TWI437380B - Exposure energy data generating device, exposure energy data generating method, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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TWI437380B
TWI437380B TW100129622A TW100129622A TWI437380B TW I437380 B TWI437380 B TW I437380B TW 100129622 A TW100129622 A TW 100129622A TW 100129622 A TW100129622 A TW 100129622A TW I437380 B TWI437380 B TW I437380B
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Yosuke Okamoto
Takashi Koike
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Toshiba Kk
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70491—Information management, e.g. software; Active and passive control, e.g. details of controlling exposure processes or exposure tool monitoring processes
    • G—PHYSICS
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Description

曝光能量資料產生裝置、曝光能量資料產生方法及半導體裝置之製造方法
本發明之實施形態，概言之係關於曝光能量資料產生裝置、曝光能量資料產生方法及半導體裝置之製造方法。
本申請案主張2010年9月13日申請之日本專利申請第2010-204437號之優先權，且於本申請案中援用該日本專利申請案之全部內容。
在半導體製程之光微影步驟中，為使晶圓上射域內之圖案尺寸均一，有時會變更射域內之曝光分布(以下簡稱曝光能量資料)。
即，為求得曝光能量資料，而預先測定使曝光能量之量變化後之圖案尺寸變化量。且，在晶圓曝光後於射域內複數之位置計測圖案之尺寸，來算出使在各點之尺寸均一化之曝光能量之量。其後，雖一般係基於上述曝光能量之量而以近似函數表示用於使射域內全面之圖案尺寸均一化之曝光能量資料，但曾有在Kerf區域等之射域端函數發散，曝光能量之量出現異常之情形。
根據本發明之實施形態，設置有虛擬資料產生部、曝光能量資料算出部、及射域區域切出部。虛擬資料產生部，係藉由將基於較射域區域內側之計測區域之尺寸計測結果之資料，鏡射於較射域端外側之射域外區域來產生虛擬資料。曝光能量資料算出部，係基於上述計測區域之資料及上述虛擬資料，來算出上述計測區域及產生上述虛擬資料之虛擬計測區域之曝光能量資料。射域區域切出部，係從已算出上述曝光能量資料之計測區域及虛擬計測區域切出射域區域。
因此，可提供一種可防止在射域端之曝光能量之量發散之曝光能量資料產生裝置、曝光系統、曝光能量資料產生方法、及半導體裝置之製造方法。
以下，一面參照關於實施形態之曝光能量資料產生裝置及曝光能量資料產生方法之圖式，一面進行說明。另，本發明並非限定於該等實施形態。
(第1實施形態)
圖1(a)至圖1(c)係顯示關於第1實施形態之曝光能量資料產生方法之流程圖。
在圖1(a)中，曝光時之射域區域中存在能取得尺寸計測資料CD之計測區域R1，與不能取得尺寸計測資料之非計測區域R2。該非計測區域R2係存在於計測區域R1之周圍。另，作為非計測區域R2，可例舉配置有劃線或對位標記等之Kerf區域等。該非計測區域R2中未配置為取得尺寸計測資料之線條&空間。
且，藉由將該計測區域R1之尺寸計測資料CD，鏡射於較射域端ST外側之射域外區域來產生虛擬資料。例如，如圖1(b)所示，藉由將計測區域R1之尺寸計測資料CD朝8個方向鏡射，可在射域外區域產生虛擬計測區域V1至V8。
且，基於計測區域R1之尺寸計測資料CD及虛擬計測區域V1至V8之虛擬資料，來算出為使計測區域R1及虛擬計測區域V1至V8內之各點尺寸均一化而修正後之所期望之曝光能量之量。再者，藉由將在該等各點所算出之曝光能量之量函數近似，可算出計測區域R1及虛擬計測區域V1至V8全體之曝光能量之量(曝光能量資料)。
且，如圖1(c)所示，藉由從已算出曝光能量資料之計測區域R1及虛擬計測區域V1至V8切出射域區域K1，得到計測區域R1及非計測區域R2之曝光能量資料。
此時，藉由將計測區域R1之尺寸計測資料CD鏡射於射域外區域並產生虛擬資料，且取得計測區域R1加上虛擬計測區域V1至V8之資料後，求得計測區域R1及虛擬計測區域V1至V8全面之近似函數，可防止在射域端近似函數發散，並可防止在射域端之曝光能量之量產生偏離值。
另，以上雖說明了關於作為產生虛擬資料時之計測區域R1之資料，將尺寸計測資料CD自身鏡射的情形，但如以下所示，亦可於基於尺寸計測資料CD修正、算出計測區域R1內之各點之所期望之曝光能量之量後，藉由將已算出之曝光能量之量作為基於計測區域R1之尺寸計測結果之資料，鏡射於射域外區域來產生虛擬資料。
圖2(a)係顯示未將計測區域之資料回送至射域外區域而求得之近似曲線U1之圖，圖2(b)係顯示將計測區域之資料回送至射域外區域而求得之近似曲線U2之圖。
在圖2(a)中，將作為基於在計測區域之尺寸計測結果之資料而修正後之所期望之曝光能量之量X1至X6，視為基於尺寸計測資料而取得。此時，於射域端附近因存在非計測區域，故無法得到所期望之曝光能量之量。
且，若從該等所期望之曝光能量之量X1至X6求得近似曲線U1，則於射域端附近，因近似曲線U1係單調遞減或單調遞增，故近似曲線U1發散，在射域端曝光能量之量產生偏離值。
另一方面，在圖2(b)中，藉由將所期望之曝光能量之量X1、X2鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生作為虛擬資料之所期望之曝光能量之量Y1、Y2。又，藉由將所期望之曝光能量之量X5、X6鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生作為虛擬資料之所期望之曝光能量之量Y5、Y6。
且，若從該等所期望之曝光能量之量X1至X6及虛擬資料Y1、Y2、Y5、Y6求得近似曲線U2，則可防止在射域端附近近似曲線U2發散，並可防止在射域端曝光能量之量產生偏離值。
(第2實施形態)
圖3(a)至圖3(d)係顯示關於第2實施形態之曝光能量資料產生方法之流程圖。
在圖3(a)中，於計測區域R1，取得尺寸計測資料之面內分布(尺寸地圖)。另，該尺寸地圖可以實測實際形成於晶圓上之圖案尺寸之方式來求得，或以模擬形成於晶圓上之圖案尺寸之方式來求得亦可。
其次，如圖3(b)所示，藉由將尺寸計測資料鏡射於射域外，在射域外之虛擬計測區域V1至V8產生虛擬資料。
其次，如圖3(c)所示，從計測區域R1及虛擬計測區域V1至V8，來設定函數近似之計算區域。
其次，如圖3(d)所示，在算出計測區域R1及虛擬計測區域V1至V8各點之所期望之曝光能量之量後，在設定於圖3(c)之計算區域內進行函數近似計算，來算出曝光能量資料。藉由從已算出曝光能量資料之計算區域切出射域區域K1，得到計測區域R1及非計測區域R2之曝光能量資料。
圖4(a)係顯示尺寸計測資料之面內分布圖；圖4(b)係顯示未將圖4(a)之尺寸計測資料回送至射域外區域而求得之曝光能量之量之面內分布圖；圖4(c)係顯示將圖4(a)之尺寸計測資料回送至射域外區域而求得之曝光能量之量之面內分布圖。
在圖4(b)中，若僅從計測區域R1之尺寸計測資料來算出曝光能量之量，則在射域端之A1部分曝光能量之量產生偏離值。
另一方面，在圖4(c)中，若從計測區域R1之尺寸計測資料及虛擬計測區域V1至V8之虛擬資料來算出曝光能量之量，則可防止在射域端之A1部分曝光能量之量產生偏離值。
(第3至第5實施形態)
圖5(a)係顯示關於第3實施形態之曝光能量資料產生裝置之概略構成之方塊圖；圖5(b)係顯示關於第4實施形態之曝光方法之概略構成之剖面圖；圖5(c)及圖5(d)係顯示關於第5實施形態之半導體裝置之製造方法之剖面圖。
在圖5(a)中，曝光能量資料產生裝置12上設置有虛擬資料產生部12a、曝光能量資料算出部12b及射域區域切出部12c。虛擬資料產生部12a，係可藉由將尺寸計測資料或所期望之曝光能量之量鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生虛擬資料。曝光能量資料算出部12b，係可基於尺寸計測資料及虛擬資料來算出尺寸計測資料之計測區域及虛擬計測區域之曝光能量資料。射域區域切出部12c，係可從已算出曝光能量資料之計測區域及虛擬計測區域切出射域區域。
且，藉由以尺寸計測裝置11計測形成於測試晶圓TW上之測試圖案TP之尺寸，來得到尺寸計測資料，並輸入至虛擬資料產生部12a。
且，在虛擬資料產生部12a中，藉由使尺寸計測資料或所期望之曝光能量之量鏡射於射域外區域，產生虛擬資料，並傳送至曝光能量資料算出部12b。
且，在曝光能量資料算出部12b中，基於尺寸計測資料及虛擬資料來算出尺寸計測資料之計測區域及虛擬計測區域之曝光能量資料，並傳送至射域區域切出部12c。
且，在射域區域切出部12c中，從已算出曝光能量資料之計測區域及虛擬計測區域切出射域區域，並傳送至曝光裝置13。
圖5(b)中，曝光裝置13中設置有遮光板B及光罩M。遮光板B上設置有狹縫S。此處，狹縫S係可水平滑動於晶圓W上。狹縫S之寬度係可調整成特定間隔，又，曝光中可變更狹縫S滑動之速度，且可使經由狹縫S透過之光量變化。另一方面，光罩M上形成有遮光膜H。
又，晶圓W上，介隔著處理層T而形成有光阻膜R。又，處理層T係可為導電層，或可為半導體層或絕緣層，可依對處理層T所進行之處理來適當選擇。對處理層T所進行之處理係例如：可為蝕刻處理或離子佈植處理。
且，於將形成有遮光膜H之光罩M配置於曝光裝置13中後，將介隔著處理層T而形成有光阻膜R之晶圓W配置於曝光裝置13時，就一面以遮光板B控制曝光分布，一面介隔著光罩M進行光阻膜R之曝光。
且，如圖5(c)所示，藉由在曝光裝置13中進行曝光後之光阻膜R之顯影，使光阻膜R圖案化。
其次，如圖5(d)所示，藉由將圖案化後之光阻膜R作為遮罩進行處理層T之蝕刻，使處理層T圖案化，於晶圓W上形成例如：配線圖案、溝槽圖案、或接觸圖案等。
再者，本實施形態之曝光方法，係亦可適用於由曝光能量資料產生裝置12與曝光裝置13一同組成之曝光系統。
(第6實施形態)
圖6係顯示關於第6實施形態之曝光能量資料產生裝置之概略構成之方塊圖。
圖6中，曝光能量資料產生裝置中可設置包含CPU等之處理器1、儲存固定資料之ROM2、對處理器1提供工作區等之RAM3、進行人與電腦之間溝通之中介之人機介面4、提供與外部之通訊手段之通訊介面5、及儲存用於使處理器1動作之程式或各種資料之外部儲存裝置6，且處理器1、ROM2、RAM3、人機介面4、通訊介面5及外部儲存裝置6係經由匯流排7而連接。
另，作為外部儲存裝置6係可使用例如：硬碟等磁碟、DVD等光碟、及USB記憶體或記憶卡等可攜式半導體儲存裝置等。又，作為人機介面4係可使用例如：作為輸入介面之鍵盤、滑鼠、及觸控面板；作為輸出介面之顯示器及印表機。又，作為通訊介面5係可使用例如：用於連接於網際網路或區域網路等之網路卡、數據機、及路由器等。
此時，外部儲存裝置6中安裝有曝光能量資料算出程式6a。又，外部儲存裝置6可儲存尺寸計測資料6b。
且，啟動曝光能量資料算出程式6a時，藉由以處理器1將尺寸計測資料6b鏡射於射域外區域來產生虛擬資料。且，基於尺寸計測資料6b及虛擬資料來算出尺寸計測資料6b之計測區域及非計測區域之曝光能量資料。
(第7實施形態)
圖7係顯示關於第7實施形態之尺寸計測點之面內分布之平面圖，圖8(a)係顯示關於第7實施形態之尺寸外插點之面內分布之平面圖，圖8(b)係顯示將圖8(a)之一部分放大之平面圖，圖9係顯示關於第7實施形態之曝光能量之量之面內分布圖，圖10係顯示曝光能量之量與尺寸之關係圖。
圖7中，計測區域R1得到M×N(M、N為正整數)位置之尺寸計測資料P之面內分布(尺寸地圖)。圖7之例係顯示得到5×8位置之尺寸計測資料之情形。另，該尺寸地圖係可以實測實際形成於晶圓上之圖案之尺寸之方式來求得，或以模擬形成於晶圓上之圖案之尺寸之方式來求得亦可。
其次，如圖8所示，藉由將計測區域R1之a(a係圖8中之每條虛線上M以下或N以下之整數)個分之尺寸計測資料P鏡射於射域外區域V，在射域外區域V中產生虛擬資料Q。此時，鏡射來源地之尺寸計測資料P之位置與鏡射目的地之虛擬資料Q之位置，可設定成與射域端之距離彼此相等。
又，如圖10所示，預先調查每個曝光裝置之曝光能量之量與尺寸之關係。且，藉由參照圖10之曝光能量之量與尺寸之關係，從於射域外區域V附加有虛擬資料Q之尺寸地圖，為使該尺寸與目標一致而修正、算出各點之曝光能量之量。
且，如圖9所示，藉由基於各點之曝光能量之量在射域內及射域外之全面進行函數近似，來算出曝光能量資料後，切出射域區域K1。
雖然已說明本發明之數個實施形態，但是該等實施形態係作為例子而提出者，並無限制本發明之範疇之意。該等新穎實施形態，可以其他多種形態來實施；在不脫離本發明之要旨之範圍內，可進行各種省略、代換及變更。該等實施形態及其變形，包含於發明之範圍及要旨內之同時，包含於申請專利範圍所記載之發明及其同等之範圍內。
1．．．處理器
2．．．ROM
3．．．RAM
4．．．人機介面
5．．．通訊介面
6．．．外部儲存裝置
6a．．．曝光能量資料算出程式
6b．．．尺寸計測資料
7．．．匯流排
11．．．尺寸計測裝置
12．．．曝光能量資料產生裝置
12a．．．虛擬資料產生部
12b．．．曝光能量資料算出部
12c．．．射域區域切出部
13．．．曝光裝置
A1．．．射域端之A1部分
B．．．遮光板
H．．．遮光膜
K1．．．射域區域
M．．．光罩
P．．．尺寸計測資料
Q．．．虛擬資料
R．．．光阻膜
R1．．．計測區域
R2．．．非計測區域
ST．．．射域端
T．．．處理層
TP．．．測試圖案
TW．．．測試晶圓
U1．．．近似曲線
U2．．．近似曲線
V．．．射域外區域
V1．．．虛擬計測區域
V2．．．虛擬計測區域
V3．．．虛擬計測區域
V4．．．虛擬計測區域
V5．．．虛擬計測區域
V6．．．虛擬計測區域
V7．．．虛擬計測區域
V8．．．虛擬計測區域
W．．．晶圓
X1．．．曝光能量之量
X2．．．曝光能量之量
X3．．．曝光能量之量
X4．．．曝光能量之量
X5．．．曝光能量之量
X6．．．曝光能量之量
Y1．．．曝光能量之量
Y2．．．曝光能量之量
Y5．．．曝光能量之量
Y6．．．曝光能量之量
圖1(a)至圖1(c)係顯示關於第1實施形態之曝光能量資料產生方法之流程圖。
圖2(a)係顯示未將計測區域之資料回送至射域外區域而求得之近似曲線U1之圖；圖2(b)係顯示將計測區域之資料回送至射域外區域而求得之近似曲線U2之圖。
圖3(a)至圖3(d)係顯示關於第2實施形態之曝光能量資料產生方法之流程圖。
圖4(a)係顯示尺寸計測資料之面內分布圖；圖4(b)係顯示未將圖4(a)之尺寸計測資料回送至射域外區域而求得之曝光能量之量之面內分布圖；圖4(c)係顯示將圖4(a)之尺寸計測資料回送至射域外區域而求得之曝光能量之量之面內分布圖。
圖5(a)係顯示關於第3實施形態之曝光能量資料產生裝置之概略構成之方塊圖；圖5(b)係顯示關於第4實施形態之曝光方法之概略構成之剖面圖；圖5(c)及圖5(d)係顯示關於第5實施形態之半導體裝置之製造方法之剖面圖。
圖6係顯示關於第6實施形態之曝光能量資料產生裝置之概略構成之方塊圖。
圖7係顯示關於第7實施形態之尺寸計測點之面內分布之平面圖。
圖8(a)係顯示關於第7實施形態之尺寸外插點之面內分布之平面圖；圖8(b)係顯示將圖8(a)之一部分放大之平面圖。
圖9係顯示關於第7實施形態之曝光能量之量之面內分布圖。
圖10係顯示曝光能量之量與尺寸之關係圖。
CD．．．尺寸計測資料
K1．．．射域區域
R1．．．計測區域
R2．．．非計測區域
ST．．．射域端
V1．．．虛擬計測區域
V2．．．虛擬計測區域
V3．．．虛擬計測區域
V4．．．虛擬計測區域
V5．．．虛擬計測區域
V6．．．虛擬計測區域
V7．．．虛擬計測區域
V8．．．虛擬計測區域

Claims (20)

  1. 一種曝光能量資料產生裝置，其特徵在於包含：虛擬資料產生部，其係藉由將基於較射域區域內側之計測區域之尺寸計測結果之資料，鏡射於較射域端外側之射域外區域來產生虛擬資料；曝光能量資料算出部，其係基於上述計測區域之資料及上述虛擬資料，來算出上述計測區域及產生上述虛擬資料之虛擬計測區域之曝光能量資料；及射域區域切出部，其係從已算出上述曝光能量資料之計測區域及虛擬計測區域切出射域區域。
  2. 如請求項1之曝光能量資料產生裝置，其中上述曝光能量資料算出部，係藉由在上述計測區域及上述虛擬計測區域進行函數近似，來算出上述曝光能量資料。
  3. 如請求項1之曝光能量資料產生裝置，其中上述虛擬資料產生部，係藉由將尺寸計測資料鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生虛擬計測資料；上述曝光能量資料算出部，係基於上述尺寸計測資料及上述虛擬計測資料，來算出上述尺寸計測資料之計測區域及非計測區域之曝光能量資料；且上述射域區域切出部係從已算出上述曝光能量資料之計測區域及非計測區域中切出射域區域。
  4. 如請求項3之曝光能量資料產生裝置，其中上述曝光能量資料算出部，係從基於上述尺寸計測資料及上述虛擬計測資料所求得之近似函數，來算出上述曝光能量資料。
  5. 如請求項3之曝光能量資料產生裝置，其中上述虛擬資料產生部，係藉由將上述計測區域之尺寸計測資料鏡射於8方向，在上述射域外區域產生上述虛擬計測區域。
  6. 如請求項5之曝光能量資料產生裝置，其中上述鏡射來源地之尺寸計測資料之位置與鏡射目的地之虛擬計測資料之位置，係與上述射域端之距離彼此相等。
  7. 如請求項1之曝光能量資料產生裝置，其中上述虛擬資料產生部，係基於尺寸計測資料來算出上述尺寸計測資料之計測區域之曝光能量資料，並藉由將上述曝光能量資料鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生虛擬曝光能量資料；上述曝光能量資料算出部，係基於上述計測區域之曝光能量資料及上述射域外區域之虛擬曝光能量資料，來算出上述尺寸計測資料之計測區域及非計測區域之曝光能量資料；且上述射域區域切出部，係從已算出上述曝光能量資料之計測區域及非計測區域中切出射域區域。
  8. 如請求項7之曝光能量資料產生裝置，其中上述曝光能量資料算出部，係從基於上述計測區域之曝光能量資料及上述射域外區域之虛擬曝光能量資料所求得之近似函數，來算出上述計測區域及非計測區域之曝光能量資料。
  9. 如請求項7之曝光能量資料產生裝置，其中上述虛擬資料產生部，係藉由將上述計測區域之曝光能量資料朝8個方向鏡射，而於上述射域外區域產生上述虛擬計測區域。
  10. 如請求項9之曝光能量資料產生裝置，其中上述鏡射來源地之曝光能量資料之位置與鏡射目的地之虛擬曝光能量資料之位置，係與上述射域端之距離彼此相等。
  11. 一種曝光能量資料產生方法，其特徵在於包含：藉由將基於較射域區域內側之計測區域之尺寸計測結果之資料，鏡射於較射域端外側之射域外區域來產生虛擬資料之步驟；及基於上述計測區域之資料及上述虛擬資料來算出上述計測區域及非計測區域之曝光能量資料之步驟。
  12. 如請求項11之曝光能量資料產生方法，其中上述產生虛擬資料之步驟，係藉由將尺寸計測資料鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生虛擬計測資料；上述算出曝光能量資料之步驟，係基於上述尺寸計測資料及上述虛擬計測資料來算出上述尺寸計測資料之計測區域及非計測區域之曝光能量資料。
  13. 如請求項12之曝光能量資料產生方法，其中上述算出曝光能量資料之步驟，係從基於上述尺寸計測資料及上述虛擬計測資料所求得之近似函數，來算出上述曝光能量資料。
  14. 如請求項11之曝光能量資料產生方法，其中上述產生虛擬資料之步驟，係基於尺寸計測資料來算出上述尺寸計測資料之計測區域之曝光能量資料，並藉由將上述曝光能量資料鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生虛擬曝光能量資料；上述算出曝光能量資料之步驟，係基於上述計測區域之曝光能量資料及上述射域外區域之虛擬曝光能量資料，來算出上述尺寸計測資料之計測區域及非計測區域之曝光能量資料。
  15. 如請求項14之曝光能量資料產生方法，其中上述算出曝光能量資料之步驟，係從基於上述計測區域之曝光能量資料及上述射域外區域之虛擬曝光能量資料所求得之近似函數，來算出上述計測區域及非計測區域之曝光能量資料。
  16. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包含：藉由將基於較射域區域內側之計測區域之尺寸計測結果之資料，鏡射於較射域端外側之射域外區域上，來產生虛擬資料之步驟；基於上述計測區域之資料及上述虛擬資料來算出上述計測區域及非計測區域之曝光能量資料之步驟；藉由基於上述曝光能量資料一面控制曝光量一面經由光罩對處理層上之光阻膜進行曝光，而於上述光阻膜上形成潛像之步驟；藉由將形成有上述潛像之光阻膜顯影，使上述光阻膜圖案化之步驟；及將上述圖案化後之光阻膜作為遮罩來處理上述處理層之步驟。
  17. 如請求項16之半導體裝置之製造方法，其中上述產生虛擬資料之步驟，係藉由將尺寸計測資料鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生虛擬計測資料；上述算出曝光能量資料之步驟，係基於上述尺寸計測資料及上述虛擬計測資料來算出上述尺寸計測資料之計測區域及非計測區域之曝光能量資料。
  18. 如請求項17之半導體裝置之製造方法，其中上述算出曝光能量資料之步驟，係從基於上述尺寸計測資料及上述虛擬計測資料所求得之近似函數，來算出上述曝光能量資料。
  19. 如請求項16之半導體裝置之製造方法，其中上述產生虛擬資料之步驟，係基於尺寸計測資料來算出上述尺寸計測資料之計測區域之曝光能量資料，並藉由將上述曝光能量資料鏡射於較射域端外側之射域外區域，來產生虛擬曝光能量資料；且上述算出曝光能量資料之步驟，係基於上述計測區域之曝光能量資料及上述射域外區域之虛擬曝光能量資料，來算出上述尺寸計測資料之計測區域及非計測區域之曝光能量資料。
  20. 如請求項19之半導體裝置之製造方法，其中上述算出曝光能量資料之步驟，係從基於上述計測區域之曝光能量資料及上述射域外區域之虛擬曝光能量資料所求得之近似函數，來算出上述計測區域及非計測區域之曝光能量資料。
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