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図面 (7)

課題

半導体製造工程において、素子線幅精度の向上により素子の微細化、高集積化が可能になることでデバイス性能の向上を図ることができるとともに、生産性の向上を図ることができる半導体製造工程の製造工程のフィードバック方法を提供すること。

解決手段

半導体装置の製造プロセスのリソグラフィー工程で既に処理された数ロット工程内プロセス品質制御データに基づいて、これから着工するロットの処理条件を決定するフィードバック方法であって、配線幅露光量に換算するための回帰係数Dを加重価を基にして加重移動平均して求め、この回帰係数を基にしてフィードバック値を求めるアルゴリズムを加重価を基にして加重移動平均して求めることを特徴とする半導体装置の製造工程のフィードバック方法。

概要

背景

半導体製造プロセスの大きな課題としてCOO(Cost Of Ownership)の低減がある。特に非常に回数、時間を要するリソグラフィー工程でのCOOの低減は、半導体製造プロセス中でも重要である。

現在、リソグラフィー工程での生産性を大きく低下させている要因の一つには先行ウエハ(Send Ahead Wafer)による事前条件設定の工程かあげられる。例えば、ウエハ1枚にレジストを塗布した後、露光現像を行い、レジストパターン寸法測定を行う。その結果に基づいて露光エネルギーおよびフォーカス位置を決定する。さらに重ね合わせ精度の測定を行う。それによってアライメント補正量を決定する。例えば、パターンシフト量(パターン横ずれ量)、スケーリング放射状の倍率)、ウエハ回転、直交性ショット回転ショット倍率等の露光条件補正量を決定する。その後、本体ウエハ上にレジストパターン形成を行う。

上記のような条件変動要因としては、リソグラフィー要因と他のプロセス要因とに分類できる。例えば露光エネルギーの変動は、リソグラフィー要因としてはレジスト膜厚変動、レジスト感度変動、露光装置(例えばステッパ)の照明むら変動等が、他のプロセスでは、下地CVD時の膜厚光学定数屈折率吸光係数等)の変動等が考えられる。

そこで上記のような先行ウエハを廃止する目的で、IBM社のPHALC0N(Phot Automated Logging and Controlsystem)に代表されるフィードバック方法が導入されつつある。これは上記先行ウエハによる条件出しを廃止する代わりに、直近の数ロットのデータを用いて露光パラメータ(露光エネルギー、アライメント補正値)を決定する方法である。

概要

半導体製造工程において、素子線幅精度の向上により素子の微細化、高集積化が可能になることでデバイス性能の向上を図ることができるとともに、生産性の向上を図ることができる半導体製造工程の製造工程のフィードバック方法を提供すること。

半導体装置の製造プロセスのリソグラフィー工程で既に処理された数ロットの工程内プロセス品質制御データに基づいて、これから着工するロットの処理条件を決定するフィードバック方法であって、配線幅を露光量に換算するための回帰係数Dを加重価を基にして加重移動平均して求め、この回帰係数を基にしてフィードバック値を求めるアルゴリズムを加重価を基にして加重移動平均して求めることを特徴とする半導体装置の製造工程のフィードバック方法。

目的

しかしながら、上記PHALCONに代表されるフィードバック方法は、汎用メモリのように大量に同じデバイスが流れる製造ラインではその威力を発揮するが、数日あるいは数週間に1ロットが流れる程度のデバイス製造ラインには向かない。そのため、ASIC等の少量多品種の高付加価値品の生産工程に上記フィバック方法を適用することは困難であった。そこで本発明は上記課題を解消し、半導体製造工程において、素子の線幅精度の向上により素子の微細化、高集積化が可能になることでデバイス性能の向上を図ることができるとともに、生産性の向上を図ることができる半導体製造工程の製造工程のフィードバック方法を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
5件
牽制数
4件

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請求項1

半導体装置の製造プロセスのリソグラフィー工程で既に処理された数ロット工程内プロセス品質制御データに基づいて、これから着工するロットの処理条件を決定するフィードバック方法であって、配線幅露光量に換算するための回帰係数を、加重価を基にして加重移動平均して求め、この回帰係数を基にしてフィードバック値を求めるアルゴリズムを、加重価を基にして加重移動平均して求めることを特徴とする半導体装置の製造工程のフィードバック方法。

請求項2

前記加重価に、時間をパラメータとした重み付け係数を導入する請求項1に記載の半導体装置の製造工程のフィードバック方法。

請求項3

前記重み付け係数に、ガウス関数又は1次関数を用いる請求項2に記載の半導体装置の製造工程のフィードバック方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体装置の製造工程のフィードバック方法に関し、詳しくはリソグラフィー工程におけるフィードバック方法に関するものである。

背景技術

0002

半導体製造プロセスの大きな課題としてCOO(Cost Of Ownership)の低減がある。特に非常に回数、時間を要するリソグラフィー工程でのCOOの低減は、半導体製造プロセス中でも重要である。

0003

現在、リソグラフィー工程での生産性を大きく低下させている要因の一つには先行ウエハ(Send Ahead Wafer)による事前条件設定の工程かあげられる。例えば、ウエハ1枚にレジストを塗布した後、露光現像を行い、レジストパターン寸法測定を行う。その結果に基づいて露光エネルギーおよびフォーカス位置を決定する。さらに重ね合わせ精度の測定を行う。それによってアライメント補正量を決定する。例えば、パターンシフト量(パターン横ずれ量)、スケーリング放射状の倍率)、ウエハ回転、直交性ショット回転ショット倍率等の露光条件補正量を決定する。その後、本体ウエハ上にレジストパターン形成を行う。

0004

上記のような条件変動要因としては、リソグラフィー要因と他のプロセス要因とに分類できる。例えば露光エネルギーの変動は、リソグラフィー要因としてはレジスト膜厚変動、レジスト感度変動、露光装置(例えばステッパ)の照明むら変動等が、他のプロセスでは、下地CVD時の膜厚光学定数屈折率吸光係数等)の変動等が考えられる。

0005

そこで上記のような先行ウエハを廃止する目的で、IBM社のPHALC0N(Phot Automated Logging and Controlsystem)に代表されるフィードバック方法が導入されつつある。これは上記先行ウエハによる条件出しを廃止する代わりに、直近の数ロットのデータを用いて露光パラメータ(露光エネルギー、アライメント補正値)を決定する方法である。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記PHALCONに代表されるフィードバック方法は、汎用メモリのように大量に同じデバイスが流れる製造ラインではその威力を発揮するが、数日あるいは数週間に1ロットが流れる程度のデバイス製造ラインには向かない。そのため、ASIC等の少量多品種の高付加価値品の生産工程に上記フィバック方法を適用することは困難であった。そこで本発明は上記課題を解消し、半導体製造工程において、素子線幅精度の向上により素子の微細化、高集積化が可能になることでデバイス性能の向上を図ることができるとともに、生産性の向上を図ることができる半導体製造工程の製造工程のフィードバック方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

上記目的は、本発明にあっては、半導体装置の製造プロセスのリソグラフィー工程で既に処理された数ロットの工程内プロセス品質制御データに基づいて、これから着工するロットの処理条件を決定するフィードバック方法であって、配線幅を露光量に換算するための回帰係数加重価を基にして加重移動平均して求め、この回帰係数を基にしてフィードバック値を求めるアルゴリズムを加重価を基にして加重移動平均して求めることを特徴とする半導体装置の製造工程のフィードバック方法により達成される。

0008

本発明では、回帰係数を加重移動平均により求めるので、回帰係数に加重価としてプロセス条件時間的要因を導入することが可能となる。また、この回帰係数を基にしてフィードバック値を求めるアルゴリズムを加重移動平均により求めることから、フィードバック値を求めるアルゴリズムに加重価としてプロセス条件の時間要因を導入することが可能になる。そのため、数日あるいは数週間前に流れたロットのIPQCデータに基づいてフィードバック値が求まる。また、加重価には時間をパラメータとした重み付け係数を導入することから、加重価によって時間的変動要因が考慮されることになる。そのため、数日あるいは数週間前に流れたロットのプロセスデータを基にしてフィードバック値を求めても、フィードバック値の時間による変動要因が抑制される。

発明を実施するための最良の形態

0009

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

0010

本発明の好ましい実施形態の一例を、図1のリソグラフィー工程の説明図によって説明する。図1に示すように、「加重移動平均による処理条件の決定」S1によって、半導体装置の製造プロセスのリソグラフィー工程で、既に処理された数ロットの工程内プロセス品質制御データより着工するロットの処理条件を決定する。

0011

上記「加重移動平均による処理条件の決定」S1では、露光条件のフィードバック値を求めるアルゴリズムを加重移動平均により求める。その加重価には時間をパラメータとした重み付け係数を導入する。加重移動平均により求める露光条件の対象としては、例えば重ね合わせと線幅の露光エネルギーとがある。

0012

まず、重ね合わせにおいて、従来の一般的な重ね合わせのフィードバックアルゴリズムは、(1)式のように表せる。

0013

0014

これに対し、本発明の好ましい実施形態である重ね合わせのフィードバックアルゴリズムでは、(1)式に加重移動平均を導入して、(2)式のように表した。

0015

0016

また、線幅の露光エネルギーにおいて、従来の一般的な線幅精度に影響を及ぼす露光エネルギーeのフィードバックアルゴリズムは、(3)式のように表せる。

0017

0018

これに対し、線幅の露光エネルギーeのフィードバックアルゴリズムでは、(3)式に加重移動平均を導入して、(4)式のように表した。

0019

0020

また、この発明の好ましい実施形態である線幅の露光エネルギーeのフィードバック方法では、さらに以下のような処理も行う。回帰係数Dは、(4)式において線幅を露光量に換算する係数である。(4)式においては、予め線幅と露光量の関係(近似的に1次関数とみなしている)より固定値として扱っていたが、本発明の好ましい実施形態のフィードバック方法では、(4)式の回帰係数Dにも加重移動平均の概念を導入する。

0021

線幅d’と露光量e’が、

0022

即ち、

0023

この(6)式のχ2 を最小にするようなα、βを、正規方程式を用いて求めれば良い。これにより求めた関数の傾きβの逆数が回帰係数Dということになる。このようにして直近のデータに重みをかけることにより、最新の線幅−露光量の関係を基に露光量を決定でき、その結果所望の線幅を得ることができる。

0024

上記(2)式、(6)式等を用いて加重移動平均による処理条件の決定を行い、入力補正値を求める。

0025

そして「レジスト膜の形成」S2によって、製品を形成するウエハにレジストを塗布してレジスト膜を形成する。その際、塗布後にベーキングを行ってレジスト膜を硬化させる。この「レジスト膜の形成」S2は、「加重移動平均による処理条件の決定」S1と並列に処理してもよい。

0026

次いで「露光」S3によって、上記「加重移動平均による処理条件の決定」S1により決定した処理条件に基づいて露光条件を設定して露光を行う。

0027

続いて「現像」S4によって、上記露光したウエハの現像を行い、レジストパターンを形成する。

0028

その後「検査」S5によって、レジストパターン寸法(線幅)の測定、レジストパターン形状の検査を行う。その結果、良好であればリソグラフィー工程を「終了」する。もし検査結果が不良であれば、ウエハを再生する工程に送る。

0029

このように、(2)、(4)式を利用したフィードバック方法では、重ね合わせの補正値および露光エネルギーを求める式に加重移動平均を導入することによって、アルゴリズムに加重価としてプロセス条件の時間的要因を導入することが可能になる。そのため、数日あるいは数週間前に流れたロットのプロセスデータに基づいてフィードバック値が求まる。また、加重価Wi に時間をパラメータとした重み付け係数を導入することにより、加重価Wi によって時間的変動要因が考慮されることになる。そのため、数日あるいは数週間前に流れたロットのプロセスデータを基にしてフィードバック値を求めても、フィードバック値の時間による変動要因が抑制される。

0030

さらに、線幅精度の露光エネルギーのフィードバック方法として、(4)式の代わりに(6)式を用いる。この際、回帰係数D自体を加重移動平均により求める。これにより、回帰係数Dに加重価Wj としてプロセス条件の時間的要因を導入することが可能となる。また、この回帰係数Dを基にしてフィードバック値を求めるアルゴリズムを加重移動平均により求めるので、アルゴリズムに加重価Wi としてプロセス条件の時間要因を導入することが可能になる。そのため、数日あるいは数週間前に流れたロットのプロセスデータに基づいてフィードバック値を求めることが可能になるので、さらに高精度のフィードバックを実現することができる。

0031

次に、重ね合わせ及び線幅精度の露光エネルギーのフィードバック方法において、従来と本発明の実施形態とを比較する。まず、重ね合わせ精度の平行移動誤差(Translation)を一例として、従来のフィードバック方法と本発明の好ましい実施形態であるフィードバック方法との比較を行う。

0032

図2は、あるステッパ(露光装置)のEQC(装置メンテナンスデータ)での平均移動誤差を示したものであり、縦軸に平均移動誤差を示し、横軸に時間を示す。

0033

図2に示すように、時問の経過とともに平均移動誤差が変化していることがわかる。このような変化が起こる理由は、例えばステッパのアライメントセンサーテレセン性フォーカス像の横方向ずれ)の悪化等が考えられるが、原因は特定できない。このような変動要因を補正することを目的として、上記説明したように加重移動平均を導入することによってプロセス条件を求める。

0034

また、図3は、ある製品ロットでの先行ウエハ法による重ね合わせ誤差とその時のステッパ(露光装置)への補正入力値であり、縦軸にIPQC値及び補正入力値を示し、横軸に時間を示す。

0035

図3に示すように、補正を行わないIPQC値は時間の経過とともに平均移動誤差は、例えば、58日前が−0.01μm、56日前が−0.00μm、11日前が0.04μm、7日前が0.06μm、2日前が0.05μm、当日が0.06μmというように、大きく変動を起こしている。このように変動が起こる原因は、例えばステッパのアライメントセンサーのテレセン性(フォーカス像の横方向ずれ)の悪化等が考えられるが、原因は特定できない。このような変動要因を補正することを目的として、上記説明したように加重移動平均を導入することによってプロセス条件を求める。

0036

今、先行ウエハ法による入力補正値を理想補正値とする。その入力補正値は、58日前が0.00μm、56日前が−0.01μm 、11日前が−0.03μm、7日前が−0.04μm、2日前が−0.04μm、当日が−0.06μmであった。そして、その補正値を用いて処理した後のIPQC値は、58日前が−0.01μm、56日前が−0.01μm、11日前が0.01μm、7日前が0.02μm、2日前か0.01μm、当日が0.00μmになった。

0037

ここで重ね合わせにおけるフィードバック方法を使用した場合で、従来のフィードバック法である(1)式、及び本発明の好ましい実施形態のフィードバック方法である(2)式において係数A=1.0とし、参照ロット数を5ロット(ただし、参照データの有効期間は60日)として計算を行った。また加重移動平均の加重価はここでは等差級数として以下のように設定した。W1 =0.10、W2 =0.15、W3 =0.20、W4 =0.25、W5 =0.30、ただしΣWi =1.00とした。

0038

その結果、従来のフィードバック法では、入力補正値(入力オフセット量)は−0.03μmとなり、理想補正量=−0.06μmとのフィードバック誤差は0.03μmとなった。一方、本発明の好ましい実施形態のフィードバック方法では、入力補正値(入力オフセット量)は−0.04μmとなり、理想補正量=−0.06μmとのフィードバック誤差は0.02μmとなった。そして両者を比較すると、加重移動平均を用いた本発明の好ましい実施形態によるフィードバック方法の方が、フィードバック性能は0.01μm良いことがわかる。

0039

次に上記Wi を時間tの関数f(t)=Wi とし、ここでは(7)式として、上記(2)式に適用した場合を以下に示す。

0040

0041

したがって、加重移動平均の加重価は以下のようになる。例えば58日前の加重価Wi =(−58)/60+1≒0.03となる。ここでは、tは当日を0として起算し、マイナスにて表すことにしている。したがって、58日前であればt=−58となる。同様にして56日前、11日前、7日前、2日前の加重価は、それぞれ、W2 ≒0.07、W3 ≒0.82、W4 ≒0.88、W5 ≒0.97となる。これらの加重価を基にして(2)式により計算すると、入力補正値(入力オフセット量)は−0.05μmとなる。その結果、上記理想補正値=−0.06μmとのフィードバック誤差は0.01μmである。重ね合わせにおいて両者を比較すると、加重移動平均を用いた本発明の実施形態によるフィードバック方法の方がフィードバック性能は0.02μm優れていることがわかる。

0042

次に、線幅精度に影響する露光エネルギーにおいて、従来のフィードバック方法と本発明の好ましい実施形態によるフィードバック方法との比較を行う。図4は、イニシャル(デバイス投入時)と、現在時点のそれぞれの線幅と露光量の関係を示したものである。図4によると、1次関数近似(線形)での傾き、切片ともに変化していることがわかる。これは、図5のような同一露光量にて処理した線幅の約半年間の経過時の線幅の変化からも理解することができる。

0043

図6は、従来(現行)のフィードバック方法及び本発明の実施形態によるフィードバック方法により露光された線幅の各ロット毎のばらつきを示している。ここでは、例えば16ロット(ロットA、ロットB、・・・、ロットP)についての結果を示す。従来のフィードバック方法による線幅(菱形ドットライン)6aは、最近の製品ロットのトレンドデータを示しており、線幅6bは、本発明の実施形態によるフィードバック方法により露光された線幅を示す。ここで、フィードバックに使用した回帰直線は、図4イニシャルデータ4aを使用した。線幅は、ターゲットが0.4μmであって、スペックが±0.04μmである。以上のような条件の下で、従来のフィードバック方法による線幅と本発明の実施形態のフィードバック方法による線幅とを比較検討する。

0044

線幅6aにおいては、図6を参照すると従来方法16ロットともスペックはクリアしている。しかしながら、徐々に線幅がプラス側に遷移ドリフト)し、最悪値は0.44μmとスペックぎりぎりのロット(ロットI、ロットM及びロットP等)が存在するため、配線幅にばらつきがある。

0045

一方、線幅6bおいては、図4の最新データの回帰直線を使用した場合の線幅予想値を計算により算出したものを図6の線幅6b(四角のドットライン)に示す。これによれば、同じく16ロットともスペックはクリアしている。従来のフィードバック方法との違いは、最悪値が0.428μm(ロットI等)となっており、線幅誤差が改善されていることである。

0046

尚、ここで(5)、(6)式の演算において使用したパラメータは、次のようになっている。
フィードバックゲインA=1.0
参照ロット数N=5
加重移動平均の加重価Wi =1(重み付けなし)

0047

ところで本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは、重み付けに、加重価が単調減少する関数として一次関数を用いたが、ガウス関数など時問により加重価が単調に減少する関数であれば、一次関数に限定されない。なお、上記ガウス関数は標準偏差が大きくなると、近似的に一次関数と見なすことが可能である。

発明の効果

0048

以上説明したように、本発明によれば、回帰係数を加重移動平均により求めるので、回帰係数に加重価としてプロセス条件の時間的要因を導入することが可能となる。また、さらにこの回帰係数を基にしてフィードバック値を求めるアルゴリズムを加重移動平均により求めるので、アルゴリズムに加重価としてプロセス条件の時間要因を導入することが可能になる。そのため、数日あるいは数週間前に流れたロットのプロセスデータに基づいてフィードバック値を求めることが可能になるので、高精度のフィードバックを実現することが可能になる。さらに加重価に時間をパラメータとした重み付け係数を導入する方法によれば、さらに高精度のフィードバックを実現できる。よって、TATの短縮、再生ウエハの発生の減少等を実現することができるので、生産性の向上を図ることができる。それとともに、線幅精度の向上により素子の微細化、高集積化が可能になるとともにデバイス性能の向上が図ることができる。

図面の簡単な説明

0049

図1本発明の好ましい実施形態であるフィードバック方法によるリソグラフィー工程の説明図である。
図2ステッパのEQCデータの説明図である。
図3先行ウエハ法による製品ロットの重ね合わせ結果の説明図である。
図4本発明の好ましい実施形態であるフィードバック方法による線幅と露光量の関係を示す説明図である。
図5本発明の好ましい実施形態であるフィードバック方法による同一露光量での線幅の経時変化を示す説明図である。
図6本発明の好ましい実施形態であるフィードバック方法により露光した場合の予想線幅を示す説明図である。

--

0050

D・・・回帰係数、S1・・・加重移動平均による処理条件の決定

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