JPH06151297A - 光学エンドポイント検出を用いた全ウエハ臨界寸法監視処理による半導体ウエハ処理 - Google Patents
光学エンドポイント検出を用いた全ウエハ臨界寸法監視処理による半導体ウエハ処理Info
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- JPH06151297A JPH06151297A JP4165648A JP16564892A JPH06151297A JP H06151297 A JPH06151297 A JP H06151297A JP 4165648 A JP4165648 A JP 4165648A JP 16564892 A JP16564892 A JP 16564892A JP H06151297 A JPH06151297 A JP H06151297A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ウエハの臨界寸法の一様性を決定する方法及
び装置の提供。 【構成】 半導体ウエハ処理における臨界寸法の一様性
決定方法及び装置であり、ウエハ表面上のコーティング
の除去の進み具合を、この表面にわたって離間された複
数位置において、制御検出器及び監視検出器を含む複数
の光学エンドポイント検出器によって検出し、制御検出
器から制御プロセス完了時間を決定してこの完了時間に
おいてコーティングの除去を終了させ、個々の監視検出
器の出力から監視プロセス完了時間を決定し、監視プロ
セス完了時間を制御プロセス完了時間と比較することに
よって臨界寸法の一様性を決定するものである。
び装置の提供。 【構成】 半導体ウエハ処理における臨界寸法の一様性
決定方法及び装置であり、ウエハ表面上のコーティング
の除去の進み具合を、この表面にわたって離間された複
数位置において、制御検出器及び監視検出器を含む複数
の光学エンドポイント検出器によって検出し、制御検出
器から制御プロセス完了時間を決定してこの完了時間に
おいてコーティングの除去を終了させ、個々の監視検出
器の出力から監視プロセス完了時間を決定し、監視プロ
セス完了時間を制御プロセス完了時間と比較することに
よって臨界寸法の一様性を決定するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路デバイ
スの製造方法、更に言えば、ウエハ処理における光学エ
ンドポイント検出を使用して、臨界寸法の一様性性能を
ウエハにおいて決定する方法に関する。
スの製造方法、更に言えば、ウエハ処理における光学エ
ンドポイント検出を使用して、臨界寸法の一様性性能を
ウエハにおいて決定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＶＬＳＩデバイスの製造において、臨界
寸法の一様性は、作成するデバイスの電気性能全体にと
って重大である。トランジスタゲート等に対するライン
幅を仮に０．５ミクロンと決定した場合、最終的に完成
されたデバイスの実際のライン幅もそれと正確に一致し
たものでなければならず、また、ウエハ内の全てのデバ
イスで、更には多くのウエハの全てで、それは同一でな
ければならない。臨界寸法の一様性に変動が生じると、
所望のプロセスからずれが生じ、チップ製造の実効率
（歩留り）は減少し、またチップの最終性能も低下す
る。従って、半導体産業において、臨界寸法の一様性の
監視あるいは制御は非常に重要である。
寸法の一様性は、作成するデバイスの電気性能全体にと
って重大である。トランジスタゲート等に対するライン
幅を仮に０．５ミクロンと決定した場合、最終的に完成
されたデバイスの実際のライン幅もそれと正確に一致し
たものでなければならず、また、ウエハ内の全てのデバ
イスで、更には多くのウエハの全てで、それは同一でな
ければならない。臨界寸法の一様性に変動が生じると、
所望のプロセスからずれが生じ、チップ製造の実効率
（歩留り）は減少し、またチップの最終性能も低下す
る。従って、半導体産業において、臨界寸法の一様性の
監視あるいは制御は非常に重要である。
【０００３】臨界寸法の一様性の性能決定はかつて、測
定装置（つまり、走査電子顕微鏡即ちＳＥＭ、光学顕微
鏡、電気プローバー（prober) 等）を用いて行われきた
が、このような決定には全て、かなりの付加的な時間が
要求される。この付加的な処理時間のため、一般に、ウ
エハ対ウエハ、多数対多数及び、ウエハ内の全体にわた
るウエハ臨界寸法（以下、「全ウエハ臨界寸法」と呼
ぶ）の性能決定のための測定は、サンプルに対してのみ
行われていた（いまだ行われている）。この結果、ほと
んどのウエハは、臨界寸法性能を決定されずに処理さ
れ、次の処理段階へと送られる。臨界寸法を１００％決
定しないため、送られるウエハが潜在的に仕様外となる
可能性が生じるが、そのようなものは最終のウエハ検査
で電気性能不良として廃棄されてしまうだけである。こ
の結果、実効率は大幅に減少し、チップの製造コストは
かなり増大する。
定装置（つまり、走査電子顕微鏡即ちＳＥＭ、光学顕微
鏡、電気プローバー（prober) 等）を用いて行われきた
が、このような決定には全て、かなりの付加的な時間が
要求される。この付加的な処理時間のため、一般に、ウ
エハ対ウエハ、多数対多数及び、ウエハ内の全体にわた
るウエハ臨界寸法（以下、「全ウエハ臨界寸法」と呼
ぶ）の性能決定のための測定は、サンプルに対してのみ
行われていた（いまだ行われている）。この結果、ほと
んどのウエハは、臨界寸法性能を決定されずに処理さ
れ、次の処理段階へと送られる。臨界寸法を１００％決
定しないため、送られるウエハが潜在的に仕様外となる
可能性が生じるが、そのようなものは最終のウエハ検査
で電気性能不良として廃棄されてしまうだけである。こ
の結果、実効率は大幅に減少し、チップの製造コストは
かなり増大する。
【０００４】光学エンドポイント検出器（ＯＥＰＤ）
は、ウエハ対ウエハ、及び多数対多数の臨界寸法の一様
性性能を監視し、また制御するために開発された。光学
エンドポイント検出器の技術は、以下の刊行物に記載さ
れている：（１）Ｓ．Ｇｒｉｎｄｌｅ、Ｅ．Ｐａｖｅｌ
ｃｈｅｃｋ等による「Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ Ｆｈｒ
ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆ
ｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｄｕｒｉｎｇ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅ
ｎｔ」、第４回、年次試験及び測定世界博覧会の会報、
Ｓａｎｅ Ｊｏｓｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、１４〜１
６、１９８５年５月、（２）Ｍ．Ｔｈｏｍｓｏｎによる
「Ｉｎ−ｓｉｔｕ Ｄｅｖｅｌｏｐ Ｅｎｄ Ｐｏｉｎ
ｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ Ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ＣＤ
Ｖａｒｉａｎｃｅ」、集積回路度量衡学、検査及び、
処理コントロールIVのＳＰＩＥ会報、Ｓａｎｅ Ｊｏｓ
ｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、５〜６、１９９０年３月、
（３）Ｋ．Ｍ．Ｓａｕｔｔｅｒ、Ｍ．Ｈａ、Ｂａｔｈｅ
ｌｄｅｒ等による「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔ
ｉｏｎ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ａｎ Ｅｎｄ Ｐｏｉｎ
ｔ Ｍｏｎｉｔｏｔｏｒ」ＫＴＩインタェース '８８会
報、（４）Ｌ．Ｊ．Ｕｈｌｅｒによる「Ａｕｔｏｍａｔ
ｉｃ Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔ
ｅｍ」、集積回路度量衡学、検査及び、処理コントロー
ルのＳＰＩＥ会報、Ｓａｎ Ｊｏｓｅ、Ｃａｌｉｆｏｒ
ｎｉａ、１９８７年。これらの光学エンドポイント検出
器による検出は、現像中のホトレジストのある一つの領
域に光源を向け、このホトレジストの上部及び基層から
反射する光によって生じた干渉パターンを監視すること
によって行われる。この装置は、臨界寸法の一様性の監
視及び制御に大きな改善をもたらす。
は、ウエハ対ウエハ、及び多数対多数の臨界寸法の一様
性性能を監視し、また制御するために開発された。光学
エンドポイント検出器の技術は、以下の刊行物に記載さ
れている：（１）Ｓ．Ｇｒｉｎｄｌｅ、Ｅ．Ｐａｖｅｌ
ｃｈｅｃｋ等による「Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ Ｆｈｒ
ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆ
ｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｄｕｒｉｎｇ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅ
ｎｔ」、第４回、年次試験及び測定世界博覧会の会報、
Ｓａｎｅ Ｊｏｓｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、１４〜１
６、１９８５年５月、（２）Ｍ．Ｔｈｏｍｓｏｎによる
「Ｉｎ−ｓｉｔｕ Ｄｅｖｅｌｏｐ Ｅｎｄ Ｐｏｉｎ
ｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ Ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ＣＤ
Ｖａｒｉａｎｃｅ」、集積回路度量衡学、検査及び、
処理コントロールIVのＳＰＩＥ会報、Ｓａｎｅ Ｊｏｓ
ｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、５〜６、１９９０年３月、
（３）Ｋ．Ｍ．Ｓａｕｔｔｅｒ、Ｍ．Ｈａ、Ｂａｔｈｅ
ｌｄｅｒ等による「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔ
ｉｏｎ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ａｎ Ｅｎｄ Ｐｏｉｎ
ｔ Ｍｏｎｉｔｏｔｏｒ」ＫＴＩインタェース '８８会
報、（４）Ｌ．Ｊ．Ｕｈｌｅｒによる「Ａｕｔｏｍａｔ
ｉｃ Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔ
ｅｍ」、集積回路度量衡学、検査及び、処理コントロー
ルのＳＰＩＥ会報、Ｓａｎ Ｊｏｓｅ、Ｃａｌｉｆｏｒ
ｎｉａ、１９８７年。これらの光学エンドポイント検出
器による検出は、現像中のホトレジストのある一つの領
域に光源を向け、このホトレジストの上部及び基層から
反射する光によって生じた干渉パターンを監視すること
によって行われる。この装置は、臨界寸法の一様性の監
視及び制御に大きな改善をもたらす。
【０００５】しかしながら、光学エンドポイント検出器
を用いたとしても、全ウエハ臨界寸法の性能はいまだ知
られておらず、直接的な測定装置が未だ必要とされる。
本発明は、光学エンドポイント検出のために、ウエハ内
の全体にわたって多数点を同時に監視することによる全
ウエハ臨界寸法一様性性能のための監視能力を付加し、
これによってウエハ対ウエハ、及び多数対多数技術を強
化することを目的とする。
を用いたとしても、全ウエハ臨界寸法の性能はいまだ知
られておらず、直接的な測定装置が未だ必要とされる。
本発明は、光学エンドポイント検出のために、ウエハ内
の全体にわたって多数点を同時に監視することによる全
ウエハ臨界寸法一様性性能のための監視能力を付加し、
これによってウエハ対ウエハ、及び多数対多数技術を強
化することを目的とする。
【０００６】全ウエハ臨界寸法の一様性性能が与えられ
た場合、多数の利点が実現されるであろう。即ち、
（１）サンプルウエハに対してだけでなく、処理される
全てのウエハに対して、全ウエハ臨界寸法性能インサイ
ト(in-situ) を決定する能力、（２）検出されずにその
後の処理に送られてしまうような仕様外のウエハの減少
又は除去、（３）ＳＥＭ等を使用して直接的な臨界寸法
測定を行った後に行う処理の減少又は除去、（４）チッ
プ製造コストの減少、である。
た場合、多数の利点が実現されるであろう。即ち、
（１）サンプルウエハに対してだけでなく、処理される
全てのウエハに対して、全ウエハ臨界寸法性能インサイ
ト(in-situ) を決定する能力、（２）検出されずにその
後の処理に送られてしまうような仕様外のウエハの減少
又は除去、（３）ＳＥＭ等を使用して直接的な臨界寸法
測定を行った後に行う処理の減少又は除去、（４）チッ
プ製造コストの減少、である。
【０００７】故に、本発明の目的は、ウエハの実際の処
理中に、全ウエハ臨界寸法の一様性性能を決定可能とす
ることにある。また、この情報は、直接的な臨界寸法測
定を必要とせずに、サンプルのみならず処理されたウエ
ハの全てに対して決定される。この結果、臨界寸法測定
後の処理が減少されまた除去されるのと同様に、特に示
されたウエハの選択的な検査によって生じる検査の総時
間が減少されるため、ウエハ処理全体の実効率は増大す
る。更に、この結果、臨界寸法測定装置に対する主な経
費を減少させることができる。
理中に、全ウエハ臨界寸法の一様性性能を決定可能とす
ることにある。また、この情報は、直接的な臨界寸法測
定を必要とせずに、サンプルのみならず処理されたウエ
ハの全てに対して決定される。この結果、臨界寸法測定
後の処理が減少されまた除去されるのと同様に、特に示
されたウエハの選択的な検査によって生じる検査の総時
間が減少されるため、ウエハ処理全体の実効率は増大す
る。更に、この結果、臨界寸法測定装置に対する主な経
費を減少させることができる。
【０００８】今日では、処理が完了した後に行われる直
接的な測定でしか、全ウエハ臨界寸法の一様性性能の決
定を行うことができない。現在用いられている装置によ
っては、全ウエハ臨界寸法の一様性性能の決定を、ウエ
ハを処理している間に行なうことはできないのである。
また、上述の刊行物に記述されているような光学エンド
ポイント検出器は、ウエハ対ウエハ及び多数対多数臨界
寸法を予め決定し且つ制御する能力は備えているが、全
ウエハ臨界寸法の一様性性能を予め決定する能力は備え
ていない。このため、本発明がなされる以前の今日の技
術では、全ウエハ臨界寸法の一様性性能を、光学エンド
ポイント検出器を用いて決定することはできないのであ
る。
接的な測定でしか、全ウエハ臨界寸法の一様性性能の決
定を行うことができない。現在用いられている装置によ
っては、全ウエハ臨界寸法の一様性性能の決定を、ウエ
ハを処理している間に行なうことはできないのである。
また、上述の刊行物に記述されているような光学エンド
ポイント検出器は、ウエハ対ウエハ及び多数対多数臨界
寸法を予め決定し且つ制御する能力は備えているが、全
ウエハ臨界寸法の一様性性能を予め決定する能力は備え
ていない。このため、本発明がなされる以前の今日の技
術では、全ウエハ臨界寸法の一様性性能を、光学エンド
ポイント検出器を用いて決定することはできないのであ
る。
【０００９】
【発明の概要】本発明は、半導体ウエハ処理における臨
界寸法の一様性決定装置及び方法に関するものであり、 ａ）ウエハ表面上のコーティングの除去の進み具合を、
この表面にわたって離間された複数位置において、その
中の１つは制御検出器であり且つその中の少なくとも１
つは監視検出器であるような複数の光学エンドポイント
検出器によって検出する段階と、 ｂ）前記制御検出器から制御プロセス完了時間を決定
し、前記完了時間において前記コーティングの除去を終
了させる段階と、 ｃ）個々の前記監視検出器の出力から監視プロセス完了
時間を決定する段階と、 ｄ）前記監視プロセス完了時間を前記制御プロセス完了
時間と比較する段階とを備える。
界寸法の一様性決定装置及び方法に関するものであり、 ａ）ウエハ表面上のコーティングの除去の進み具合を、
この表面にわたって離間された複数位置において、その
中の１つは制御検出器であり且つその中の少なくとも１
つは監視検出器であるような複数の光学エンドポイント
検出器によって検出する段階と、 ｂ）前記制御検出器から制御プロセス完了時間を決定
し、前記完了時間において前記コーティングの除去を終
了させる段階と、 ｃ）個々の前記監視検出器の出力から監視プロセス完了
時間を決定する段階と、 ｄ）前記監視プロセス完了時間を前記制御プロセス完了
時間と比較する段階とを備える。
【００１０】本発明の一実施例によれば、半導体デバイ
スの製造過程における全ウエハ臨界寸法の一様性性能の
監視処理は、ウエハ表面全体における複数の位置におい
て多数の光学エンドポイント検出器を使用する。これら
のエンドポイントの中の１つはプロセス制御のために用
いられる。この位置においてエンドポイントが到達した
ときにプロセス完了時間が計算され、この完了時間が処
理装置を制御するために使用される。例えば、監視され
ている処理段階がホトレジストの現像である場合には、
制御位置に対して検出されたエンドポイントから引き出
された計算された完了時間に基づいて現像作業が終了さ
れる。他の位置は全ウエハ性能を監視するために用いら
れる。これら他の光学検出器の出力は各々、個々の監視
位置に対するエンドポイントを決定するために用いられ
る。更に、これらのエンドポイントは、制御エンドポイ
ントと比較され、こうして全ウエハ寸法性能及び仕様に
対する適合が決定される。こうして、これらのウエハが
限界外である場合には、それを示すことできるため、そ
の後の段階を処理する必要はなくなる。
スの製造過程における全ウエハ臨界寸法の一様性性能の
監視処理は、ウエハ表面全体における複数の位置におい
て多数の光学エンドポイント検出器を使用する。これら
のエンドポイントの中の１つはプロセス制御のために用
いられる。この位置においてエンドポイントが到達した
ときにプロセス完了時間が計算され、この完了時間が処
理装置を制御するために使用される。例えば、監視され
ている処理段階がホトレジストの現像である場合には、
制御位置に対して検出されたエンドポイントから引き出
された計算された完了時間に基づいて現像作業が終了さ
れる。他の位置は全ウエハ性能を監視するために用いら
れる。これら他の光学検出器の出力は各々、個々の監視
位置に対するエンドポイントを決定するために用いられ
る。更に、これらのエンドポイントは、制御エンドポイ
ントと比較され、こうして全ウエハ寸法性能及び仕様に
対する適合が決定される。こうして、これらのウエハが
限界外である場合には、それを示すことできるため、そ
の後の段階を処理する必要はなくなる。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明の方法で使用することができ
る光学エンドポイントメカニズムを示す。半導体ウエハ
１０の小部分が示されており、ウエハ上にはホトレジス
ト１１のコーティングがなされている。ウエハのこの一
般的な構造は、直径数インチのウエハにおいて数百回、
あるいは数千回繰り返され、図示された部分は幅数ミク
ロンのしかない。このコーティング１１はマスクを通じ
て露光され、いくつかの所望パターンが形成される。こ
の結果、露光されない部分１２と露光された部分１３が
残る。露光後、ウエハに対し、ホトレジストの露光部分
１３を溶解させる現像溶液が付与され、これによりレジ
ストが現像される。この結果、露光されないホトレジス
ト部分１２が、例えば、酸化物、ニトリド、ポリシリコ
ンあるいは金属からなる下方層１４をエッチングするた
めのマスク、あるいは注入マスクとして使用されるよう
な位置に残る。光による露光の光学処理においては、部
分１３の中央部分１４がより重く露光されるため、部分
１３のエッジにより近い部分１５よりもより早く現像が
行われる。ライン幅Ｌを、例えば仮に０，５ミクロンと
決定していた場合でも、露光オプチックス、現像速度、
現像液内におけるウエハの滞在時間、及び処理中の様々
なパラメータのため、光学処理等によって生じたホトレ
ジストマスクは０．５ミクロン以下またはそれ以上とな
ってしまうであろう。図２のａ〜ｃに示したように、ホ
トレジストの領域１３の現像（その結果、除去される）
は、最も露光が行われた中央においてまず初めに進行
し、図２のｂの下方層に到達し、その後、その周辺部に
向かって側面の壁を除去するようにして進行する。ウエ
ハが現像液内に充分に長い時間滞在した場合、ホトレジ
ストは除去されるが、露光された部分と露光されない部
分間のエッジをも通り越してしまうこともある。故に、
本発明の目的は、予め仮定したものと矛盾しないライン
幅を作り出すことであり、これが光学エンドポイント検
出メカニズムが必要となる理由である。エンドポイント
検出を用いない場合は、実験結果に基づいたデータを基
にして現像時間を予め決定し、ウエハの製造処理が完了
し且つ既知の現像回数に対してライン幅の機械測定を行
った後に、その後行われるバッチに対する時間を調整す
る必要がある。
る光学エンドポイントメカニズムを示す。半導体ウエハ
１０の小部分が示されており、ウエハ上にはホトレジス
ト１１のコーティングがなされている。ウエハのこの一
般的な構造は、直径数インチのウエハにおいて数百回、
あるいは数千回繰り返され、図示された部分は幅数ミク
ロンのしかない。このコーティング１１はマスクを通じ
て露光され、いくつかの所望パターンが形成される。こ
の結果、露光されない部分１２と露光された部分１３が
残る。露光後、ウエハに対し、ホトレジストの露光部分
１３を溶解させる現像溶液が付与され、これによりレジ
ストが現像される。この結果、露光されないホトレジス
ト部分１２が、例えば、酸化物、ニトリド、ポリシリコ
ンあるいは金属からなる下方層１４をエッチングするた
めのマスク、あるいは注入マスクとして使用されるよう
な位置に残る。光による露光の光学処理においては、部
分１３の中央部分１４がより重く露光されるため、部分
１３のエッジにより近い部分１５よりもより早く現像が
行われる。ライン幅Ｌを、例えば仮に０，５ミクロンと
決定していた場合でも、露光オプチックス、現像速度、
現像液内におけるウエハの滞在時間、及び処理中の様々
なパラメータのため、光学処理等によって生じたホトレ
ジストマスクは０．５ミクロン以下またはそれ以上とな
ってしまうであろう。図２のａ〜ｃに示したように、ホ
トレジストの領域１３の現像（その結果、除去される）
は、最も露光が行われた中央においてまず初めに進行
し、図２のｂの下方層に到達し、その後、その周辺部に
向かって側面の壁を除去するようにして進行する。ウエ
ハが現像液内に充分に長い時間滞在した場合、ホトレジ
ストは除去されるが、露光された部分と露光されない部
分間のエッジをも通り越してしまうこともある。故に、
本発明の目的は、予め仮定したものと矛盾しないライン
幅を作り出すことであり、これが光学エンドポイント検
出メカニズムが必要となる理由である。エンドポイント
検出を用いない場合は、実験結果に基づいたデータを基
にして現像時間を予め決定し、ウエハの製造処理が完了
し且つ既知の現像回数に対してライン幅の機械測定を行
った後に、その後行われるバッチに対する時間を調整す
る必要がある。
【００１２】図１の光学エンドポイント検出メカニズム
は、ホトレジスト１３の上部表面を反射し更に下方層を
も反射するようなビーム１８を発生する単色の光源１７
を使用して、ホト検出器１９に到達するような２つの干
渉ビームを作り出す。干渉はこのようにして検出器２０
の出力からプロセッサ、即ちＣＰＵによって作り出され
る。この干渉は図３に示すような形態をしているであろ
う（これは作り出された出力の単なる一例である）。検
出された強度が現像時間の関数として、グラフ２１に曲
線で描かれている。この例において、干渉パターンは、
図１、２ａ、２ｂ及び２ｃの部分１３の形態を通じて進
行していく現像と同じように変化する。この変化は、部
分１３が下方向に除去され、線２２によって示されるよ
うな一定の強度が作り出される基層に至るまで続く。ウ
エハが現像液を受ける間、ホト検出器１９の出力を監視
することにより、ホトレジストを実際に除去した場合の
測定結果をリアルタイムで得ることができる。この結
果、より正確なエンドポイントが検出され、例えばＣＰ
Ｕの制御下にあるプロセス制御装置によって、ウエハを
現像液からいつ取り除くかを決定するために使用するこ
とができる。
は、ホトレジスト１３の上部表面を反射し更に下方層を
も反射するようなビーム１８を発生する単色の光源１７
を使用して、ホト検出器１９に到達するような２つの干
渉ビームを作り出す。干渉はこのようにして検出器２０
の出力からプロセッサ、即ちＣＰＵによって作り出され
る。この干渉は図３に示すような形態をしているであろ
う（これは作り出された出力の単なる一例である）。検
出された強度が現像時間の関数として、グラフ２１に曲
線で描かれている。この例において、干渉パターンは、
図１、２ａ、２ｂ及び２ｃの部分１３の形態を通じて進
行していく現像と同じように変化する。この変化は、部
分１３が下方向に除去され、線２２によって示されるよ
うな一定の強度が作り出される基層に至るまで続く。ウ
エハが現像液を受ける間、ホト検出器１９の出力を監視
することにより、ホトレジストを実際に除去した場合の
測定結果をリアルタイムで得ることができる。この結
果、より正確なエンドポイントが検出され、例えばＣＰ
Ｕの制御下にあるプロセス制御装置によって、ウエハを
現像液からいつ取り除くかを決定するために使用するこ
とができる。
【００１３】現像処理は、２つの成分に分割されると考
えられる。一方は、ウエハの表面に対して垂直の関係
（ｔc ）にあるもの、もう一方は、ウエハの表面に対し
て横方向の関係（αｔc ）にあるものである。垂直時間
とは、ホトレジストが中央領域を除去するまでの、中央
部分１４が図２のａに示すように除去される間の時間を
いい、横方向部分は、側面の壁が図２のｃに示すように
して除去される間の時間をいう。現像時間ｔd の総計は
次のようにして表すことができる。
えられる。一方は、ウエハの表面に対して垂直の関係
（ｔc ）にあるもの、もう一方は、ウエハの表面に対し
て横方向の関係（αｔc ）にあるものである。垂直時間
とは、ホトレジストが中央領域を除去するまでの、中央
部分１４が図２のａに示すように除去される間の時間を
いい、横方向部分は、側面の壁が図２のｃに示すように
して除去される間の時間をいう。現像時間ｔd の総計は
次のようにして表すことができる。
【００１４】ｔd ＝ｔc ＋αｔc ファクタαは、露光変化、レンズの回折特性、及び現像
処理の反応メカニズムの関数である。垂直成分ｔc は上
述のように、図１の検出器を使用することによってリア
ルタイムで測定することができ、一方、横方向成分は、
ｔc 及び実験結果に基づくデータを基にして予め決定す
ることが可能である。こうして、リアルタイムフィード
バック制御を得ることが可能となる。ウエハ処理中の現
像サイクルを終了するために、これらの関係を基にして
アルゴリズムが選択されるため、以前の線幅の制御がよ
り改善される。
処理の反応メカニズムの関数である。垂直成分ｔc は上
述のように、図１の検出器を使用することによってリア
ルタイムで測定することができ、一方、横方向成分は、
ｔc 及び実験結果に基づくデータを基にして予め決定す
ることが可能である。こうして、リアルタイムフィード
バック制御を得ることが可能となる。ウエハ処理中の現
像サイクルを終了するために、これらの関係を基にして
アルゴリズムが選択されるため、以前の線幅の制御がよ
り改善される。
【００１５】図１〜３に示した光学エンドポイント検出
は、ある１つのウエハ位置を監視してエンドポイント処
理を決定するために用いられ、これによってウエハ対ウ
エハ、及び多数対多数の臨界寸法性能を予め決定し且つ
制御する。これらの方法は、ある１つのウエハ位置に対
するプロセス性能を予め決定することに制限され、ある
ウエハ全体における性能を予め決定することはできな
い。ウエハ対ウエハ及び多数対多数と同様に、プロセス
反応速度によってウエハの形態に変化が生じることがあ
るため、製造の実効率を改善するためにも、ウエハ全体
におけるプロセス性能を決定（可能ならば、制御）する
ことは有用である。本発明によれば、全ウエハ臨界寸法
の一様性性能が、多数のウエハ位置を監視することによ
って決定される。
は、ある１つのウエハ位置を監視してエンドポイント処
理を決定するために用いられ、これによってウエハ対ウ
エハ、及び多数対多数の臨界寸法性能を予め決定し且つ
制御する。これらの方法は、ある１つのウエハ位置に対
するプロセス性能を予め決定することに制限され、ある
ウエハ全体における性能を予め決定することはできな
い。ウエハ対ウエハ及び多数対多数と同様に、プロセス
反応速度によってウエハの形態に変化が生じることがあ
るため、製造の実効率を改善するためにも、ウエハ全体
におけるプロセス性能を決定（可能ならば、制御）する
ことは有用である。本発明によれば、全ウエハ臨界寸法
の一様性性能が、多数のウエハ位置を監視することによ
って決定される。
【００１６】図４を参照すれば、図１のようにして処理
されたウエハ２４が、位置２５、２、２７で監視され、
個々の監視位置において、図１に示した光学エンドポイ
ント検出器を備える。光学エンドポイント検出器は、検
出器２０と共に、光源１７、ホト検出器１９を備え、Ｃ
ＰＵに入力を与える。これらの位置の１つ、例えば中央
位置２５は、上で述べたように、プロセス制御器を用い
てウエハ処理を監視し且つ制御するために使用される。
残りの位置２６、２７は、全ウエハ臨界寸法の一様性性
能を決定するために用いられる。図５を参照すれば、そ
の手順を示す流れ図が示されている。図５の２つの系
は、独立にではなく、同時に処理される並列経路であ
る。
されたウエハ２４が、位置２５、２、２７で監視され、
個々の監視位置において、図１に示した光学エンドポイ
ント検出器を備える。光学エンドポイント検出器は、検
出器２０と共に、光源１７、ホト検出器１９を備え、Ｃ
ＰＵに入力を与える。これらの位置の１つ、例えば中央
位置２５は、上で述べたように、プロセス制御器を用い
てウエハ処理を監視し且つ制御するために使用される。
残りの位置２６、２７は、全ウエハ臨界寸法の一様性性
能を決定するために用いられる。図５を参照すれば、そ
の手順を示す流れ図が示されている。図５の２つの系
は、独立にではなく、同時に処理される並列経路であ
る。
【００１７】ウエハ処理は、ホトレジストの現像が開始
されたときに始まり、図５のブロック２８によって示さ
れるように、図１の光学エンドポイント検出器をトリガ
して図３の出力を作り出す。制御系では、エンドポイン
トはブロック２９で検出され、つまり、ホトレジストが
基層に至るまでの全ての途で取り除かれ、図３の線２２
によって示される位置に至る。この間、これらのエンド
ポイントはブロック３０に示すように、制御系と同時
に、またはそれよりも早く、またはそれよりも遅く、他
の監視位置２６、２７に対して検出される。ブロック３
１に示されるように、プロセス時間の総計が、実験結果
に基づくデータを用いてファクタαに関して予め算定さ
れた公式を基に、制御系に対して計算される。その後、
ウエハ処理がブロック３１の結果を用いて制御され、ブ
ロック３２に示すようにして、プロセス時間の総計、つ
まり現像をいつ中止するかが決定される。監視系では、
ブロック３３に示されるように、監視位置２６、２７の
各々に対する（ブロック３０からの）エンドポイントが
（ブロック２９からの）制御位置２５から検出されたエ
ンドポイントと比較され、ウエハ全体におけるプロセス
の変化が決定される。これらのウエハ全体における変化
は各々比較され、ブロック３４に示されるようにプロセ
ス限界を予め設定する。プロセス変化は個々のウエハに
対して報告され、もしその限界を越えた場合には、ブロ
ック３５に示されるように、限界外となったウエハが示
される。このウエハに対する処理はブロック３６で終了
される。
されたときに始まり、図５のブロック２８によって示さ
れるように、図１の光学エンドポイント検出器をトリガ
して図３の出力を作り出す。制御系では、エンドポイン
トはブロック２９で検出され、つまり、ホトレジストが
基層に至るまでの全ての途で取り除かれ、図３の線２２
によって示される位置に至る。この間、これらのエンド
ポイントはブロック３０に示すように、制御系と同時
に、またはそれよりも早く、またはそれよりも遅く、他
の監視位置２６、２７に対して検出される。ブロック３
１に示されるように、プロセス時間の総計が、実験結果
に基づくデータを用いてファクタαに関して予め算定さ
れた公式を基に、制御系に対して計算される。その後、
ウエハ処理がブロック３１の結果を用いて制御され、ブ
ロック３２に示すようにして、プロセス時間の総計、つ
まり現像をいつ中止するかが決定される。監視系では、
ブロック３３に示されるように、監視位置２６、２７の
各々に対する（ブロック３０からの）エンドポイントが
（ブロック２９からの）制御位置２５から検出されたエ
ンドポイントと比較され、ウエハ全体におけるプロセス
の変化が決定される。これらのウエハ全体における変化
は各々比較され、ブロック３４に示されるようにプロセ
ス限界を予め設定する。プロセス変化は個々のウエハに
対して報告され、もしその限界を越えた場合には、ブロ
ック３５に示されるように、限界外となったウエハが示
される。このウエハに対する処理はブロック３６で終了
される。
【００１８】光学エンドポイント検出により、最終的な
ウエハ臨界寸法を予め正確に決定することができるた
め、複数の監視位置を「既知の臨界寸法」制御位置２５
と容易に比較し、プロセス変化、即ち、全ウエハ臨界寸
法の一様性性能を決定することが可能となる。この情報
は、（１）多数の処理においてウエハを識別すること、
但し、これらのウエハは、臨界寸法によって記憶される
ことができる、（２）プロセスの安定性を監視するこ
と、但し、時間を伴うプロセス性能が監視されること、
（３）以前は必要とされた幾つかのあるいは全ての直接
臨界寸法測定を置き換えること、（４）プロセス技術を
改良し、ウエハにおける変化を安定させること、に用い
ることができる。
ウエハ臨界寸法を予め正確に決定することができるた
め、複数の監視位置を「既知の臨界寸法」制御位置２５
と容易に比較し、プロセス変化、即ち、全ウエハ臨界寸
法の一様性性能を決定することが可能となる。この情報
は、（１）多数の処理においてウエハを識別すること、
但し、これらのウエハは、臨界寸法によって記憶される
ことができる、（２）プロセスの安定性を監視するこ
と、但し、時間を伴うプロセス性能が監視されること、
（３）以前は必要とされた幾つかのあるいは全ての直接
臨界寸法測定を置き換えること、（４）プロセス技術を
改良し、ウエハにおける変化を安定させること、に用い
ることができる。
【００１９】現在用いられている技術に代えて、本発明
を用いることにより、全ウエハ臨界寸法の一様性性能の
決定にいくつかの利点がもたらされる。第一に、選択さ
れた試験用のウエハだけでなく、全てのウエハについて
臨界寸法の一様性性能を決定するため、最終的に行われ
るウエハ検査で廃棄されるウエハが減少することであ
る。なぜなら、限界外となったウエハは、残りのプロセ
スで処理されないからである。第二に、直接臨界測定の
必要性（ＳＥＭ等による）が減少することにより、ウエ
ハ処理のスループットが増大し、その一方、直接臨界寸
法測定装置に必要とされる主な費用が減少することであ
る（６００，０００ドルから、うまくいけば１万ドルを
越える範囲で可能である）。第三に、インサイト全ウエ
ハプロセス変化が診断され、全ウエハ性能を改善するた
めのプロセス技術の開発時間が減少することである。第
四に、ウエハプロセス開発及び製造の実効率を全体とし
て増加させることができることである。
を用いることにより、全ウエハ臨界寸法の一様性性能の
決定にいくつかの利点がもたらされる。第一に、選択さ
れた試験用のウエハだけでなく、全てのウエハについて
臨界寸法の一様性性能を決定するため、最終的に行われ
るウエハ検査で廃棄されるウエハが減少することであ
る。なぜなら、限界外となったウエハは、残りのプロセ
スで処理されないからである。第二に、直接臨界測定の
必要性（ＳＥＭ等による）が減少することにより、ウエ
ハ処理のスループットが増大し、その一方、直接臨界寸
法測定装置に必要とされる主な費用が減少することであ
る（６００，０００ドルから、うまくいけば１万ドルを
越える範囲で可能である）。第三に、インサイト全ウエ
ハプロセス変化が診断され、全ウエハ性能を改善するた
めのプロセス技術の開発時間が減少することである。第
四に、ウエハプロセス開発及び製造の実効率を全体とし
て増加させることができることである。
【００２０】ホトレジストコーティング１１の現像との
関係で本発明の方法について説明したが、本発明の特徴
は、半導体製造で用いられる他の物質に対する全ウエハ
臨界寸法監視処理にも同様に有用であることが理解され
る。例えば、本発明の方法を、酸化物コーティング、ポ
リシリコンあるいはシリコン層、シリコンニトリド層、
あるいは金属層のための臨界寸法性能を監視するために
用いることができる。これらの状態において、エンドポ
イントは、現像というよりはむしろ物質のエッチングに
ついて監視される。物質がビーム１８に対して透過でな
ければ、エンドポイントは例えば検出器の出力における
ピークによって検出されるだろう。層を進行するエッチ
ングを行っている際、検出器からの出力は、上昇あるい
は下降レベルであり、その後、下に存在する物質に到達
したときにピークあるいは平らな領域となる。
関係で本発明の方法について説明したが、本発明の特徴
は、半導体製造で用いられる他の物質に対する全ウエハ
臨界寸法監視処理にも同様に有用であることが理解され
る。例えば、本発明の方法を、酸化物コーティング、ポ
リシリコンあるいはシリコン層、シリコンニトリド層、
あるいは金属層のための臨界寸法性能を監視するために
用いることができる。これらの状態において、エンドポ
イントは、現像というよりはむしろ物質のエッチングに
ついて監視される。物質がビーム１８に対して透過でな
ければ、エンドポイントは例えば検出器の出力における
ピークによって検出されるだろう。層を進行するエッチ
ングを行っている際、検出器からの出力は、上昇あるい
は下降レベルであり、その後、下に存在する物質に到達
したときにピークあるいは平らな領域となる。
【００２１】特定の実施例を参照して本発明を記述して
きたが、この記述によって本発明を限定しようとするも
のではない。この記述された実施例の種々の変形が、本
発明の他の実施例と同様、当業者には明かであろう。故
に、特許請求の範囲は、本発明の真に意図する範囲を逸
脱することなく、このような変形や実施例をカバーする
ものである。
きたが、この記述によって本発明を限定しようとするも
のではない。この記述された実施例の種々の変形が、本
発明の他の実施例と同様、当業者には明かであろう。故
に、特許請求の範囲は、本発明の真に意図する範囲を逸
脱することなく、このような変形や実施例をカバーする
ものである。
【図１】本発明の方法で用いることができる光学エンド
ポイント検出器を示す図。
ポイント検出器を示す図。
【図２】図１に示した半導体ウエハの小部分をホトレジ
ストの現像プロセスにおける連続段階で示した図。
ストの現像プロセスにおける連続段階で示した図。
【図３】図１のメカニズムに現れた検出出力を時間の関
数として描いた検出器出力の一例を示すタイミング図。
数として描いた検出器出力の一例を示すタイミング図。
【図４】全ウエハ監視処理のために複数の光学エンドポ
イント検出器を有するような本発明の一実施例による半
導体ウエハの平面図。
イント検出器を有するような本発明の一実施例による半
導体ウエハの平面図。
【図５】本発明の一実施例による半導体ウエハ処理方法
の流れ図。
の流れ図。
１０ 半導体ウエハ １１ コーティング １２ 露光されなかった部分 １３ 露光された部分
Claims (11)
- 【請求項１】 半導体ウエハ処理における臨界寸法の一
様性決定方法において、 ａ）ウエハ表面上のコーティングの除去の進み具合を、
この表面にわたって離間された複数位置において、その
中の１つは制御検出器であり且つその中の少なくとも１
つは監視検出器であるような複数の光学エンドポイント
検出器によって検出する段階と、 ｂ）前記制御検出器から制御プロセス完了時間を決定
し、前記完了時間において前記コーティングの除去を終
了させる段階と、 ｃ）個々の前記監視検出器の出力から監視プロセス完了
時間を決定する段階と、 ｄ）前記監視プロセス完了時間を前記制御プロセス完了
時間と比較する段階と、を備えることを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記比較
によって決定された前記プロセス完了時間における差を
報告する段階を含む方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の方法において、前記監視
検出器の少なくとも２つが存在し、前記監視検出器の各
々に対して監視プロセス完了時間を決定する段階を含ん
でおり、前記コーティングはホトレジストであり、前記
除去は前記ホトレジストの除去である方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の方法において、前記検出
段階は、現像されるホトレジスト領域に単色の光源を向
ける段階と、前記ホトレジストの表面から及び前記ホト
レジスト下方のウエハの表面から反射された光中の干渉
パターンを観察する段階を含む方法。 - 【請求項５】 半導体ウエハ処理における臨界寸法の一
様性決定装置において、 ａ）半導体ウエハ表面上のコーティングの除去の進み具
合を検出するために前記表面にわたって離間された複数
位置に存在し、その中の１つは制御検出器であり且つそ
の中の少なくとも１つは監視検出器であるような複数の
光学エンドポイント検出器と、 ｂ）前記制御検出器から制御プロセス完了時間を決定
し、前記完了時間において前記コーティングの除去を終
了させる手段と、 ｃ）個々の前記監視検出器の出力から監視プロセス完了
時間を決定する手段と、 ｄ）前記監視プロセス完了時間を前記制御プロセス完了
時間と比較する手段と、を備えることを特徴とする装
置。 - 【請求項６】 請求項５記載の装置において、前記比較
によって決定された前記プロセス完了時間における差を
報告する手段を含んでおり、前記監視検出器の少なくと
も２つが存在し、監視プロセス完了時間は前記監視検出
器の各々に対して決定され、更に、前記コーティングは
ホトレジストであり、前記除去は前記ホトレジストの除
去である装置。 - 【請求項７】 請求項６記載の装置において、前記検出
器は現像されるホトレジスト領域に単色の光源を向ける
手段と、前記ホトレジストの表面から及び前記ホトレジ
スト下方のウエハの表面から反射された光中の干渉パタ
ーンを観察する手段とを含む方法。 - 【請求項８】 半導体デバイスの製造方法において、 ａ）半導体基層の表面にホトレジストのコーティングを
与え、マスクを通じて前記表面を放射にさらしてパター
ンを形成する段階と、 ｂ）前記表面に現像液を与えて前記ホトレジストを現像
する段階と、 ｃ）前記ホトレジストの現像の進み具合を前記表面にわ
たって離間された複数位置における複数の光学エンドポ
イント検出器によって検出する段階であって、前記検出
器の１つは制御検出器であり且つ前記検出器の少なくと
も１つは監視検出器であるような段階と、 ｄ）前記制御検出器の出力から制御プロセス完了時間を
決定し、前記完了時間に基づいて現像液を与える前記段
階を終了させる段階と、 ｅ）前記監視検出器の出力から監視プロセス完了時間を
検出する段階と、 ｆ）前記監視プロセス完了時間を前記制御プロセス完了
時間と比較する段階と、を備えることを特徴とする方
法。 - 【請求項９】 請求項８記載の方法において、前記比較
によって決定された前記プロセス完了時間における差を
報告する段階を含み、前記監視検出器の少なくとも２つ
が存在し、監視プロセス完了時間が前記監視検出器の各
々に対して決定され、更に、前記検出段階は、現像され
るホトレジストの領域に単色光のビームを向ける段階
と、前記ホトレジストの表面から及び前記ホトレジスト
下方のウエハの表面から反射された光中の干渉パターン
を観察する段階とを含む方法。 - 【請求項１０】 半導体デバイスの製造装置において、 ａ）半導体基層の表面にホトレジストのコーティングを
与え、マスクを通じて前記表面を放射にさらしてパター
ンを形成する手段と、 ｂ）前記表面に現像液を与えて前記ホトレジストを現像
する手段と、 ｃ）前記ホトレジストの現像の進み具合を検出するため
に前記表面にわたって離間された複数位置に存在し、そ
の中の１つは制御検出器であり且つその中の少なくとも
１つは監視検出器であるような複数の光学エンドポイン
ト検出器と、 ｄ）前記制御検出器の出力から制御プロセス完了時間を
決定し、前記完了時間に基づいて現像液を与える前記段
階を終了させる手段と、 ｅ）前記監視検出器の出力から監視プロセス完了時間を
検出する手段と、 ｆ）前記監視プロセス完了時間を前記制御プロセス完了
時間と比較する手段と、を備えることを特徴とする装
置。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の装置において、前記
比較によって決定された前記プロセス完了時間における
差を報告する手段を含み、前記監視検出器の少なくとも
２つが存在し、監視プロセス完了時間が前記監視検出器
の各々に対して決定され、更に、前記検出器は、現像さ
れるホトレジストの領域に単色光のビームを向ける手段
と、前記ホトレジストの表面から及び前記ホトレジスト
下方のウエハの表面から反射された光中の干渉パターン
を観察する手段とを含む装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US72119391A | 1991-06-26 | 1991-06-26 | |
| US07/721193 | 1991-06-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151297A true JPH06151297A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=24896932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4165648A Pending JPH06151297A (ja) | 1991-06-26 | 1992-06-24 | 光学エンドポイント検出を用いた全ウエハ臨界寸法監視処理による半導体ウエハ処理 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5427878A (ja) |
| JP (1) | JPH06151297A (ja) |
| DE (1) | DE4221074C2 (ja) |
| FR (1) | FR2678426B1 (ja) |
| GB (1) | GB2257507B (ja) |
Families Citing this family (70)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970006931B1 (ko) * | 1993-11-25 | 1997-04-30 | 현대전자산업 주식회사 | 포토레지스트 패턴 형성방법 |
| GB9616853D0 (en) | 1996-08-10 | 1996-09-25 | Vorgem Limited | An improved thickness monitor |
| US5913102A (en) * | 1997-03-20 | 1999-06-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method for forming patterned photoresist layers with enhanced critical dimension uniformity |
| US6332470B1 (en) | 1997-12-30 | 2001-12-25 | Boris Fishkin | Aerosol substrate cleaner |
| US6535779B1 (en) | 1998-03-06 | 2003-03-18 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for endpoint control and plasma monitoring |
| EP1125314A1 (en) | 1998-07-10 | 2001-08-22 | Applied Materials, Inc. | Improved endpoint detection for substrate fabrication processes |
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