JP2926563B1 - フォトレジストパターン形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 測定者の工数を削減し、測定時間を短縮し、
測定データ処理時間を短縮することができるフォトレジ
ストパターン形成方法及び装置を提供する。 【解決手段】 縮小投影露光装置１１は、ウエハ面上に
塗布されたフォトレジスト膜へマスクパターンを転写し
露光処理時の露光ショット毎の露光量及びフォーカスオ
フセットからなる処理条件を寸法測定制御装置１２に転
送する。寸法測定器１３は、寸法測定制御装置１２に寸
法測定条件を要求し寸法測定制御装置１２から寸法測定
条件の転送を受けて前記寸法測定条件に基づいてパター
ン寸法を測定し、寸法測定結果を寸法測定制御装置１２
に転送する。寸法測定制御装置１２は、露光時の処理条
件と、寸法測定結果との相関データを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において、フォトリソグラフィ法によりフォトレジ
スト膜に所望のパターンを形成するフォトレジストパタ
ーン形成方法及び装置に関し、特に、その半導体素子パ
ターン寸法測定システムを改良したフォトレジストパタ
ーン形成方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のフォトレジストパターン形
成方法を示すフローチャート図である（特開平４−１６
８７１５号公報）。このフローチャートは、縮小投影露
光装置にてフォトレジストが塗布されたウエハにマスク
パターンを露光し、現像にて形成されたレジストパター
ンの寸法測定を寸法測定器にて実施する場合のものであ
り、寸法測定器の例としては、電子顕微鏡が装備された
測長ＳＥＭ装置等がある。

【０００３】図３に示すように、縮小投影露光装置にお
いて、ウエハへの露光条件が設定される（ステップＳ
１）。この露光条件には、（１）露光位置を指定するシ
ョットマップデータ、（２）露光量、（３）露光時のフ
ォーカス位置を指定するフォーカスオフセット値等があ
る。（１）のショットマップデータには、１回の露光で
露光可能なエリア（以下、露光ショットという）の露光
エリア間隔となるステップピッチ値等がある。

【０００４】通常、露光量とフォーカスオフセット値
は、全ての露光ショットで同一であるが、最適なパター
ンが得られる露光量とフォーカスオフセット値を実験に
より決定するために、同一ウエハ上で露光ショット毎に
異なった条件を設定することも可能である。以下、この
露光方法をテスト露光という。

【０００５】図４乃至６はテスト露光の実施状態を示
す。図４は、露光量とフォーカスオフセット値をマトリ
ックス状に変化させた例（モード１）である。即ち、図
４は縦方向が露光量、横方向がフォーカスオフセットを
変更して露光する方法である。また、図５は、露光量の
み変化させた例（モード２）であり、露光量のみを変更
し、螺旋状に露光する方法である。図６は、フォーカス
オフセット値のみ変化させた例（モード３）であり、フ
ォーカスオフセットを変更することにより螺旋状に露光
する方法である。

【０００６】なお、図４において、ウエハ１に対して、
１マスが１回の露光エリア、即ち、露光ショット２であ
り、マス目の数だけウエハ上に繰り返し露光する。そし
て、図５及び図６に示す符号３は最初に露光するファー
スト露光ショットであり、図５の露光ショット内の数字
は露光量４（単位はｍｓｅｃ）、図６の露光ショット内
の数字はフォーカス値５（単位はμｍ）である。

【０００７】次に、前述のごとく指定した露光条件に従
い、縮小露光装置において、ウエハへの露光処理が行わ
れ、ウエハにマスクパターンが露光される（ステップＳ
２）。その後、現像機により現像処理した後、ウエハを
寸法測定器にセットする（ステップＳ３）。

【０００８】続いて、寸法測定器に寸法測定条件を設定
する（ステップＳ４）。ここで、この寸法測定器におけ
る寸法測定位置に関する条件を設定する方法について説
明する。寸法測定位置に必要な条件は、（１）露光処理
時のショットマップデータ、（２）露光ショット内の計
測位置データ、（３）計測を実行する露光ショットデー
タである。各データは、測定対象とするパターンを最初
に測定する際に、寸法測定器にて処理プログラムを測定
者が作成して、そのデータが保存される。次回の寸法測
定時からは、プログラム名を入力することにより寸法測
定条件を設定することが可能である。

【０００９】この寸法測定位置に関する条件のうち、
（３）の計測を実行する露光ショットデータに関して以
下に説明する。各露光ショットが同一の露光条件（露光
量、フォーカスオフセット）で露光された場合は、１枚
のウエハに対して、ウエハの面内数箇所（例えば十字方
向に５ヶ所）の露光ショットの寸法測定が実施される。
通常、寸法測定のプログラムには、この寸法計測位置デ
ータを保存する。

【００１０】一方、テスト露光を実施した場合は、露光
ショット毎に露光条件を変化させているため、データが
必要とされる全露光ショットの寸法測定が必要となる。
従来技術では、このテスト露光を実施したウエハの寸法
測定を実施する場合、測定者が、ウエハの寸法測定時に
寸法測定ショットのデータを新たに指定する必要があっ
た。以上のようにして、寸法測定条件が設定される。

【００１１】この寸法測定条件に従い、寸法測定器はウ
エハ上の指定パターンの寸法測定を行う（ステップＳ
５）。

【００１２】テスト露光を実施したウエハでない場合
（ステップＳ６）、即ち計測ウエハの全ての露光ショッ
トが同一露光条件で露光されている場合は、寸法測定結
果の平均値、ばらつき値等が算出される（ステップＳ
７）。

【００１３】一方、計測ウエハがテスト露光を実施した
ウエハである場合（ステップＳ６）は、寸法測定器に付
属の、又はパソコンの表計算ソフト等を使用し、この表
計算ソフトに計測者が露光条件及び寸法データを入力
し、露光条件と寸法データとの相関データを作成する
（ステップＳ８）。

【００１４】この、相関データの例を図７及び図８に示
す。図７は、ウエハ面内で露光量を変化させた場合のテ
スト露光から得られるデータの例を示し、図８は、ウエ
ハ面内でフォーカスオフセット値を変化させた場合のテ
スト露光から得られるデータの例を示す。これらのデー
タを使用して、ウエハに対する縮小投影露光装置の最適
露光条件が決定される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術においては、テスト露光により露光ショット毎に
露光条件を変化させたウエハのパターン寸法を測定する
場合に、寸法測定実施の度に測定者が寸法測定器へ測定
位置の条件を入力しなければならないという問題点があ
る。また、寸法測定結果が出た後も、露光条件と寸法値
との相関データを得るためのデータ入力作業をする必要
があるため、測定者の作業工数が多く、また、測定結果
を得るまでに、多くの時間を必要とする。

【００１６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、測定者の工数を削減し、測定時間を短縮
し、測定データ処理時間を短縮することができるフォト
レジストパターン形成方法及び装置を提供することを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るフォトレジ
ストパターン形成方法は、ウエハ面上に塗布されたフォ
トレジスト膜へマスクパターンの転写を行う縮小投影露
光装置の露光処理時の露光ショット毎の露光量及び露光
ショット毎のフォーカスオフセット値からなる露光条件
をデータとして保持する工程と、前記データに基づいて
ウエハ面上のフォトレジスト膜へマスクパターンを縮小
投影露光する工程と、露光処理が終了したフォトレジス
ト膜を現像処理する工程と、前記露光ショット毎の露光
条件データに基づき現像処理後のパターン形成部の寸法
測定位置を決定する工程とを有することを特徴とする。

【００１８】本発明に係るフォトレジストパターン形成
装置は、寸法測定制御装置と、ウエハ面上に塗布された
フォトレジスト膜へマスクパターンを転写し露光処理時
の露光ショット毎の露光量及び露光ショット毎のフォー
カスオフセット値からなる処理条件を前記寸法測定制御
装置に転送する縮小投影露光装置と、前記寸法測定制御
装置に寸法測定位置に関する条件を要求し前記寸法測定
制御装置から寸法測定位置に関する条件の転送を受けて
前記寸法測定位置に関する条件に基づいてパターン寸法
を測定し寸法測定結果を前記寸法測定制御装置に転送す
る寸法測定器と、を有することを特徴とする。

【００１９】このフォトレジストパターン形成装置にお
いて、更に、前記寸法測定制御装置は、露光時の処理条
件と、寸法測定結果との相関データを作成するように構
成することが好ましい。

【００２０】本発明においては、テスト露光を実施した
ウエハのテスト露光時の露光条件を縮小投影露光装置か
ら例えば通信回線により寸法測定器に転送して、寸法測
定を実施する露光ショットの位置を自動的に決定して、
この寸法測定条件を寸法測定器へ転送して寸法測定を実
施する。また、寸法測定制御装置は、寸法測定結果を寸
法測定器から受信し、テスト露光モードに対応して露光
条件と寸法測定結果との相関データを自動的に作成す
る。これにより、測定者の工数を削減し、測定時間を短
縮し、測定データ処理時間を短縮する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の
実施例に係るパターン形成方法を示すフローチャート
図、図２は同実施例のパターン形成装置を示すブロック
図である。図２に示すように、縮小投影露光装置１１
は、フォトレジストが塗布されたウエハに対し、マスク
パターンの露光処理を行う。この縮小投影露光装置１１
で露光ショット毎に露光条件を変化させるテスト露光が
実施された場合、露光ウエハのＩＤと共に、テスト露光
モードと露光条件が通信回線を通して寸法測定制御装置
１２に転送される。この寸法測定制御装置１２は、寸法
測定条件指示システムと、露光条件−寸法測定結果の相
関データ作成システムとを含むものである。寸法測定器
１３にはウエハが設置される。

【００２２】前記ウエハが寸法測定器１３にセットされ
た後、測定者がウエハＩＤを寸法測定器１３に入力す
る。又は、寸法測定器１３に設置されたウエハから寸法
測定器１３がウエハＩＤを自動的に認識するように構成
することもできる。このようにして、寸法測定器は１３
がウエハＩＤを把握すると、寸法測定器１３は寸法制御
システム１２へ寸法測定条件を要求する寸法測定条件の
転送要求信号を転送する。

【００２３】寸法測定制御装置１２は、テスト露光モー
ドと露光条件より寸法測定ショットを決定し、寸法測定
器１３へ寸法測定条件を転送する。また、寸法測定結果
を寸法測定器１３より受信し、露光条件と寸法の相関デ
ータを作成する。

【００２４】このように構成されたフォトレジストパタ
ーン形成装置において、図１に示すようにして、パター
ンの寸法測定が実施される。この図１は図４のテスト露
光（モード１）を縮小投影露光装置で実施した場合の寸
法測定実施例である。

【００２５】縮小投影露光装置１１では、テスト露光の
モード１１を設定すると、図４の横方向の露光量設定と
縦方向のフォーカスオフセット値設定とを露光ショット
毎に可変設定することが可能となり、各露光条件設定を
入力することにより、露光条件をマトリックス状に変化
させたテスト露光を実行する（ステップＱ１〜Ｑ２）。

【００２６】ここで、露光条件の設定内容について説明
する。テスト露光のモード１を設定した場合には、露光
量とフォーカスオフセット値をマトリクス状に変化させ
るため、ウエハセンターでの露光量とフォーカスオフセ
ット値、並びにショット毎に変化させる露光量・フォー
カスオフセット値の変化量（以下、ステップ量という）
を設定する。

【００２７】テスト露光終了後、縮小投影露光装置１１
から寸法測定制御装置１２へ露光ウエハのＩＤと共に露
光条件を転送する（ステップＱ３）。ここで、縮小投影
露光装置１１から寸法測定制御装置１２へ転送される露
光条件とは、テスト露光のモード、ウエハセンターでの
露光量及びフォーカスオフセット値、並びにショット毎
のステップ量である。なお、モード２又は３の場合に
は、最初に露光するショットの露光量又はフォーカスオ
フセット値と、露光量又はフォーカスオフセット値のス
テップ量となる。

【００２８】続いて、現像工程を経てレジストパターン
が形成されたウエハを寸法測定器１３へセットする（ス
テップＱ４）。

【００２９】続いて、寸法測定器１３へ測定条件を登録
する。即ち、寸法測定器１３からウエハの認識ＩＤを寸
法制御装置１２に転送し、そのウエハの寸法測定条件を
要求する。具体的には、ウエハのＩＤを使用し、ウエハ
寸法制御装置１２から、寸法測定を実施すべき露光ショ
ットのデータを呼び出し、これを寸法測定器１３へ転送
して設定する（ステップＱ５）。ここで、寸法測定制御
装置１２からは、テスト露光のモードに従い、モ−ド１
の場合にはウエハセンター部の縦方向１列、及び横方向
１列の各ショット毎に寸法を測定するように、測定条件
が指定される。モード２、３の場合には、ウエハ左上の
ショットから螺旋状に各ショット毎の寸法を測定するよ
うに測定条件が指定される。

【００３０】このような測定条件に基づき、測定者が寸
法測定器１３にてウエハのパターン寸法を測定する（ス
テップＱ６）。

【００３１】続いて、寸法測定器１３はこの寸法測定結
果をウエハＩＤと共に寸法測定制御装置１３へ転送する
（ステップＱ７）。

【００３２】寸法測定制御装置においては、前記露光条
件と前記寸法測定結果との相関データを図７，８のよう
なグラフ又は表として算出する（ステップＱ８）。

【００３３】これらのデータから、ウエハに対する縮小
投影露光装置１１の最適露光条件が決定される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
縮小投影露光装置から寸法制御装置を介して寸法測定器
へ露光条件を転送することにより、寸法制御装置がテス
ト露光のモードを判別し、テスト露光のモードに対応し
た測定位置を寸法測定器へ指定することができるので、
テスト露光のモードに対応して、寸法測定器が自動的に
ウエハ内での測定すべきショットの位置を決定すること
ができる。

【００３５】また、本発明により、寸法制御システムへ
露光条件と寸法測定結果を転送することにより、寸法測
定結果と、測定を行ったショットの露光量及びフォーカ
スオフセット値とを関連づける寸法測定結果と露光条件
との相関データを表又はグラフ等として算出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るフォトレジストパターン
の形成方法を示すフローチャート図である。

【図２】同じく、そのブロック図である。

【図３】従来のフォトレジストパターン形成方法を示す
フローチャート図である。

【図４】テスト露光の方法（モード１）を示す模式図で
ある。

【図５】テスト露光の方法（モード２）を示す模式図で
ある。

【図６】テスト露光の方法（モード３）を示す模式図で
ある。

【図７】露光量とパターン寸法との相関関係を示すグラ
フ図である。

【図８】フォーカスオフセット値とパターン寸法との相
関関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１：ウエハ ２：露光ショット ３：最初に露光するファーストショット ４：露光量（単位：ｍｓｅｃ） ５：フォーカス値（単位：ｕｍ） １１：縮小投影露光装置 １２：寸法測定制御装置 １３：寸法測定器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ面上に塗布されたフォトレジスト
   膜へマスクパターンの転写を行う縮小投影露光装置の露
   光処理時の露光ショット毎の露光量及び露光ショット毎
   のフォーカスオフセット値からなる露光条件をデータと
   して保持する工程と、前記データに基づいてウエハ面上
   のフォトレジスト膜へマスクパターンを縮小投影露光す
   る工程と、露光処理が終了したフォトレジスト膜を現像
   処理する工程と、前記露光ショット毎の露光条件データ
   に基づき現像処理後のパターン形成部の寸法測定位置を
   決定する工程とを有することを特徴とするフォトレジス
   トパターン形成方法。
2. 【請求項２】 寸法測定制御装置と、ウエハ面上に塗布
   されたフォトレジスト膜へマスクパターンを転写し露光
   処理時の露光ショット毎の露光量及び露光ショット毎の
   フォーカスオフセット値からなる処理条件を前記寸法測
   定制御装置に転送する縮小投影露光装置と、前記寸法測
   定制御装置に寸法測定位置に関する条件を要求し前記寸
   法測定制御装置から寸法測定位置に関する条件の転送を
   受けて前記寸法測定位置に関する条件に基づいてパター
   ン寸法を測定し寸法測定結果を前記寸法測定制御装置に
   転送する寸法測定器と、を有することを特徴とするフォ
   トレジストパターン形成装置。
3. 【請求項３】 前記寸法測定制御装置は、露光時の処理
   条件と、寸法測定結果との相関データを作成することを
   特徴とする請求項２に記載のフォトレジストパターン形
   成装置。