JP2004153163A - 露光装置の制御方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多品種に適用可能な、高精度なレジスト感度測定法、および製品ウエハでもモニタ可能な感度測定法を提供する。
【解決手段】感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光するステップと、該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップと、該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求めるステップと、該現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出するステップと、該露光量を露光装置にフィードバックするステップと、を有することを特徴とする露光装置の制御方法。
【選択図】 図１
【解決手段】感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光するステップと、該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップと、該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求めるステップと、該現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出するステップと、該露光量を露光装置にフィードバックするステップと、を有することを特徴とする露光装置の制御方法。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の制御方法に関し、特に、露光される感光剤の現像中の膜厚変化を測定し、露光装置の露光量にフィードバックする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造は、ウエハ上に導電膜または絶縁膜を生成する成膜工程と、この膜上に感光剤であるレジストを塗布し、レチクル上の回路パターンをレジストに露光、現像する露光・現像工程と、またこの後、残存するレジストをマスクとして膜をエッチングするエッチング工程によって一層の回路パターンが形成され、これらの工程を各層で繰り返すことによって行われている。
【０００３】
ここで、回路パターン、特にトランジスタのゲートとなる回路パターンの線幅は、トランジスタの動作周波数等、特性を決定する重要な項目であり、寸法規格どおりできているかをチェックするため、通常ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で寸法検査が行われている。また、測定した寸法の大小により、一般的には露光装置の露光量で補正を行っている。この露光量補正の自動化に関しては、例えば”Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ ＣＤ ａｎｄ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｓｕｂ ０．２５μｍＰａｔｔｅｒｎｉｎｇ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３３３２、 １９９８、 ｐｐ４６１−４７０”（非特許文献１）に記載されている。
【０００４】
さて、寸法を露光量で補正するためには、露光量変化に対する寸法変化が情報として必要となる。一般的には、これは露光量を振って露光した時の線幅変化を測定することによって求められる。しかし、線幅は露光量だけでなく、一方でレジストの感度によっても変化する。従って、レジストの感度が途中で変わり得る場合は、露光量変化に対する寸法変化の情報を更新する必要がある。特に、最近、遠紫外光や電子ビーム露光に対応して開発された化学増幅レジストでは感度が変化し易いので、このことは重要である。
【０００５】
レジスト感度の測定法に関しては、レジストの塗られたウエハの各ショットを異なる露光量で露光し、各ショットの現像後の残存膜厚と関連する白色反射光強度の計測により、レジスト膜が完全に溶解するに足る露光量Ｅｔｈを算出する方法が、例えば、特開平５−１０２０３１（特許文献１）に開示されている。この中で実パターンに対する最適露光量を、Ｅｔｈに適当な係数（例えば２）を掛けて算出することが言及されている。
【０００６】
また、膜厚測定に関しては、これまでパターンの無いダミーウエハでの測定が主流であったが、最近パターンの形成された製品ウエハ上での膜厚計測が可能となっている。これは、ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙと呼ばれる方法で、繰り返しパターンの反射光から断面プロファイルを光学的に測定するもので、例えば、”Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ＤＵＶ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３６７７、 １９９９、 ｐｐ１５９−１６８”（非特許文献２）に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１０２０３１号公報
【０００８】
【非特許文献１】
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ ＣＤ ａｎｄ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ
ｓｕｂ ０．２５μｍＰａｔｔｅｒｎｉｎｇ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３３３２、 １９９８、 ｐｐ４６１−４７０
【０００９】
【非特許文献２】
Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ＤＵＶ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、ＳＰＩＥ
Ｖｏｌ．３６７７、 １９９９、 ｐｐ１５９−１６８
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記レジスト感度測定方法に関し、次のような問題点がある。
すなわち、上記公知例のＥｔｈは現像時間やレジスト膜厚等のプロセス条件に依存するため、半導体デバイスの品種、工程の各プロセス条件に対して個別に求める必要があった。このことは、ＤＲＡＭのような単品大量生産品の場合は大きな問題にはならないが、品種が多様化するシステムＬＳＩの場合は、生産効率上、避けなければならない。従って、測定した１回のデータが他のプロセス条件にも適用できるかたちにすることが必要である。
【００１１】
また、上記のレジスト感度測定法では、白色光の光強度そのものだけから膜厚換算するので、光強度測定時の誤差に大きく依存してしまう。微細化が進むと、要求される線幅精度が厳しくなるため、レジスト感度の測定精度向上が必須であり、多元的なデータから膜厚算出を行うことにより精度を高めることが重要である。
また、上記測定には露光量を振ったダミーウエハを使用する必要があるため、頻繁な測定を行うことは困難であった。微細化が進むと、わずかな感度変化も捉えて補正しなければならないため、ダミーウエハによる測定間での感度変化を製品ウエハでもモニタできる手法が必要である。
【００１２】
そこで本発明はこのような経緯に基づいてなされたもので、多品種に適用可能な、高精度なレジスト感度測定法、および製品ウエハでもモニタ可能な感度測定法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の露光装置の制御方法は、感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光するステップと、該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップと、該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求めるステップと、該現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出するステップと、該露光量を露光装置にフィードバックするステップと、を有することを特徴とする。
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明の実施の形態の欄及び図面により明らかにされる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本明細書の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。
前記露光装置の制御方法において、前記膜厚変化を測定するステップは、白色反射光の分光スペクトルを用いることとできる。これによれば、膜厚を各波長に対する強度変化から算出するので、白色光単一の反射強度から算出する場合と比べて精度が向上する。
【００１５】
前記露光装置の制御方法において、前記基板の異なる領域は、該基板の回転中心を通り、一列に並んでいることとできる。これによれば、回転中の所望の領域の白色反射光を、簡単な制御で測定することが可能になる。
【００１６】
前記露光装置の制御方法において、前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の回転に同期して、前記異なる領域の白色反射光を測定することとできる。れによれば、回転中の所望の領域の白色反射光を、簡単な制御で測定することが可能になる。
【００１７】
前記露光装置の制御方法において、前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の回転に対して、測定ユニットが半径方向に移動しながら測定することとできる。これによれば、回転中の所望の領域の白色反射光を、簡単な制御で測定することが可能になる。
【００１８】
前記露光装置の制御方法において、前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の異なる領域に対して、複数の測定ユニットで測定することとできる。これによれば、回転中の所望の領域の白色反射光を、簡単な制御で測定することが可能になる。
【００１９】
また、回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップと、該膜厚変化から現像速度を求めるステップと、該現像速度と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出するステップと、該露光量を露光装置にフィードバックするステップと、を有することを特徴とする露光装置の制御方法。これによれば、ダミーウエハではなく、製品ウエハを用いて膜厚測定が行え、また、現像中に測定できるので、測定時間のオーバーヘッドはゼロとなる。このため、頻度の高いレジスト感度のモニタが可能になり、細かな寸法変動を抑える露光量制御が可能になる。
【００２０】
更に、前記露光装置の制御方法において、反射光の波形からパターンの断面プロファイルを推定する装置を用いて前記膜厚変化を測定することとできる。これによれば、ダミーウエハではなく、製品ウエハを用いて膜厚測定が行え、また、現像中に測定できるので、測定時間のオーバーヘッドはゼロとなる。このため、頻度の高いレジスト感度のモニタが可能になり、細かな寸法変動を抑える露光量制御が可能になる。
【００２１】
感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光する手段と、該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定する手段と、該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求める手段と、該現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する手段と、該露光量を露光装置にフィードバックする手段と、を有することを特徴とする露光装置の制御装置。これによれば、本発明の露光装置の制御方法を実現可能となる。
【００２２】
回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定する手段と、該膜厚変化から現像速度を求める手段と、該現像速度と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する手段と、該露光量を露光装置にフィードバックする手段と、を有することを特徴とする露光装置の制御方法。これによれば、本発明の露光装置の制御方法を実現可能となる。
【００２３】
まず以下の詳細な実施態様の説明に先立ち、前出のｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測装置について説明を行う。図１７にその構成を示す。図１７（ａ）は分光型のｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測装置である。白色光源３５０から出射した白色光３５０１をウエハ２０上のライン＆スペースパターン２５０に照射、正反射光を回折格子３３０で分光し、センサ３４０で検出する。一方、波長に対する光強度信号を得る分光型とは異なり、入射角に対する光強度信号を得る入射角変化型がある。図１７（ｂ）の計測装置では入射光３５０２の角度θを変化させて対象物に照射し、正反射光３５０３を検出する。
【００２４】
次に上記の計測装置で得られた光強度信号の処理方法を図１８により説明する。光強度信号３４１０は、ｓｉｇｎａｔｕｒｅと呼ばれ、図１７（ａ）の計測装置で得られた信号の場合、波長に対する光強度変化の信号となる。ｓｉｇｎａｔｕｒｅはライン＆スペースパターン２５０の断面プロファイルによって変化する。そこで、前もって様々な断面プロファイルに対するｓｉｇｎａｔｕｒｅを波動光学シミュレーションによって求めておき、これらをライブラリとして蓄えておく。
【００２５】
例えばライン＆スペースパターン２５０のボトム線幅Ｌ、膜厚Ｄ、テーパ角αに応じて断面プロファイルを矩形でモデル化し、ｓｉｇｎａｔｕｒｅのシミュレーションを行う。光強度信号３４１０とｓｉｇｎａｔｕｒｅのライブラリの比較を行い、一致したｓｉｇｎａｔｕｒｅを与える断面プロファイル、すなわち線幅Ｌ１、膜厚Ｄ１、テーパ角α１が計測値となる。
【００２６】
次に、本発明に関わる露光装置制御方法の一実施例について、図１のフローを用いて説明する。まず、ステップ１０１において、感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光する。図２に被露光基板であるウエハ２の例を示す。色分けされた領域２０１〜２１１は、露光量を変えて露光した領域を示す。例えば、予め実験等で知られている最適露光量を基準に５％ずつ変化させて±２５％まで、合計１１ショット露光する。ショットの配置は、基準となる露光領域２０６の中心がウエハ２の回転中心と一致し、かつ領域２０１〜２１１が一列になるよう露光する。
【００２７】
これには、後述するように、被露光基板２の回転中に感光剤膜厚変化を測定するにあたって、半径方向の一定位置において、半回転に１回、対称配置の２つの領域を測定できるため、回転中心が一致しない場合と比べてサンプリング間隔を１／２に縮めることができるというメリットがある。
【００２８】
次に、ステップ１０２で被露光基板２における感光剤の現像中の膜厚変化を測定する。ここで、現像中の膜厚変化測定方法を図３により説明する。感光剤２１の塗布されたウエハ２が現像装置の回転台２２上に設置されている。回転台２２は回転台駆動モータ２３により回転され、回転台駆動モータ２３には回転量を検出する回転エンコーダ２３１が取り付けられている。
【００２９】
また、移動ベース３０上には、対物レンズ３１、ビームスプリッタ３２、ホログラフィックグレーティング３３、ＣＣＤセンサ３４、ハロゲンランプ３５が載置されている。移動ベース３１は、ボールネジ３８を移動ベース駆動モータ３９で回転させることによって、ガイド３６、３７に沿って駆動され、移動ベース駆動モータ３９に取り付けられた回転エンコーダ３９１によって移動ベース３０の移動量が計測される。移動ベース３０上の対物レンズ３１が、ウエハ回転中心２００を通過できるよう、ガイド３６、３７は回転台２２に対し設置される。
【００３０】
ここで、移動ベース上３０上の測定光学系３について説明する。ハロゲンランプ３５を出射した平行な白色光はビームスプリッタ３２で反射し、対物レンズ３１を介してレジスト２１上に集光される。レジスト２１で反射した白色光は対物レンズ３１で平行光となり、ビームスプリッタ３２を透過して、ホログラフィックグレーティング３３によって白色光中の光の波長に応じてＣＣＤセンサ３４の異なる画素上に集光される。結果としてＣＣＤセンサ３４の出力として、レジスト２１の反射光の分光波形３４１が得られる。白色光源はハロゲンランプ３５の代わりに白色ＬＥＤを用いても良い。
【００３１】
制御処理系は、分光波形３４１からレジスト２１の膜厚ｄを算出する。この算出方法は、例えば、’Ｎ．Ｋｏｎｄｏ、 ｅｔ．ａｌ．、 Ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｕｌｔｒａ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｕｓｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ＵＶ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１６７３、 １９９２、 ｐｐ３９２−４０２’ に記載されている。現像が進むにつれ膜厚ｄが変化するため、膜厚ｄは現像時間ｔに対して複数求める。
【００３２】
この現像時間ｔに対する膜厚ｄの変化の様子を図４に示す。現像中、ウエハ２は回転しているので、制御処理系３０００は、回転エンコーダ２３１の信号をモニタし、特定露光量のショットが対物レンズ３１の位置に来るのと同期して、分光波形３４１を取り込む。また、異なる露光量のショットの測定は、制御処理系３０００が移動ベース駆動モータを回転させ、回転エンコーダ３９１の信号をモニタし、移動ベースが所定位置に来たタイミングで分光波形３９１を取り込むことによって行われる。
【００３３】
このように、異なる露光量の複数のショットでの膜厚変化を測定するため、現像中、移動ベースはウエハ２の半径方向を往復しながら、ウエハ２の回転時に所定のショットが対物レンズ３１の位置に来るタイミングで分光波形の取り込みを行う。
【００３４】
ここで、図５により測定光学系３の別の実施例について説明する。測定光学系３をウエハ２の半径方向に移動させる代わりに、半径方向の各ショットに対応した位置に複数の測定光学系３０１〜３０５を配置する。制御処理系３００１は回転エンコーダ２３１の信号をモニタし、各測定光学系の下に所定のショットが来るタイミングで分光波形を取り込む。測定光学系を半径方向に移動させる必要がないので、現像中の分光波形取得の間隔を短くすることができ、より精度の高い膜厚変化の測定が可能になる。
【００３５】
以上により、図１のフローにおけるステップ１０２の膜厚変化測定の方法について説明した。次にステップ１０３により、図２の異なる露光量のショット２０１〜２１１に対する膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求める。現像速度はｎｍ／ｓｅｃの単位を持ち、図４において、膜厚変化を直線近似した時の傾き成分として求まる。図６において、求められた露光量に対する現像速度変化の図を示す。
【００３６】
さらに、ステップ１０４で、露光量に対する現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する。以下でステップ１０４の詳細について図７のフローを用いて説明する。
【００３７】
まず、ステップ１０４０でレジストプロファイル算出ループのカウンタｍを０とし、初期化する。次に、ステップ１０４１で、回路パターンと波面収差、光源像形状およびデフォーカス量ｚを入力として回路パターン像Ｉ（ｘ、ｚ）を求める。この求め方は、例えば、’Ｙ．Ｙｏｓｈｉｔａｋｅ ｅｔ ａｌ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１４６３、ｐｐ６７８−６７９、１９９１’に開示されている。デフォーカス量ｚの範囲はレジスト２１の現像前の膜厚の範囲とする。
【００３８】
次にステップ１０４２で、レジスト膜内多重反射強度変化Ｒ（ｚ）からレジスト膜内の回路パターン像光強度分布ＩＺ（ｘ、ｚ）を次式により算出する。
【数１】
Ｒ（ｚ）の算出式は、例えば、”Ｉｎｓｉｄｅ ＰＲＯＬＩＴＨ、クリス．Ａ．マック著、松澤敏晴訳、リソテックジャパン、１９９７、第３０頁〜３３頁”の（２．２４）式または（２．２５）式で与えられる。
【００３９】
次にステップ１０４３により、ＩＺ（ｘ、ｚ）と設定露光量Ｅを用い、次式により実露光量分布ＩＥ（ｘ、ｚ）を求める。
【数２】
【００４０】
次にステップ１０４４で、図６の露光量に対する現像速度の関係を用いて、実露光量分布ＩＥ（ｘ、ｚ）を現像速度分布Ｄ（ｘ、ｚ）に変換する。
さらに、ステップ１０４５により、現像速度分布Ｄ（ｘ、ｚ）から、設定した現像時間Ｔにおけるレジストプロファイルを求める。
【００４１】
ここで、図８を用いてレジストプロファイルを求める方法を説明する。まず、ステップ１０４５１により、カウンタｉおよび、レジスト分割単位である格子２０００の格子履歴ｈ（ｘ、ｚ）を０にする。次にステップ１０４５２でカウンタｉを１インクリメントする。
【００４２】
ステップ１０４５３で、タイムステップΔＴを用いて現像開始後の時間ｔを求める。ステップ１０４５４は現像開始後の時間ｔが現像（終了）時間Ｔを越えているか判断し、越えている場合はステップ１０４５８で処理が終了し、越えてない場合はステップ１０４５５に進む。
【００４３】
ステップ１０４５５で、現像速度Ｄ（ｘ、ｚ）とタイムステップΔＴおよび格子履歴ｈ（ｘ、ｚ）から溶解量を求め、これが最上層の格子２０００の厚さｄより大きいかを判断する。大きい場合は、ステップ１０４５６で最上層の格子を除去することによりｔ＝ΔＴでのレジストプロファイル２１１が得られる。小さい場合は、ステップ１０４５２に戻る。
【００４４】
ステップ１０４５７では、最上層で解けなかった格子の格子履歴ｈ（ｘ、ｚ）が１インクリメントされる。格子履歴ｈ（ｘ、ｚ）は、ある格子２０００がｉの１サイクルで除去されない場合、引き続き次のサイクルでも現像液に晒されて溶解が進むことを表している。ステップ１０４５７の後はステップ１０４５２に戻り、処理が繰り返される。
【００４５】
以上で、図７のフローにおけるステップ１０４５の詳細説明を行った。次に図７のステップ１０４６でレジストプロファイルの線幅を算出する。図９にレジストプロファイル２１１を示す。線幅ＣＤは、レジストプロファイル２１１の高さＨに対し、予め設定したしきい値Ｔｈ（例えば０．０５）を掛けた高さの水平な直線がレジストプロファイル２１１と交差する２点間の距離として求められる。
【００４６】
次にステップ１０４７でレジストプロファイル算出ループのカウンタｍが０であるか判定する。０の場合はステップ１０４８に進み、そうでない場合はステップ１０５２に進む。
【００４７】
ステップ１０４８では、ステップ１０４６で求めたレジストプロファイルの線幅ＣＤ１と線幅規格中心値の差分が０より大きいかを判定する。本フローではネガレジストを仮定しており、露光量が大きいほど線幅は太くなる。従って線幅が太すぎる場合はステップ１０５０で露光量を下げ、細い場合はステップ１０４９で露光量を増やす。露光量増減値としては、予め設定した露光量増減値ΔＥを用いる。ステップ１０４９、１０５０で露光量を更新した後、ステップ１０５１でカウンタｍを１インクリメントし、ステップ１０４３に戻り設定露光量をＥ２として再計算を行う。
【００４８】
ステップ１０４７でｍ＝０でない場合、すなわち２回目のレジストプロファイルの計算の場合は、ステップ１０５２に進み、次式により最適露光量Ｅ３を求める。
【数３】
以上の処理によりステップ１０５３で最適露光量算出処理が終了する。
【００４９】
以上により、図１のフローにおけるステップ１０４の最適露光量算出の方法について説明した。次にステップ１０５で、この露光量を露光装置にフィードバックする。フィードバックは露光装置の露光条件を記載したレシピファイルを書き換えるか、露光装置にネットワークを介して露光量のデータを送ることにより行われる。
【００５０】
次に、図１０により上記で述べたフローを実現するシステムに関して説明する。露光装置５によって露光されたウエハ２は塗布現像装置４上のホットプレート４１によりベークされる。ベークは露光により発生した酸をレジスト内で拡散させるために行う。ベーク終了後、ウエハ２は搬送ロボット４２によって現像装置回転台２２に移される。前述の方法で測定系３が現像中のレジスト２１の膜厚変化を測定し、制御処理系３０００が現像速度変化を算出する。
【００５１】
制御処理系３０００はネットワーク６１を介してサーバ６に送られる。サーバ６は図７および図８で説明した方法により最適露光量を算出し、再びネットワークを介して露光装置５に最適露光量が送られる。露光装置５は最適露光量によりウエハの露光を行う。
【００５２】
次に図１１を用いてサーバ６の詳細について説明する。まず、入出力制御手段６６が図１０の測定系３から送られてきた現像速度のデータを塗布現像条件記憶手段６４により現像速度データ６４３として記憶する。次に制御手段６５が回路パターン像Ｉ（ｘ、ｚ）算出手段を起動し、予め、レチクルデータ記憶手段６１により記憶された回路パターンデータ６１１、装置記憶手段６２により記憶された、瞳面上光源像データ６２１、レンズ波面収差データ６２２、および塗布現像条件記憶手段６４により記憶されたレジスト膜厚データ６４１を呼び出し、図７のフローにおけるステップ１０４１で説明した処理を行う。ここで、レジスト膜厚データ６４１はデフォーカス量ｚの範囲を決めるのに使用する。
【００５３】
次に制御手段６５は、レジスト膜内回路パターン像ＩＺ（ｘ、ｚ）算出手段を起動し、図７のステップ１０４２の処理を行う。この時、塗布現像条件記憶手段６４により記憶されたレジストの屈折率ｎと吸収係数ｋのデータ６４２を読み込み、レジスト膜内多重反射の計算を行う。次に、実露光分布ＩＥ（ｘ、ｚ）算出手段が起動され、図７のステップ１０４３の処理が行われる。この時、露光条件記憶手段６３に記憶された露光量データ６３１が呼び出される。
【００５４】
次に、現像速度分布Ｄ（ｘ、ｚ）算出手段６５４が起動され、図７のステップ１０４４の処理が行われる。この時、上述の現像速度データ６４４が呼び出される。次にレジストプロファイル算出手段が起動され図７のステップ１０４５および図８のフローの処理が行われる。この時、現像終了時間として、予め塗布現像条件記憶手段に記憶された現像時間６４３が読み込まれる。
【００５５】
次に、レジスト線幅算出手段６５６、および最適露光量算出手段６５７が起動され、図７のステップ１０４６〜１０５３の処理が行われる。最終的に得られた最適露光量は露光条件記憶手段６３によって次回露光量データとして記憶されるとともに、入出力制御手段６６を介して露光装置５に送られる。
【００５６】
次に、別の実施例を図１２により説明する。測定系３は図３と構成は同じである。違いはまず、制御処理系３００２が、図１８により説明したｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を行うための波形ライブラリ３００３をもつことである。また、ウエハ２０はダミーウエハではなく、製品ウエハである。従って、計測ポイント２００１〜２００５は、図１３に示すように、各ショットにおいてｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測用のライン＆パターンの存在する領域をサンプリングしたものとなる。
【００５７】
測定系は、これらの計測ポイントをウエハ２０の回転中に測定するため、回転と同期して、ウエハ２０の半径方向に移動する。図１４に現像によるライン＆スペースプロファイルの変化を示す。現像速度は例えば、各計測ポイントの平均の膜厚変化を測定することによって前述と同様の方法で算出される。また、計測ポイント毎の現像速度から前述の方法でショット毎の最適露光量を算出し、ウエハ露光時の露光量をショット毎に変えても良い。但し、製品では露光量は変化させないので、設定露光量一点に対する現像速度のデータとなる。
【００５８】
従って、露光量に対する現像速度変化は、図１５に示すようなモデルを仮定する必要がある。図１５（ａ）は露光量に対してシフトするモデル、図１５（ｂ）は現像速度に対してシフトするモデル、図１５（ｃ）は、Ａ点を固定点として傾きが変化するモデルの例である。これらのモデルは、図２に示したダミーウエハを複数枚、一定時間の間隔で測定した時の現像速度データの時間変化から決定する。また、前記サーバ６において当該モデルのデータベースを生成しておくと好適である。このように、ダミーウエハと同じように現像速度変化のデータが得られるので、図７、図１１と同様のフロー、システムにより製品ウエハを用いた露光量フィードバックを行うことができる。
【００５９】
ここで、図２のような露光量を振ったダミーウエハと製品ウエハを用いた現像速度測定の使い分けを図１６のフローにより説明する。まずステップ７０１で、現像対象となるレジストが新しいレジストか、あるいはレジストボトル交換後最初の使用かを判断する。後者は、レジストの製造ロットが変わると現像速度変化のモデルが変わる可能性があるためである。
【００６０】
ステップ７０１の条件のいずれかが成立すると、ステップ７０２で露光量を振ったダミーウエハによる現像速度測定を行い、ステップ７０３において、図１５で示した現像速度変化モデルの修正を行う。この後、ステップ７０４でｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を用い、製品ウエハによる現像速度測定を行う。ステップ７０１において、いずれの条件もあてはまらない場合は、ステップ７０４を行う。こうしてステップ７０５により、最適露光量算出と露光装置へのフィードバックを行い、またステップ７０１に戻って次の判定を行う。以上の方法により、製品ウエハを用いた露光量フィードバックができるため、細かい寸法変動に対応した高頻度なフィードバックが可能になる。
【００６１】
本発明の実施の形態によれば、次の効果を奏する。
各露光量に対する現像中のレジスト膜厚変化から現像速度をレジスト感度として算出でき、この値と半導体デバイスの品種、工程に対応した露光および塗布条件および装置データと組み合わせることにより、多品種にも適用可能な露光量フィードバックを行うことができる。
【００６２】
また、上記膜厚測定にｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を適用することにより、ダミーウエハだけでなく、製品ウエハを用いて膜厚測定が行える。これにより、通常の現像プロセス中に測定できるので、測定時間のオーバーヘッドはゼロとなり、また高頻度のレジスト感度モニタが可能になり、細かな寸法変動を抑える露光量制御が可能になる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、多品種に適用可能な、高精度なレジスト感度測定法、および製品ウエハでもモニタ可能な感度測定法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である露光装置制御の基本フローを説明する図である。
【図２】ウエハ上の異なる露光量領域の配置を説明する図である。
【図３】本発明の実施例であるレジスト膜厚測定系を説明する図である。
【図４】膜厚変化と現像速度を説明する図である。
【図５】本発明の別の実施例である複数の測定系を説明する図である。
【図６】露光量に対する現像速度変化の例を説明する図である。
【図７】最適露光量算出フローを説明する図である。
【図８】現像後のレジストプロファイル算出のフローを説明する図である。
【図９】レジストプロファイルから線幅ＣＤを求める方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例であるフィードバックシステムを説明する図である。
【図１１】サーバの詳細を説明する図である。
【図１２】ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を用いたフィードバックシステムを説明する図である。
【図１３】製品ウエハ上の計測ポイントを説明する図である。
【図１４】現像中のライン＆スペースプロファイル変化を説明する図である。
【図１５】現像速度変化モデルの例を示す図である。
【図１６】ダミーウエハと製品ウエハによる測定の使い分けのフローを説明する図。
【図１７】従来のｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ装置を説明する図である。
【図１８】従来のｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を説明する図である。
【符号の説明】
２ ダミーウエハ
２０ 製品ウエハ
２１ レジスト
２２ 回転台
２３ 回転台駆動モータ
２３１ 回転エンコーダ
２００ ウエハ回転中心
３ レジスト膜厚測定系
３０ 測定系移動ベース
３１ 対物レンズ
３２ ビームスプリッタ
３３ ホログラフィックグレーティング
３４ センサ
３５ ハロゲンランプ
３６、３７ ガイド
３８ ボールネジ
３９ 移動ベース駆動モータ
３９１ 回転エンコーダ
３０００ 制御処理系
３００３ 波形ライブラリ
３４１ 分光波形
４ 塗布現像装置
４１ ホットプレート
４２ 搬送ロボット
５ 露光装置
６ サーバ
６１ ネットワーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の制御方法に関し、特に、露光される感光剤の現像中の膜厚変化を測定し、露光装置の露光量にフィードバックする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造は、ウエハ上に導電膜または絶縁膜を生成する成膜工程と、この膜上に感光剤であるレジストを塗布し、レチクル上の回路パターンをレジストに露光、現像する露光・現像工程と、またこの後、残存するレジストをマスクとして膜をエッチングするエッチング工程によって一層の回路パターンが形成され、これらの工程を各層で繰り返すことによって行われている。
【０００３】
ここで、回路パターン、特にトランジスタのゲートとなる回路パターンの線幅は、トランジスタの動作周波数等、特性を決定する重要な項目であり、寸法規格どおりできているかをチェックするため、通常ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で寸法検査が行われている。また、測定した寸法の大小により、一般的には露光装置の露光量で補正を行っている。この露光量補正の自動化に関しては、例えば”Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ ＣＤ ａｎｄ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｓｕｂ ０．２５μｍＰａｔｔｅｒｎｉｎｇ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３３３２、 １９９８、 ｐｐ４６１−４７０”（非特許文献１）に記載されている。
【０００４】
さて、寸法を露光量で補正するためには、露光量変化に対する寸法変化が情報として必要となる。一般的には、これは露光量を振って露光した時の線幅変化を測定することによって求められる。しかし、線幅は露光量だけでなく、一方でレジストの感度によっても変化する。従って、レジストの感度が途中で変わり得る場合は、露光量変化に対する寸法変化の情報を更新する必要がある。特に、最近、遠紫外光や電子ビーム露光に対応して開発された化学増幅レジストでは感度が変化し易いので、このことは重要である。
【０００５】
レジスト感度の測定法に関しては、レジストの塗られたウエハの各ショットを異なる露光量で露光し、各ショットの現像後の残存膜厚と関連する白色反射光強度の計測により、レジスト膜が完全に溶解するに足る露光量Ｅｔｈを算出する方法が、例えば、特開平５−１０２０３１（特許文献１）に開示されている。この中で実パターンに対する最適露光量を、Ｅｔｈに適当な係数（例えば２）を掛けて算出することが言及されている。
【０００６】
また、膜厚測定に関しては、これまでパターンの無いダミーウエハでの測定が主流であったが、最近パターンの形成された製品ウエハ上での膜厚計測が可能となっている。これは、ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙと呼ばれる方法で、繰り返しパターンの反射光から断面プロファイルを光学的に測定するもので、例えば、”Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ＤＵＶ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３６７７、 １９９９、 ｐｐ１５９−１６８”（非特許文献２）に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１０２０３１号公報
【０００８】
【非特許文献１】
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ ＣＤ ａｎｄ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ
ｓｕｂ ０．２５μｍＰａｔｔｅｒｎｉｎｇ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３３３２、 １９９８、 ｐｐ４６１−４７０
【０００９】
【非特許文献２】
Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ＤＵＶ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、ＳＰＩＥ
Ｖｏｌ．３６７７、 １９９９、 ｐｐ１５９−１６８
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記レジスト感度測定方法に関し、次のような問題点がある。
すなわち、上記公知例のＥｔｈは現像時間やレジスト膜厚等のプロセス条件に依存するため、半導体デバイスの品種、工程の各プロセス条件に対して個別に求める必要があった。このことは、ＤＲＡＭのような単品大量生産品の場合は大きな問題にはならないが、品種が多様化するシステムＬＳＩの場合は、生産効率上、避けなければならない。従って、測定した１回のデータが他のプロセス条件にも適用できるかたちにすることが必要である。
【００１１】
また、上記のレジスト感度測定法では、白色光の光強度そのものだけから膜厚換算するので、光強度測定時の誤差に大きく依存してしまう。微細化が進むと、要求される線幅精度が厳しくなるため、レジスト感度の測定精度向上が必須であり、多元的なデータから膜厚算出を行うことにより精度を高めることが重要である。
また、上記測定には露光量を振ったダミーウエハを使用する必要があるため、頻繁な測定を行うことは困難であった。微細化が進むと、わずかな感度変化も捉えて補正しなければならないため、ダミーウエハによる測定間での感度変化を製品ウエハでもモニタできる手法が必要である。
【００１２】
そこで本発明はこのような経緯に基づいてなされたもので、多品種に適用可能な、高精度なレジスト感度測定法、および製品ウエハでもモニタ可能な感度測定法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の露光装置の制御方法は、感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光するステップと、該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップと、該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求めるステップと、該現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出するステップと、該露光量を露光装置にフィードバックするステップと、を有することを特徴とする。
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明の実施の形態の欄及び図面により明らかにされる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本明細書の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。
前記露光装置の制御方法において、前記膜厚変化を測定するステップは、白色反射光の分光スペクトルを用いることとできる。これによれば、膜厚を各波長に対する強度変化から算出するので、白色光単一の反射強度から算出する場合と比べて精度が向上する。
【００１５】
前記露光装置の制御方法において、前記基板の異なる領域は、該基板の回転中心を通り、一列に並んでいることとできる。これによれば、回転中の所望の領域の白色反射光を、簡単な制御で測定することが可能になる。
【００１６】
前記露光装置の制御方法において、前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の回転に同期して、前記異なる領域の白色反射光を測定することとできる。れによれば、回転中の所望の領域の白色反射光を、簡単な制御で測定することが可能になる。
【００１７】
前記露光装置の制御方法において、前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の回転に対して、測定ユニットが半径方向に移動しながら測定することとできる。これによれば、回転中の所望の領域の白色反射光を、簡単な制御で測定することが可能になる。
【００１８】
前記露光装置の制御方法において、前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の異なる領域に対して、複数の測定ユニットで測定することとできる。これによれば、回転中の所望の領域の白色反射光を、簡単な制御で測定することが可能になる。
【００１９】
また、回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップと、該膜厚変化から現像速度を求めるステップと、該現像速度と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出するステップと、該露光量を露光装置にフィードバックするステップと、を有することを特徴とする露光装置の制御方法。これによれば、ダミーウエハではなく、製品ウエハを用いて膜厚測定が行え、また、現像中に測定できるので、測定時間のオーバーヘッドはゼロとなる。このため、頻度の高いレジスト感度のモニタが可能になり、細かな寸法変動を抑える露光量制御が可能になる。
【００２０】
更に、前記露光装置の制御方法において、反射光の波形からパターンの断面プロファイルを推定する装置を用いて前記膜厚変化を測定することとできる。これによれば、ダミーウエハではなく、製品ウエハを用いて膜厚測定が行え、また、現像中に測定できるので、測定時間のオーバーヘッドはゼロとなる。このため、頻度の高いレジスト感度のモニタが可能になり、細かな寸法変動を抑える露光量制御が可能になる。
【００２１】
感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光する手段と、該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定する手段と、該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求める手段と、該現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する手段と、該露光量を露光装置にフィードバックする手段と、を有することを特徴とする露光装置の制御装置。これによれば、本発明の露光装置の制御方法を実現可能となる。
【００２２】
回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定する手段と、該膜厚変化から現像速度を求める手段と、該現像速度と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する手段と、該露光量を露光装置にフィードバックする手段と、を有することを特徴とする露光装置の制御方法。これによれば、本発明の露光装置の制御方法を実現可能となる。
【００２３】
まず以下の詳細な実施態様の説明に先立ち、前出のｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測装置について説明を行う。図１７にその構成を示す。図１７（ａ）は分光型のｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測装置である。白色光源３５０から出射した白色光３５０１をウエハ２０上のライン＆スペースパターン２５０に照射、正反射光を回折格子３３０で分光し、センサ３４０で検出する。一方、波長に対する光強度信号を得る分光型とは異なり、入射角に対する光強度信号を得る入射角変化型がある。図１７（ｂ）の計測装置では入射光３５０２の角度θを変化させて対象物に照射し、正反射光３５０３を検出する。
【００２４】
次に上記の計測装置で得られた光強度信号の処理方法を図１８により説明する。光強度信号３４１０は、ｓｉｇｎａｔｕｒｅと呼ばれ、図１７（ａ）の計測装置で得られた信号の場合、波長に対する光強度変化の信号となる。ｓｉｇｎａｔｕｒｅはライン＆スペースパターン２５０の断面プロファイルによって変化する。そこで、前もって様々な断面プロファイルに対するｓｉｇｎａｔｕｒｅを波動光学シミュレーションによって求めておき、これらをライブラリとして蓄えておく。
【００２５】
例えばライン＆スペースパターン２５０のボトム線幅Ｌ、膜厚Ｄ、テーパ角αに応じて断面プロファイルを矩形でモデル化し、ｓｉｇｎａｔｕｒｅのシミュレーションを行う。光強度信号３４１０とｓｉｇｎａｔｕｒｅのライブラリの比較を行い、一致したｓｉｇｎａｔｕｒｅを与える断面プロファイル、すなわち線幅Ｌ１、膜厚Ｄ１、テーパ角α１が計測値となる。
【００２６】
次に、本発明に関わる露光装置制御方法の一実施例について、図１のフローを用いて説明する。まず、ステップ１０１において、感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光する。図２に被露光基板であるウエハ２の例を示す。色分けされた領域２０１〜２１１は、露光量を変えて露光した領域を示す。例えば、予め実験等で知られている最適露光量を基準に５％ずつ変化させて±２５％まで、合計１１ショット露光する。ショットの配置は、基準となる露光領域２０６の中心がウエハ２の回転中心と一致し、かつ領域２０１〜２１１が一列になるよう露光する。
【００２７】
これには、後述するように、被露光基板２の回転中に感光剤膜厚変化を測定するにあたって、半径方向の一定位置において、半回転に１回、対称配置の２つの領域を測定できるため、回転中心が一致しない場合と比べてサンプリング間隔を１／２に縮めることができるというメリットがある。
【００２８】
次に、ステップ１０２で被露光基板２における感光剤の現像中の膜厚変化を測定する。ここで、現像中の膜厚変化測定方法を図３により説明する。感光剤２１の塗布されたウエハ２が現像装置の回転台２２上に設置されている。回転台２２は回転台駆動モータ２３により回転され、回転台駆動モータ２３には回転量を検出する回転エンコーダ２３１が取り付けられている。
【００２９】
また、移動ベース３０上には、対物レンズ３１、ビームスプリッタ３２、ホログラフィックグレーティング３３、ＣＣＤセンサ３４、ハロゲンランプ３５が載置されている。移動ベース３１は、ボールネジ３８を移動ベース駆動モータ３９で回転させることによって、ガイド３６、３７に沿って駆動され、移動ベース駆動モータ３９に取り付けられた回転エンコーダ３９１によって移動ベース３０の移動量が計測される。移動ベース３０上の対物レンズ３１が、ウエハ回転中心２００を通過できるよう、ガイド３６、３７は回転台２２に対し設置される。
【００３０】
ここで、移動ベース上３０上の測定光学系３について説明する。ハロゲンランプ３５を出射した平行な白色光はビームスプリッタ３２で反射し、対物レンズ３１を介してレジスト２１上に集光される。レジスト２１で反射した白色光は対物レンズ３１で平行光となり、ビームスプリッタ３２を透過して、ホログラフィックグレーティング３３によって白色光中の光の波長に応じてＣＣＤセンサ３４の異なる画素上に集光される。結果としてＣＣＤセンサ３４の出力として、レジスト２１の反射光の分光波形３４１が得られる。白色光源はハロゲンランプ３５の代わりに白色ＬＥＤを用いても良い。
【００３１】
制御処理系は、分光波形３４１からレジスト２１の膜厚ｄを算出する。この算出方法は、例えば、’Ｎ．Ｋｏｎｄｏ、 ｅｔ．ａｌ．、 Ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｕｌｔｒａ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｕｓｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ＵＶ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１６７３、 １９９２、 ｐｐ３９２−４０２’ に記載されている。現像が進むにつれ膜厚ｄが変化するため、膜厚ｄは現像時間ｔに対して複数求める。
【００３２】
この現像時間ｔに対する膜厚ｄの変化の様子を図４に示す。現像中、ウエハ２は回転しているので、制御処理系３０００は、回転エンコーダ２３１の信号をモニタし、特定露光量のショットが対物レンズ３１の位置に来るのと同期して、分光波形３４１を取り込む。また、異なる露光量のショットの測定は、制御処理系３０００が移動ベース駆動モータを回転させ、回転エンコーダ３９１の信号をモニタし、移動ベースが所定位置に来たタイミングで分光波形３９１を取り込むことによって行われる。
【００３３】
このように、異なる露光量の複数のショットでの膜厚変化を測定するため、現像中、移動ベースはウエハ２の半径方向を往復しながら、ウエハ２の回転時に所定のショットが対物レンズ３１の位置に来るタイミングで分光波形の取り込みを行う。
【００３４】
ここで、図５により測定光学系３の別の実施例について説明する。測定光学系３をウエハ２の半径方向に移動させる代わりに、半径方向の各ショットに対応した位置に複数の測定光学系３０１〜３０５を配置する。制御処理系３００１は回転エンコーダ２３１の信号をモニタし、各測定光学系の下に所定のショットが来るタイミングで分光波形を取り込む。測定光学系を半径方向に移動させる必要がないので、現像中の分光波形取得の間隔を短くすることができ、より精度の高い膜厚変化の測定が可能になる。
【００３５】
以上により、図１のフローにおけるステップ１０２の膜厚変化測定の方法について説明した。次にステップ１０３により、図２の異なる露光量のショット２０１〜２１１に対する膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求める。現像速度はｎｍ／ｓｅｃの単位を持ち、図４において、膜厚変化を直線近似した時の傾き成分として求まる。図６において、求められた露光量に対する現像速度変化の図を示す。
【００３６】
さらに、ステップ１０４で、露光量に対する現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する。以下でステップ１０４の詳細について図７のフローを用いて説明する。
【００３７】
まず、ステップ１０４０でレジストプロファイル算出ループのカウンタｍを０とし、初期化する。次に、ステップ１０４１で、回路パターンと波面収差、光源像形状およびデフォーカス量ｚを入力として回路パターン像Ｉ（ｘ、ｚ）を求める。この求め方は、例えば、’Ｙ．Ｙｏｓｈｉｔａｋｅ ｅｔ ａｌ、 ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１４６３、ｐｐ６７８−６７９、１９９１’に開示されている。デフォーカス量ｚの範囲はレジスト２１の現像前の膜厚の範囲とする。
【００３８】
次にステップ１０４２で、レジスト膜内多重反射強度変化Ｒ（ｚ）からレジスト膜内の回路パターン像光強度分布ＩＺ（ｘ、ｚ）を次式により算出する。
【数１】
【００３９】
次にステップ１０４３により、ＩＺ（ｘ、ｚ）と設定露光量Ｅを用い、次式により実露光量分布ＩＥ（ｘ、ｚ）を求める。
【数２】
次にステップ１０４４で、図６の露光量に対する現像速度の関係を用いて、実露光量分布ＩＥ（ｘ、ｚ）を現像速度分布Ｄ（ｘ、ｚ）に変換する。
さらに、ステップ１０４５により、現像速度分布Ｄ（ｘ、ｚ）から、設定した現像時間Ｔにおけるレジストプロファイルを求める。
【００４１】
ここで、図８を用いてレジストプロファイルを求める方法を説明する。まず、ステップ１０４５１により、カウンタｉおよび、レジスト分割単位である格子２０００の格子履歴ｈ（ｘ、ｚ）を０にする。次にステップ１０４５２でカウンタｉを１インクリメントする。
【００４２】
ステップ１０４５３で、タイムステップΔＴを用いて現像開始後の時間ｔを求める。ステップ１０４５４は現像開始後の時間ｔが現像（終了）時間Ｔを越えているか判断し、越えている場合はステップ１０４５８で処理が終了し、越えてない場合はステップ１０４５５に進む。
【００４３】
ステップ１０４５５で、現像速度Ｄ（ｘ、ｚ）とタイムステップΔＴおよび格子履歴ｈ（ｘ、ｚ）から溶解量を求め、これが最上層の格子２０００の厚さｄより大きいかを判断する。大きい場合は、ステップ１０４５６で最上層の格子を除去することによりｔ＝ΔＴでのレジストプロファイル２１１が得られる。小さい場合は、ステップ１０４５２に戻る。
【００４４】
ステップ１０４５７では、最上層で解けなかった格子の格子履歴ｈ（ｘ、ｚ）が１インクリメントされる。格子履歴ｈ（ｘ、ｚ）は、ある格子２０００がｉの１サイクルで除去されない場合、引き続き次のサイクルでも現像液に晒されて溶解が進むことを表している。ステップ１０４５７の後はステップ１０４５２に戻り、処理が繰り返される。
【００４５】
以上で、図７のフローにおけるステップ１０４５の詳細説明を行った。次に図７のステップ１０４６でレジストプロファイルの線幅を算出する。図９にレジストプロファイル２１１を示す。線幅ＣＤは、レジストプロファイル２１１の高さＨに対し、予め設定したしきい値Ｔｈ（例えば０．０５）を掛けた高さの水平な直線がレジストプロファイル２１１と交差する２点間の距離として求められる。
【００４６】
次にステップ１０４７でレジストプロファイル算出ループのカウンタｍが０であるか判定する。０の場合はステップ１０４８に進み、そうでない場合はステップ１０５２に進む。
【００４７】
ステップ１０４８では、ステップ１０４６で求めたレジストプロファイルの線幅ＣＤ１と線幅規格中心値の差分が０より大きいかを判定する。本フローではネガレジストを仮定しており、露光量が大きいほど線幅は太くなる。従って線幅が太すぎる場合はステップ１０５０で露光量を下げ、細い場合はステップ１０４９で露光量を増やす。露光量増減値としては、予め設定した露光量増減値ΔＥを用いる。ステップ１０４９、１０５０で露光量を更新した後、ステップ１０５１でカウンタｍを１インクリメントし、ステップ１０４３に戻り設定露光量をＥ２として再計算を行う。
【００４８】
ステップ１０４７でｍ＝０でない場合、すなわち２回目のレジストプロファイルの計算の場合は、ステップ１０５２に進み、次式により最適露光量Ｅ３を求める。
【数３】
【００４９】
以上により、図１のフローにおけるステップ１０４の最適露光量算出の方法について説明した。次にステップ１０５で、この露光量を露光装置にフィードバックする。フィードバックは露光装置の露光条件を記載したレシピファイルを書き換えるか、露光装置にネットワークを介して露光量のデータを送ることにより行われる。
【００５０】
次に、図１０により上記で述べたフローを実現するシステムに関して説明する。露光装置５によって露光されたウエハ２は塗布現像装置４上のホットプレート４１によりベークされる。ベークは露光により発生した酸をレジスト内で拡散させるために行う。ベーク終了後、ウエハ２は搬送ロボット４２によって現像装置回転台２２に移される。前述の方法で測定系３が現像中のレジスト２１の膜厚変化を測定し、制御処理系３０００が現像速度変化を算出する。
【００５１】
制御処理系３０００はネットワーク６１を介してサーバ６に送られる。サーバ６は図７および図８で説明した方法により最適露光量を算出し、再びネットワークを介して露光装置５に最適露光量が送られる。露光装置５は最適露光量によりウエハの露光を行う。
【００５２】
次に図１１を用いてサーバ６の詳細について説明する。まず、入出力制御手段６６が図１０の測定系３から送られてきた現像速度のデータを塗布現像条件記憶手段６４により現像速度データ６４３として記憶する。次に制御手段６５が回路パターン像Ｉ（ｘ、ｚ）算出手段を起動し、予め、レチクルデータ記憶手段６１により記憶された回路パターンデータ６１１、装置記憶手段６２により記憶された、瞳面上光源像データ６２１、レンズ波面収差データ６２２、および塗布現像条件記憶手段６４により記憶されたレジスト膜厚データ６４１を呼び出し、図７のフローにおけるステップ１０４１で説明した処理を行う。ここで、レジスト膜厚データ６４１はデフォーカス量ｚの範囲を決めるのに使用する。
【００５３】
次に制御手段６５は、レジスト膜内回路パターン像ＩＺ（ｘ、ｚ）算出手段を起動し、図７のステップ１０４２の処理を行う。この時、塗布現像条件記憶手段６４により記憶されたレジストの屈折率ｎと吸収係数ｋのデータ６４２を読み込み、レジスト膜内多重反射の計算を行う。次に、実露光分布ＩＥ（ｘ、ｚ）算出手段が起動され、図７のステップ１０４３の処理が行われる。この時、露光条件記憶手段６３に記憶された露光量データ６３１が呼び出される。
【００５４】
次に、現像速度分布Ｄ（ｘ、ｚ）算出手段６５４が起動され、図７のステップ１０４４の処理が行われる。この時、上述の現像速度データ６４４が呼び出される。次にレジストプロファイル算出手段が起動され図７のステップ１０４５および図８のフローの処理が行われる。この時、現像終了時間として、予め塗布現像条件記憶手段に記憶された現像時間６４３が読み込まれる。
【００５５】
次に、レジスト線幅算出手段６５６、および最適露光量算出手段６５７が起動され、図７のステップ１０４６〜１０５３の処理が行われる。最終的に得られた最適露光量は露光条件記憶手段６３によって次回露光量データとして記憶されるとともに、入出力制御手段６６を介して露光装置５に送られる。
【００５６】
次に、別の実施例を図１２により説明する。測定系３は図３と構成は同じである。違いはまず、制御処理系３００２が、図１８により説明したｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を行うための波形ライブラリ３００３をもつことである。また、ウエハ２０はダミーウエハではなく、製品ウエハである。従って、計測ポイント２００１〜２００５は、図１３に示すように、各ショットにおいてｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測用のライン＆パターンの存在する領域をサンプリングしたものとなる。
【００５７】
測定系は、これらの計測ポイントをウエハ２０の回転中に測定するため、回転と同期して、ウエハ２０の半径方向に移動する。図１４に現像によるライン＆スペースプロファイルの変化を示す。現像速度は例えば、各計測ポイントの平均の膜厚変化を測定することによって前述と同様の方法で算出される。また、計測ポイント毎の現像速度から前述の方法でショット毎の最適露光量を算出し、ウエハ露光時の露光量をショット毎に変えても良い。但し、製品では露光量は変化させないので、設定露光量一点に対する現像速度のデータとなる。
【００５８】
従って、露光量に対する現像速度変化は、図１５に示すようなモデルを仮定する必要がある。図１５（ａ）は露光量に対してシフトするモデル、図１５（ｂ）は現像速度に対してシフトするモデル、図１５（ｃ）は、Ａ点を固定点として傾きが変化するモデルの例である。これらのモデルは、図２に示したダミーウエハを複数枚、一定時間の間隔で測定した時の現像速度データの時間変化から決定する。また、前記サーバ６において当該モデルのデータベースを生成しておくと好適である。このように、ダミーウエハと同じように現像速度変化のデータが得られるので、図７、図１１と同様のフロー、システムにより製品ウエハを用いた露光量フィードバックを行うことができる。
【００５９】
ここで、図２のような露光量を振ったダミーウエハと製品ウエハを用いた現像速度測定の使い分けを図１６のフローにより説明する。まずステップ７０１で、現像対象となるレジストが新しいレジストか、あるいはレジストボトル交換後最初の使用かを判断する。後者は、レジストの製造ロットが変わると現像速度変化のモデルが変わる可能性があるためである。
【００６０】
ステップ７０１の条件のいずれかが成立すると、ステップ７０２で露光量を振ったダミーウエハによる現像速度測定を行い、ステップ７０３において、図１５で示した現像速度変化モデルの修正を行う。この後、ステップ７０４でｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を用い、製品ウエハによる現像速度測定を行う。ステップ７０１において、いずれの条件もあてはまらない場合は、ステップ７０４を行う。こうしてステップ７０５により、最適露光量算出と露光装置へのフィードバックを行い、またステップ７０１に戻って次の判定を行う。以上の方法により、製品ウエハを用いた露光量フィードバックができるため、細かい寸法変動に対応した高頻度なフィードバックが可能になる。
【００６１】
本発明の実施の形態によれば、次の効果を奏する。
各露光量に対する現像中のレジスト膜厚変化から現像速度をレジスト感度として算出でき、この値と半導体デバイスの品種、工程に対応した露光および塗布条件および装置データと組み合わせることにより、多品種にも適用可能な露光量フィードバックを行うことができる。
【００６２】
また、上記膜厚測定にｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を適用することにより、ダミーウエハだけでなく、製品ウエハを用いて膜厚測定が行える。これにより、通常の現像プロセス中に測定できるので、測定時間のオーバーヘッドはゼロとなり、また高頻度のレジスト感度モニタが可能になり、細かな寸法変動を抑える露光量制御が可能になる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、多品種に適用可能な、高精度なレジスト感度測定法、および製品ウエハでもモニタ可能な感度測定法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である露光装置制御の基本フローを説明する図である。
【図２】ウエハ上の異なる露光量領域の配置を説明する図である。
【図３】本発明の実施例であるレジスト膜厚測定系を説明する図である。
【図４】膜厚変化と現像速度を説明する図である。
【図５】本発明の別の実施例である複数の測定系を説明する図である。
【図６】露光量に対する現像速度変化の例を説明する図である。
【図７】最適露光量算出フローを説明する図である。
【図８】現像後のレジストプロファイル算出のフローを説明する図である。
【図９】レジストプロファイルから線幅ＣＤを求める方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例であるフィードバックシステムを説明する図である。
【図１１】サーバの詳細を説明する図である。
【図１２】ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を用いたフィードバックシステムを説明する図である。
【図１３】製品ウエハ上の計測ポイントを説明する図である。
【図１４】現像中のライン＆スペースプロファイル変化を説明する図である。
【図１５】現像速度変化モデルの例を示す図である。
【図１６】ダミーウエハと製品ウエハによる測定の使い分けのフローを説明する図。
【図１７】従来のｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ装置を説明する図である。
【図１８】従来のｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ計測を説明する図である。
【符号の説明】
２ ダミーウエハ
２０ 製品ウエハ
２１ レジスト
２２ 回転台
２３ 回転台駆動モータ
２３１ 回転エンコーダ
２００ ウエハ回転中心
３ レジスト膜厚測定系
３０ 測定系移動ベース
３１ 対物レンズ
３２ ビームスプリッタ
３３ ホログラフィックグレーティング
３４ センサ
３５ ハロゲンランプ
３６、３７ ガイド
３８ ボールネジ
３９ 移動ベース駆動モータ
３９１ 回転エンコーダ
３０００ 制御処理系
３００３ 波形ライブラリ
３４１ 分光波形
４ 塗布現像装置
４１ ホットプレート
４２ 搬送ロボット
５ 露光装置
６ サーバ
６１ ネットワーク
Claims (10)
- 感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光するステップと、
該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップと、
該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求めるステップと、
該現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出するステップと、
該露光量を露光装置にフィードバックするステップと、
を有することを特徴とする露光装置の制御方法。 - 前記膜厚変化を測定するステップは、白色反射光の分光スペクトルを用いることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の制御方法。
- 前記基板の異なる領域は、該基板の回転中心を通り、一列に並んでいることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の制御方法。
- 前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の回転に同期して、前記異なる領域の白色反射光を測定することを特徴とする請求項３に記載の露光装置の制御方法。
- 前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の回転に対して、測定ユニットが半径方向に移動しながら測定することを特徴とする請求項４に記載の露光装置の制御方法。
- 前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、前記基板の異なる領域に対して、複数の測定ユニットで測定することを特徴とする請求項４に記載の露光装置の制御方法。
- 回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップと、
該膜厚変化から現像速度を求めるステップと、
該現像速度と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出するステップと、
該露光量を露光装置にフィードバックするステップと、
を有することを特徴とする露光装置の制御方法。 - 反射光の波形からパターンの断面プロファイルを推定する装置を用いて前記膜厚変化を測定することを特徴とする請求項７に記載の露光装置の制御方法。
- 感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光する手段と、
該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定する手段と、
該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求める手段と、
該現像速度変化と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する手段と、
該露光量を露光装置にフィードバックする手段と、
を有することを特徴とする露光装置の制御装置。 - 回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定する手段と、
該膜厚変化から現像速度を求める手段と、
該現像速度と、回路パターン、露光レンズの波面収差、露光レンズ瞳面上の光源像形状、現像時間、および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する手段と、
該露光量を露光装置にフィードバックする手段と、
を有することを特徴とする露光装置の制御装置。
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