들의 측정 결과에 기초하여 산출되는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    프로세스 조건들 및 상기 서로 다른 처리들 간의 상기 레지던스 시간은, 상기 포커스 위치, 상기 노광, 상기 제1 가열 처리의 가열 조건, 상기 제2 가열 처리의 가열 조건, 상기 현상 처리의 현상 조건, 상기 노광 처리의 종료와 상기 제2 가열 처리의 개시 간의 레지던스 시간, 상기 제2 가열 처리의 종료와 상기 제2 냉각 처리의 개시 간의 레지던스 시간, 상기 제2 냉각 처리의 종료와 상기 현상 처리의 개시 간의 레지던스 시간, 상기 상기 레지스트막 도포의 종료와 상기 상기 가열 처리 개시 간의 레지던스 시간, 상기 제1 가열 처리의 종료와 상기 제1 냉각 처리 간의 레지던스 시간, 및 상기 제1 냉각 처리의 종료와 상기 노광 처리의 개시 간의 레지던스 시간인 반도체 장치의 제조 방법.
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