JP5221611B2 - ドーズデータ生成装置、露光システム、ドーズデータ生成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態はドーズデータ生成装置、露光システム、ドーズデータ生成方法および半導体装置の製造方法に関する。

半導体製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程では、ウェハ上で、ショット内のパターン寸法を均一にするために、ショット内での露光分布（以下、ドーズデータ）を変更することがある。

すなわち、ドーズデータを求めるために、予めドーズ量を変化させたときのパターン寸法の変化量を測定しておく。そして、ウェハ露光後にショット内の複数の箇所でパターンの寸法を計測し、各点での寸法を均一にするドーズ量を算出する。その後、ショット内全面に渡ってパターン寸法を均一にするためのドーズデータを、前記ドーズ量に基づき近似関数で表すことが一般的であるが、Ｋｅｒｆ領域などのショット端では関数が発散し、異常なドーズ量になることがあった。

特開２００７−１２９１０１号公報

本発明の一つの実施形態の目的は、ショット端でのドーズ量が発散するのを防止することが可能なドーズデータ生成装置、露光システム、ドーズデータ生成方法および半導体装置の製造方法を提供することである。

実施形態のドーズデータ生成装置によれば、仮想データ生成部と、ドーズデータ算出部と、ショット領域切り出し部とが設けられている。仮想データ生成部は、ショット領域より内側の計測領域における寸法計測結果に基づくデータをショット端より外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データを生成する。ドーズデータ算出部は、前記計測領域におけるデータおよび前記仮想データに基づいて前記計測領域および前記仮想データが生成された仮想計測領域のドーズデータを算出する。ショット領域切り出し部は、前記ドーズデータが算出された計測領域および仮想計測領域からショット領域を切り出す。

図１は、第１実施形態に係るドーズデータ生成方法のフローを示す図である。 図２（ａ）は、計測領域におけるデータをショット外領域に折り返すことなく求めた近似曲線Ｕ１を示す図、図２（ｂ）は、計測領域におけるデータをショット外領域に折り返して求めた近似曲線Ｕ２を示す図である。 図３は、第２実施形態に係るドーズデータ生成方法のフローを示す図である。 図４（ａ）は、寸法計測データの面内分布を示す図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の寸法計測データをショット外領域に折り返すことなく求めたドーズ量の面内分布を示す図、図４（ｃ）は、図４（ａ）の寸法計測データをショット外領域に折り返して求めたドーズ量の面内分布を示す図である。 図５（ａ）は、第３実施形態に係るドーズデータ生成装置の概略構成を示すブロック図、図５（ｂ）は、第４実施形態に係る露光方法の概略構成を示す断面図、図５（ｃ）および図５（ｄ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図６は、第６実施形態に係るドーズデータ生成装置の概略構成を示すブロック図である。 図７は、第７実施形態に係る寸法計測点の面内分布を示す平面図である。 図８（ａ）は、第７実施形態に係る寸法外挿点の面内分布を示す平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部を拡大して示す平面図である。 図９は、第７実施形態に係るドーズ量の面内分布を示す図である。 図１０は、ドーズ量と寸法との関係を示す図である。

以下、実施形態に係るドーズデータ生成装置およびドーズデータ生成方法について図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るドーズデータ生成方法のフローを示す図である。
図１（ａ）において、露光時のショット領域には、寸法計測データＣＤが得られる計測領域Ｒ１と寸法計測データが得られない非計測領域Ｒ２が存在する。この非計測領域Ｒ２は計測領域Ｒ１の周囲に存在する。なお、非計測領域Ｒ２としては、スクライブラインや位置合わせマークなどが配置されるＫｅｒｆ領域などを挙げることができる。この非計測領域Ｒ２には、寸法計測データを得るためのライン＆スペースが配置されない。

そして、この計測領域Ｒ１の寸法計測データＣＤをショット端ＳＴより外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データを生成する。例えば、図１（ｂ）に示すように、計測領域Ｒ１の寸法計測データＣＤを８方向にミラーリングすることにより、ショット外領域に仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８を生成することができる。

そして、計測領域Ｒ１の寸法計測データＣＤおよび仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８の仮想データに基づいて、計測領域Ｒ１および仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８内の各点について寸法が均一化されるように補正された所望のドーズ量を算出する。さらに、これら各点において算出したドーズ量を関数近似することで、計測領域Ｒ１および仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８全面のドーズ量（ドーズデータ）を算出することができる。

そして、図１（ｃ）に示すように、ドーズデータが算出された計測領域Ｒ１および仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８からショット領域Ｋ１を切り出すことで、計測領域Ｒ１および非計測領域Ｒ２のドーズデータが得られる。

ここで、計測領域Ｒ１の寸法計測データＣＤをショット外領域にミラーリングして仮想データを生成し、計測領域Ｒ１に加えて仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８におけるデータを得た後計測領域Ｒ１および仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８全面に渡る近似関数を求めることにより、ショット端で近似関数が発散するのを防止することができ、ショット端でドーズ補正量に飛び値が発生するのを防止することができる。なお、以上は仮想データを生成する際の計測領域Ｒ１のデータとして寸法計測データＣＤ自体をミラーリングする場合について説明したが、以下に示すように、寸法計測データＣＤに基づいて計測領域Ｒ１内の各点における所望のドーズ量を補正・算出した後、算出したドーズ量を計測領域Ｒ１における寸法計測結果に基づくデータとしてショット外領域にミラーリングすることで仮想データを生成してもよい。

図２（ａ）は、計測領域におけるデータをショット外領域に折り返すことなく求めた近似曲線Ｕ１を示す図、図２（ｂ）は、計測領域におけるデータをショット外領域に折り返して求めた近似曲線Ｕ２を示す図である。
図２（ａ）において、計測領域での寸法計測結果に基づくデータとして補正された所望のドーズ量Ｘ１〜Ｘ６が寸法計測データに基づき得られたものとする。この時、ショット端近傍では非計測領域が存在するため、所望のドーズ量が得られない。

そして、これらの所望のドーズ量Ｘ１〜Ｘ６から近似曲線Ｕ１を求めると、ショット端近傍では近似曲線Ｕ１は単調減少または単調増大するため近似曲線Ｕ１は発散し、ショット端でドーズ量に飛び値が発生する。

一方、図２（ｂ）において、所望のドーズ量Ｘ１、Ｘ２をショット端より外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データとしての所望のドーズ量Ｙ１、Ｙ２が生成される。また、所望のドーズ量Ｘ５、Ｘ６をショット端より外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データとしての所望のドーズ量Ｙ５、Ｙ６が生成される。

そして、これらの所望のドーズ量Ｘ１〜Ｘ６および仮想データＹ１、Ｙ２、Ｙ５、Ｙ６から近似曲線Ｕ２を求めると、ショット端近傍で近似曲線Ｕ２が発散するのが防止され、ショット端でドーズ量に飛び値が発生するのを防止することができる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係るドーズデータ生成方法のフローを示す図である。
図３（ａ）において、計測領域Ｒ１では、寸法計測データの面内分布（寸法マップ）が得られている。なお、この寸法マップは、ウェハ上に実際に形成されたパターンの寸法を実測して求めるようにしてもよいし、ウェハ上に形成されるパターンの寸法をシミュレーションして求めるようにしてもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、寸法計測データをショット外にミラーリングすることで、ショット外の仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８に仮想データを生成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、計測領域Ｒ１および仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８から関数近似する計算領域を設定する。

次に、図３（ｄ）に示すように、計測領域Ｒ１および仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８の各点における所望のドーズ量を算出した後、図３（ｃ）において設定された計算領域内で関数近似計算を行い、ドーズデータを算出する。ドーズデータが算出された計算領域からショット領域Ｋ１を切り出すことで、計測領域Ｒ１および非計測領域Ｒ２のドーズデータが得られる。

図４（ａ）は、寸法計測データの面内分布を示す図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の寸法計測データをショット外領域に折り返すことなく求めたドーズ量の面内分布を示す図、図４（ｃ）は、図４（ａ）の寸法計測データをショット外領域に折り返して求めたドーズ量の面内分布を示す図である。
図４（ａ）において、計測領域Ｒ１の寸法計測データのみからドーズ量を算出すると、ショット端のＡ１の部分でドーズ量に飛び値が発生している。
一方、図４（ｂ）において、計測領域Ｒ１の寸法計測データおよび仮想計測領域Ｖ１〜Ｖ８の仮想データからドーズ量を算出すると、ショット端のＡ１の部分でドーズ量に飛び値が発生するのが防止される。

（第３〜第５実施形態）
図５（ａ）は、第３実施形態に係るドーズデータ生成装置の概略構成を示すブロック図、図５（ｂ）は、第４実施形態に係る露光方法の概略構成を示す断面図、図５（ｃ）および図５（ｄ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図５（ａ）において、ドーズデータ生成装置１２には、仮想データ生成部１２ａ、ドーズデータ算出部１２ｂおよびショット領域切り出し部１２ｃが設けられている。仮想データ生成部１２ａは、寸法計測データまたは所望のドーズ量をショット端より外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データを生成することができる。ドーズデータ算出部１２ｂは、寸法計測データおよび仮想データに基づいて寸法計測データの計測領域および仮想計測領域のドーズデータを算出することができる。ショット領域切り出し部１２ｃは、ドーズデータが算出された計測領域および仮想計測領域からショット領域を切り出すことができる。

そして、テストウェハＴＷ上に形成されたテストパターンＴＰの寸法を寸法計測装置１１にて計測することで寸法計測データが得られ、仮想データ生成部１２ａに入力される。

そして、仮想データ生成部１２ａにおいて、寸法計測データまたは所望のドーズ量がショット外領域にミラーリングされることにより仮想データが生成され、ドーズデータ算出部１２ｂに送られる。

そして、ドーズデータ算出部１２ｂにおいて、寸法計測データおよび仮想データに基づいて寸法計測データの計測領域および仮想計測領域のドーズデータが算出され、ショット領域切り出し部１２ｃに送られる。

そして、ショット領域切り出し部１２ｃにおいて、ドーズデータが算出された計測領域および仮想計測領域からショット領域が切り出され、露光装置１３に送られる。

図５（ｂ）において、露光装置１３には、遮光板ＢおよびフォトマスクＭが設けられている。遮光板Ｂには、スリットＳが設けられている。ここで、スリットＳは、ウェハＷ上を水平にスライドさせることができる。スリットＳの幅は所定の間隔で調整することができ、また、露光中にスリットＳをスライドさせる速度を変更させることができ、スリットＳを介して透過する光の量を変化させることができる。一方、フォトマスクＭには遮光膜Ｈが形成されている。

また、ウェハＷ上には、処理層Ｔを介してレジスト膜Ｒが形成されている。なお、処理層Ｔは導電層であってもよいし、半導体層であってもよいし絶縁層であってもよく、処理層Ｔに対して行われる処理に応じて適宜選択することができる。処理層Ｔに対して行われる処理は、例えば、エッチング処理であってもよいし、イオン注入処理であってもよい。

そして、遮光膜Ｈが形成されたフォトマスクＭが露光装置１３に配置された上で、処理層Ｔを介してレジスト膜Ｒが形成されたウェハＷが露光装置１３に配置されると、遮光板Ｂにて露光分布が制御されながら、フォトマスクＭを介してレジスト膜Ｒの露光が行われる。

そして、図５（ｃ）に示すように、露光装置１３にて露光が行われたレジスト膜Ｒの現像が行われることで、レジスト膜Ｒがパターニングされる。

次に、図５（ｄ）に示すように、パターニングされたレジスト膜Ｒをマスクとして処理層Ｔのエッチングが行われることで、処理層Ｔがパターニングされ、例えば、配線パターン、トレンチパターンまたはコンタクトパターンなどがウェハＷ上に形成される。

（第６実施形態）
図６は、第６実施形態に係るドーズデータ生成装置の概略構成を示すブロック図である。
図６において、ドーズデータ生成装置には、ＣＰＵなどを含むプロセッサ１、固定的なデータを記憶するＲＯＭ２、プロセッサ１に対してワークエリアなどを提供するＲＡＭ３、人間とコンピュータとの間の仲介を行うヒューマンインターフェース４、外部との通信手段を提供する通信インターフェース５、プロセッサ１を動作させるためのプログラムや各種データを記憶する外部記憶装置６を設けることができ、プロセッサ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、ヒューマンインターフェース４、通信インターフェース５および外部記憶装置６は、バス７を介して接続されている。

なお、外部記憶装置６としては、例えば、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカードなどの可搬性半導体記憶装置などを用いることができる。また、ヒューマンインターフェース４としては、例えば、入力インターフェースとしてキーボードやマウスやタッチパネル、出力インターフェースとしてディスプレイやプリンタなどを用いることができる。また、通信インターフェース５としては、例えば、インターネットやＬＡＮなどに接続するためのＬＡＮカードやモデムやルータなどを用いることができる。

ここで、外部記憶装置６には、ドーズデータ算出プログラム６ａがインストールされている。また、外部記憶装置６には、寸法計測データ６ｂを格納することができる。

そして、ドーズデータ算出プログラム６ａが起動されると、プロセッサ１にて寸法計測データ６ｂがショット外領域にミラーリングされることにより仮想データが生成される。そして、寸法計測データ６ｂおよび仮想データに基づいて寸法計測データ６ｂの計測領域および非計測領域のドーズデータが算出される。

（第７実施形態）
図７は、第７実施形態に係る寸法計測点の面内分布を示す平面図、図８（ａ）は、第７実施形態に係る寸法外挿点の面内分布を示す平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部を拡大して示す平面図、図９は、第７実施形態に係るドーズ量の面内分布を示す図、図１０は、ドーズ量と寸法との関係を示す図である。
図７において、計測領域Ｒ１では、Ｍ×Ｎ（Ｍ、Ｎは正の整数）箇所の寸法計測データＰの面内分布（寸法マップ）が得られている。図７の例では、５×８箇所の寸法計測データＰが得られた場合を示した。なお、この寸法マップは、ウェハ上に実際に形成されたパターンの寸法を実測して求めるようにしてもよいし、ウェハ上に形成されるパターンの寸法をシミュレーションして求めるようにしてもよい。

次に、図８に示すように、計測領域Ｒ１のａ（ａはＭ以下かつＮ以下の整数）個分の寸法計測データＰをショット外領域Ｖにミラーリングすることで、ショット外領域Ｖに仮想データＱを生成する。この時、ミラーリング元の寸法計測データＰの位置とミラーリング先の仮想データＱの位置とは、ショット端からの距離が等しくなるように設定することができる。

また、図１０に示すように、露光装置ごとにドーズ量と寸法との関係を予め調べる。そして、図１０のドーズ量と寸法との関係を参照することで、ショット外領域Ｖに仮想データＱが付加された寸法マップから、その寸法が狙い目と一致するように各点のドーズ量を補正・算出する。

そして、図９に示すように、各点のドーズ量に基づきショット内およびショット外の全面に渡って関数近似することでドーズデータを算出した後、ショット領域Ｋ１を切り出す。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ プロセッサ、２ ＲＯＭ、３ ＲＡＭ、４ ヒューマンインターフェース、５ 通信インターフェース、６ 外部記憶装置、６ａ ドーズデータ算出プログラム、１１ 寸法計測装置、１２ ドーズデータ生成装置、１２ａ 仮想データ生成部、１２ｂ ドーズデータ算出部、１２ｃ ショット領域切り出し部、１３ 露光装置

Claims (5)

1. ショット領域より内側の計測領域における寸法計測結果に基づくデータをショット端より外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データを生成する仮想データ生成部と、
   前記計測領域におけるデータおよび前記仮想データに基づいて前記計測領域および前記仮想データが生成された仮想計測領域のドーズデータを算出するドーズデータ算出部と、
   前記ドーズデータが算出された計測領域および非仮想計測領域からショット領域を切り出すショット領域切り出し部とを備えることを特徴とするドーズデータ生成装置。
2. 前記ドーズデータ算出部は、前記計測領域および前記仮想計測領域に渡る関数近似を行うことで前記ドーズデータを算出することを特徴とする請求項１に記載のドーズデータ生成装置。
3. ショット領域より内側の計測領域における寸法計測結果に基づくデータをショット端より外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データを生成し、前記寸法計測領域におけるデータおよび前記仮想データに基づいて前記計測領域および非計測領域のドーズデータを算出するドーズデータ生成装置と、
   前記ドーズデータ生成装置にて算出されたドーズデータに基づいて露光量を制御しながら、ウェハ上に露光を行う露光装置とを備えることを特徴とする露光システム。
4. ショット領域より内側の計測領域における寸法計測結果に基づくデータをショット端より外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データを生成するステップと、
   前記計測領域におけるデータおよび前記仮想データに基づいて前記計測領域および非計測領域のドーズデータを算出するステップとを備えることを特徴とするドーズデータ生成方法。
5. ショット領域より内側の計測領域における寸法計測結果に基づくデータをショット端より外側のショット外領域にミラーリングすることにより仮想データを生成するステップと、
   前記計測領域におけるデータおよび前記仮想データに基づいて前記計測領域および非計測領域のドーズデータを算出するステップと、
   前記ドーズデータに基づいて露光量を制御しながらフォトマスクを介して処理層上のレジスト膜に露光を行うことで、前記レジスト膜に潜像を形成するステップと、
   前記潜像が形成されたレジスト膜を現像することで、前記レジスト膜をパターニングするステップと、
   前記パターニングされたレジスト膜をマスクとして前記処理層を処理するステップとを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。