JP4158418B2 - レジストパターン幅寸法の調整方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジスト膜が塗布されたウエハに対し、露光装置から照射され、かつライン状又は円状のマスクパターンを反射した光又は透過した光を露光することで形成されるレジストパターンの長手方向と直交する幅方向の寸法又は径方向の寸法であるレジストパターン幅寸法の調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体集積回路(LSI)の製造過程では、半導体集積回路基板(以下、「ウエハ」という)上に、集積回路パターンの転写像であるレジストパターンを形成するフォトリソグラフィ工程と、フォトリソグラフィ工程で形成したレジストパターンを阻止部として機能させて、下地膜の不要部分を除去するエッチング工程とを繰返し行うことによって、ウエハ上にLSIの立体構造を形成する。
【0003】
フォトリソグラフィ工程では、より詳しくは、ウエハ上に感光性高分子膜(以下、「レジスト膜」という)を塗布した後、紫外線などの露光光を、ガラス基板上に露光光に対して遮光性を有するクロム等により集積回路パターンを形成したホトマスク(以下、「レチクル」という)に照射し、等倍又は縮小光学系によりその反射光又は透過光をウエハ表面上に結像させて露光することで集積回路パターンを転写する。これをX軸方向及びY軸方向にウエハを移動させながら繰返し行うことでウエハ全面を露光したら、アルカリ現像して、ウエハ上に集積回路パターンの転写像であるレジストパターンを形成する。
【0004】
ここで、LSIが作り上げられるまでに幾多のフォトリソグラフィ工程を経るが、各フォトリソグラフィ工程では、それ以前に行ったフォトリソグラフィ工程で形成されたレジストパターン(以下、「下地パターン」という)と、高精度で位置合わせを行ってレジストパターンを形成する必要がある。このため、フォトリソグラフィ工程で使用する露光装置では、ウエハとレチクルの位置を正確に検出する機構が備えられている。
【0005】
前記ウエハとレチクルとの位置合わせを行い、露光が行われると、ウエハ面上に結像して形成される実際のレチクルパターンの転写像(レジストパターン)が形成される。
【0006】
ここで、例えば細幅線状のラインパターンをレジストパターンとしてウエハ上に形成する際、前記レジストパターンの長手方向と直交する幅方向の寸法(レジストパターン幅寸法)を所望の寸法に調整する必要があり、従来より公知のレジストパターン寸法の調整方法は、次に述べるような方法により行われている。
【0007】
まず、半導体デバイスの製造ロット毎に任意の1枚又は2枚程度のウエハを用いて前記ウエハ上にレジストパターンの形成(以下、「レジストパターン形成」という。)が行われる(以下、「テスト露光」という。)。前記レジストパターン形成は、レジスト膜の塗布、露光装置によって前記レジスト膜への露光、及び前記露光された後に前記レジスト膜に露光された潜像をアルカリ現像することにより行われる。
【0008】
次に、前記レジストパターンが形成されたウエハに対して、前記ウエハ面内の複数の露光ショット、及び同一の露光ショット(以下、「同一露光ショット」という。)の内部に設けられた1ポイント又は複数のポイントのレジストパターンの幅寸法(以下、「レジストパターン寸法」という。)が、寸法測定機(一例として、SEM)により測定される。
【0009】
レジストパターン幅寸法は、露光量によって変化することから、前記測定されたレジストパターン幅寸法(以下、「実測レジスト幅寸法」という。)と目標としている所望のレジスト幅寸法(以下、「目標レジスト幅寸法」という。)との差に基づいて、テスト露光の際の露光量に対する補正が行われる。
【0010】
上述のレジストパターン幅寸法の調整方法では、前記レジストパターン幅寸法の調整を行うパラメータが、露光装置の露光量のみとなっている。すなわち、露光装置の露光量のみを調整することで、上述のレジストパターン幅寸法の調整が行われる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のレジストパターン幅寸法に影響を及ぼすパラメータは上述した露光量以外にも様々存在し、前記レジストパターン幅寸法への影響が顕著なものに露光装置の焦点位置がある。前記露光装置の焦点位置が変化すると、同一の露光量でレジストパターン形成を行った場合でもレジストパターン幅寸法が変化してしまう。このため、隣り合うレジストパターン同士がつながったり、前記レジストパターンが十分に形成されず、倒れたりする等の不良(いわゆるパターン不良)が生じる場合がある。また、露光装置には、レジストパターン形成に最適な焦点位置として予め基本設定焦点位置が設定されている。しかしながら、前記露光装置では、前記露光装置の安定性の問題によって、前記基本設定焦点位置が変動してしまう場合がある。このため、露光装置の露光量を調整するだけでは、実測レジスト幅寸法が目標レジスト幅寸法とならない場合があった。
【0012】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、レジストパターン幅寸法を調整する精度が向上するレジストパターン幅寸法の調整方法を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、レジスト膜が塗布されたウエハに対し、露光装置から照射され、かつライン状又は円状のマスクパターンを反射した光又は透過した光を露光することで形成されるレジストパターンの長手方向と直交する幅方向の寸法又は径方向の寸法であるレジストパターン幅寸法の調整方法であって、前記マスクパターンの長手方向と直交する幅方向又は前記径方向に対し、互いに隣り合うマスクパターンとマスクパターンとが周期的に形成されている寸法であるパターンピッチ、或いは前記幅方向又は前記径方向に対し、互いに隣り合うマスクパターンとマスクパターンとの間の寸法であるパターン間隔が異なり、かつ前記マスクパターンの前記幅方向の寸法又は前記径方向の寸法であるマスクパターン幅寸法が同一である2種類のマスクパターンを反射した光又は透過した光で前記2種類のマスクパターンと対応する2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成し、前記2種類のレジストパターンのレジストパターン幅寸法を各々測定し、前記レジストパターン幅寸法同士の差及び予め取得された前記2種類のレジストパターンの形状データに基づいて、前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の実際の焦点位置である実測焦点位置を求め、前記露光装置の予め設定された焦点位置である基本設定焦点位置と前記実測焦点位置とのずれ量に基づいて前記基本設定焦点位置を補正して前記ウエハに対して露光することによってレジストパターンを形成することを特徴としている。
【0014】
請求項1に記載の発明によれば、テスト露光として2種類のレジストパターンが前記ウエハ上に形成される。形成された前記2種類のレジストパターンのレジストパターン幅寸法は、例えばSEM(電子顕微鏡)等によって測定されればよい。測定された前記レジストパターン幅寸法に基づいて、前記露光装置の予め設定された基本設定焦点位置からのずれ量を求め、前記基本設定焦点位置からのずれ量に基づいて、前記基本設定焦点位置からのずれ量分を補正して前記ウエハに対して露光し、レジストパターンが形成される。基本設定焦点位置からのずれ量に基づいて、露光装置の前記基本設定焦点位置からのずれ量分を補正することで、前記露光装置の露光量を調整できる範囲が従来よりも拡大され、レジストパターン幅寸法を調整する精度が向上する。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記レジストパターン幅寸法同士の差、前記露光装置により基本設定露光量で前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の焦点位置と当該2種類のレジストパターン幅寸法同士の差との関係を示すデータ、及び予め取得された前記2種類のレジストパターンの形状データに基づいて、前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の実際の焦点位置である実測焦点位置を求めるものである。
【0015】
請求項3に記載の発明は、レジスト膜が塗布されたウエハに対し、露光装置から照射され、かつライン状又は円状のマスクパターンを反射した光又は透過した光を露光することで形成されるレジストパターンの長手方向と直交する幅方向の寸法又は径方向の寸法であるレジストパターン幅寸法の調整方法であって、前記マスクパターンの長手方向と直交する幅方向又は前記径方向に対し、互いに隣り合うマスクパターンとマスクパターンとが周期的に形成されている寸法であるパターンピッチ、或いは前記幅方向又は前記径方向に対し、互いに隣り合うマスクパターンとマスクパターンとの間の寸法であるパターン間隔が異なり、かつ前記マスクパターンの前記幅方向の寸法又は前記径方向の寸法であるマスクパターン幅寸法が同一である2種類のマスクパターンを反射した光又は透過した光で前記2種類のマスクパターンと対応する2種類のレジストパターンを前記ウエハ上の同一の露光ショット内の複数のポイントで形成し、前記複数のポイントにおいて、前記2種類のレジストパターンのレジストパターン幅寸法を各々測定し、前記複数のポイント毎の前記レジストパターン幅寸法同士の差及び予め取得された前記2種類のレジストパターンの形状データに基づいて、前記複数のポイント毎の、前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の実際の焦点位置である実測焦点位置を求め、前記露光装置の予め設定された焦点位置である基本設定焦点位置と前記実測焦点位置との第1ずれ量を求め、前記第1ずれ量及び前記複数のポイントの座標データに基づいて前記同一の露光ショット内の全域での基本焦点位置であるトータル基本設定焦点位置からの第2ずれ量を求め、前記第1ずれ量及び前記第2ずれ量に基づいて、前記基本設定焦点位置及び前記トータル基本設定焦点位置を補正して前記ウエハに対して露光することによってレジストパターンを形成することを特徴としている。
【0016】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様にして、レジストパターンの形成される同一の露光ショット内の複数のポイントにおいて、レジストパターン幅寸法が測定される。前記レジストパターン幅寸法に基づいて、前記露光装置の基本設定焦点位置からのずれ量及び前記露光ショット内全域の基本設定焦点位置からのずれ量(トータル基本設定焦点位置からのずれ量)が求められる。前記基本設定焦点位置からのずれ量と前記トータル基本設定焦点位置からのずれ量とに基づいて、前記基本設定焦点位置からのずれ量分及び前記トータル基本設定焦点位置からのずれ量分が補正される。これにより、前記露光装置の露光量を調整できる範囲が従来よりも拡大され、レジストパターン幅寸法を調整する精度が向上する。
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記複数のポイント毎の前記レジストパターン幅寸法同士の差、前記露光装置により基本設定露光量で前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の焦点位置と当該2種類のレジストパターン幅寸法同士の差との関係を示すデータ、及び予め取得された前記2種類のレジストパターンの形状データに基づいて、前記複数のポイント毎の、前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の実際の焦点位置である実測焦点位置を求めるものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の第1の実施形態を詳細に説明する。
【0018】
(第1の実施の形態)
図1に本発明が適用された露光装置の概略構成図を示す。図1に示すように、露光装置10は、予めレジスト膜が塗布されたウエハ12を支持するためウエハ支持手段としてのウエハステージ14と、ウエハステージ14に支持されたウエハ12の位置を検出するためのウエハ位置検出器16と、集積回路パターンが形成されたレチクル18を支持するためレチクル支持手段としてのレチクルステージ20と、レチクルステージ20に支持されたレチクル18の位置を検出するためのレチクル位置検出器22と、レチクルステージ20に支持されたレチクルに向けて露光光を照射する光源24と、レチクルの透過光をウエハステージ14上のウエハ表面に結像させるための結像光学系26と、ウエハステージ14及びレチクルステージ20によるウエハ及びレチクルの支持位置を制御するためのコントローラ28と、を備えて構成されている。また、前記コントローラ28は、前記光源24に接続されており、前記光源24の露光量を制御するようになっている。
【0019】
また、本実施の形態では、レチクルの透過光を結像光学系でウエハ表面に結像させる所謂投影型の露光装置を例に説明するが、反射型でもよい。
【0020】
以下、各部材について詳細に説明する。
【0021】
ウエハステージ14は、ウエハ12を支持する支持面を結像光学系の光軸方向(以下、Z軸)、及びZ軸に直交する平面を規定するX、Y軸の各々に沿って平行移動させたり、各軸回りに回転させたりする従来公知の位置調整部14Aを備えている(各軸方向は図2参照)。
【0022】
ウエハステージ14では、この位置調整部14Aにより、支持面をZ軸に沿って平行移動させて、支持中のウエハ12表面を結像光学系26へ向けて近付けたり遠ざけたりしてフォーカス位置の調整をすることができる。また、支持面をX、Y軸回りに回転させてウエハ表面を水平(Z軸に対して垂直)に保ったり、X、Y軸方向に平行移動させたり、Z軸回りに回転させたりして、ウエハ12の位置決めを行うことができる。更に、各露光ショット毎にX、Y軸方向に沿って支持面を平行移動させることで、ウエハ12表面上の露光位置を移動させることもできる。なお、ウエハステージ14の位置調整部14Aの駆動は、コントローラ28によって制御される。
【0023】
ウエハ位置検出器16には、例えばCCDカメラなどの撮像装置を用いることができ、ウエハステージ14上を撮影可能な位置に設置されている。この撮影結果は、A/D変換器(図示省略)を介してコントローラ28に入力され、コントローラ28による位置調整部14Aの制御に用いられる。
【0024】
詳しくは、コントローラ28は、ウエハステージ14が該ステージ上に搬送されてきたウエハ12を支持しているときに撮影した撮影結果データを用いて、この撮影結果データに画像処理を施すなどして、ウエハ12に形成されているアライメントマークを検出してウエハの位置を検出(把握)する。コントローラ28は、このアライメントマークの検出結果に基づいて、アライメントマークが予め定められた所定の基準位置に合うようにウエハステージ14の位置調整部14Aの駆動を制御することで、ウエハの精密な位置合わせを行う。ここで、前記位置調整部14AのZ方向の位置を調整することで、ウエハ12に対する焦点位置が変更されるようになっている。
【0025】
なお、ウエハ12は、図示しないプリアライメント装置によって、ウエハ12の外周面に設けられている切り欠き部30(図2参照)をCCDカメラやレーザビーム位置装置などを用いて検出して、大まかな位置合わせが行われた後、ウエハステージ14に搬送されるようになっている。
【0026】
レチクルステージ20は、レチクル18を支持する支持面をX、Y軸に沿って移動させたり、Z軸回りに回転させる従来公知の位置調整部20Aを有している。レチクルステージ20では、この位置調整部20Aにより、支持面をX、Y軸に沿って平行移動させたり、Z軸回りに回転させたりして、レチクル18の位置決めを行うことができる。なお、レチクルステージ20の位置調整部20Aの駆動は、コントローラ28によって制御される。
【0027】
ここで、図2に示すように、本実施の形態で用いるレチクル18は、矩形状に成形され、且つその表面には少なくとも2箇所にレチクルアライメントマーク32が形成されている。
【0028】
レチクル位置検出器22は、レチクルステージ20にこのレチクル18が支持されたときに、該レチクル18表面上からレチクルアライメントマーク32を検出するための少なくとも2つのレチクル顕微鏡34で構成されている。
【0029】
このレチクル位置検出器22の検出結果は、A/D変換器(図示省略)を介してコントローラ28に入力され、コントローラ28による位置調整部20A、14Aの制御に用いられる。
【0030】
コントローラ28は、レチクル位置検出器22の検出結果が入力され、この検出結果に基づいて、レチクルステージ20の位置調整部20Aを制御する。
【0031】
光源24には、KrFエキシマレーザなどの従来より露光装置に用いられている一般的な光源を用いることができる。また、結像光学系26も、レチクル18に形成されている回路パターンを縮小して結像させる縮小レンズなどの従来より露光装置に用いられている一般的な結像光学系を用いることができる。
【0032】
ところで、ウエハ12上には、1回の露光で光が照射される領域である露光ショット12Aが設けられている。本実施の形態では、前記露光ショット12Aに形成されるレジストパターンとして、細幅線状のラインパターンを用いている。
【0033】
図1に示される如く、前記ウエハ12が現像装置35に搬送されると、上述した露光装置10によりウエハ12上に記録された潜像は、アルカリ現像される。
【0034】
また、ウエハ12上に形成されたレジストパターン(ラインパターン)の長手方向と直交する幅方向の寸法(以下、「レジストパターン幅寸法」という。)は、測長機36により測定される。なお、測長機36には、例えばSEM(電子顕微鏡)などが用いられればよい。
【0035】
図3(A)には、本実施の形態に係るレジストパターン幅寸法を調整するために用いる、レチクル18に形成されたマスクパターン18A及び18Bが示されている。
【0036】
上述したマスクパターン18A又は18Bは、光源24からの光を遮光する遮光部38A又は38Bと、前記光源24からの光を透過させる領域である透過部40A又は40Bと、から構成されている。前記レチクル18のマスクパターン18A又は18Bの遮光部38A又は38Bは、図3(A)に示される如く、ラインパターンとなっており、前記ラインパターンの長手方向と直交する幅方向の寸法(以下、「マスクパターン幅寸法」という。)が同じとなっている。ここでは、前記遮光部38A及び38Bのマスクパターン幅寸法が共にlに設定されている。
【0037】
また、マスクパターン18Aとマスクパターン18Bとでは、上述した幅方向に対し、互いに隣り合うラインパターンとラインパターンとが形成されている寸法(パターンピッチ)42Aの値と42Bの値とが異なっている。また、前記幅方向に対し、互いに隣り合うラインパターンとラインパターンとの間の寸法(パターン間隔)44Aの値と44Bの値とが異なる。すなわち、レチクル18には、マスクパターン幅寸法は同一であるが、パターンピッチとパターン間隔とが互いに異なる2種類のマスクパターン18A及び18Bが設けられている。なお、図3(A)において、上述したレチクル18に形成されたマスクパターン18A及び18Bは、細幅線状のラインパターンとなっているが、これに代えて円状のコンタクトホールパターンでもよい。コンタクトホールパターンが用いられる場合には、前記コンタクトホールパターンの径方向の寸法(直径)をレジストパターン幅寸法とすればよい。
【0038】
図3(B)には、マスクパターン18Aに対応するレジストパターン200Aと、マスクパターン18Bに対応するレジストパターン200Bと、が示されている(以下、レジストパターン200A及び200Bを総称して「特定レジストパターン」ともいう。)。ここで、ウエハ12上に形成された前記レジストパターン200A及び200Bの各々のレジストパターン幅寸法が、上述した測長機36によって測定される。なお、ここでは、レジストパターン200A及び200Bは、説明の便宜上、マスクパターン18A及び18Bよりも大きく図示されている。
【0039】
ここでは、ウエハ12上に形成されたレジストパターン200A及び200Bのそれぞれのレジストパターン幅寸法がL、L´である場合が示されている。一般に、マスクパターン18A及び18Bのマスクパターン幅寸法が共に同一であっても、ウエハ12上に形成されたレジストパターン200A及び200Bのレジストパターン幅寸法が異なってしまう。
【0040】
図4には、レジストパターン幅寸法の焦点位置依存性を示すグラフが示されている。
【0041】
前記レジストパターン幅寸法L及び前記レジストパターン幅寸法L´は、露光装置10の露光量及び焦点位置によって、値が変動する。図4では、前記レジストパターン200A又は前記レジストパターン200Bを形成した際における露光量をパラメータとして、前記レジストパターン200A又はレジストパターン200Bを形成した際の焦点位置と、測長機36によって測定された前記レジストパターン幅寸法L又は前記レジストパターン幅寸法L´と、の関係が示されている。ここでは、20個のレジストパターン幅寸法を測定して得られた幅寸法の焦点位置依存性を示すデータ(以下、「幅寸法データ」という。)をグラフ化している。図4に示されるグラフは、異なる4種類の露光量に対し、それぞれ焦点位置を5段階に変更して得られたものである。なお、図4では、20個の幅寸法データが示されているが、これに限らず、後述する幅寸法差ΔLのデータを得られるために十分な個数であればよい。
【0042】
本実施の形態では、上述したレジストパターン幅寸法Lとレジストパターン幅寸法L´との差(以下、「幅寸法差」という。)の絶対値をΔLとし、
ΔL=|L´−L|
で表す。
【0043】
本実施の形態では、上述したレジストパターン200Aのレジストパターン幅寸法Lを基準として、上述した幅寸法差ΔLの値を利用して、レジストパターン幅寸法の調整を行う。すなわち、前記レジストパターン200Aを基準とするレジストパターン(以下、「基準レジストパターン」ともいう。)として、レジストパターン幅寸法の調整を行うようにしている。
【0044】
図5には、幅寸法差ΔLの焦点位置依存性を示すグラフが示されている。
【0045】
図5では、前記レジストパターン200A及び前記レジストパターン200Bを形成した際における露光量をパラメータとして、前記レジストパターン200A及びレジストパターン200Bを形成した際の焦点位置と、前記幅寸法差ΔLと、の関係が示されている。ここでは、30個(レジストパターン200A及びレジストパターン200Bで構成される15組)のレジストパターン幅寸法から得られた幅寸法差の焦点位置依存性を示すデータ(以下、「幅寸法差データ」という。)をグラフ化している。
【0046】
なお、本実施の形態では、レジストパターン200Aを基準レジストパターンとしているが、レジストパターン200Bを基準パターンとしてもよい。また、マスクパターン18A又は18Bとは異なるマスクパターンを用意し、前記異なるマスクパターンと対応するレジストパターンが基準レジストパターンとなるようにしても良い。
【0047】
以下に、第1の実施の形態の作用について説明する。
【0048】
図6には、第1の実施の形態におけるレジストパターン幅寸法を調整する際のフローチャートが示されている。
【0049】
ウエハステージ14上にウエハ12が載置されると(ステップ100)、ステップ102へ移行し、幅寸法差ΔLのデータが取得済みであるか否かが判断される。前記判断が肯定されると後述するステップ112へ移行し、前記判断が否定されるとステップ104へ移行する。
【0050】
ステップ104では、半導体デバイスの製造ロットあるいは成膜済みでレジストパターンが形成されていないウエハ12に対して、前記露光装置10の露光量及びレジストパターンの焦点位置を露光ショット12A毎に変更して特定レジストパターン(レジストパターン200A及び200B)を形成する。前記特定レジストパターンが形成されると、ステップ106へ移行する。
【0051】
ステップ106では、前記露光ショット12A毎に形成された特定レジストパターンのレジストパターン幅寸法が測長機36により測定される。より詳細には、レジストパターン200Aのレジストパターン幅寸法Lと、レジストパターン200Bのレジストパターン幅寸法L´とが測定される。前記レジストパターン幅寸法Lと前記レジストパターン幅寸法L´とが測定されると、ステップ108へ移行する。
【0052】
ステップ108では、前記レジストパターン200A及び前記レジストパターン200Bを形成した際における露光量をパラメータとして、前記レジストパターン200A及びレジストパターン200Bを形成した際の焦点位置と、測長機36によって測定された前記レジストパターン幅寸法L及び前記レジストパターン幅寸法L´と、の関係を示す幅寸法データが、作成される。前記幅寸法データは、図4に示される如く、露光量が異なると、焦点位置が同じであってもレジストパターン幅寸法が異なることを示す。前記幅寸法データが作成されると、ステップ110へ移行する。
【0053】
ステップ110では、ステップ108において求められた前記レジストパターン200A及びレジストパターン200Bを形成した際における焦点位置と、幅寸法差ΔLと、の関係を示す幅寸法差データが、上述したステップ108で求められた幅寸法データに基づいて作成される。ここで、上述した幅寸法データ及び幅寸法差データは、レジストパターンのレジストパターン幅寸法を調整する際、一度だけ得られればよい。前記幅寸法差データが作成されると、ステップ112へ移行する。
【0054】
ステップ112では、ウエハ12上にレジストパターン200Aとレジストパターン200Bとを形成する際の製造条件、規格等に応じて、基本設定露光量及び基本設定焦点位置が設定される。前記ウエハ12に対する露光が基本設定露光量及び基本設定焦点位置60(図5参照)で行われ、上述した2種類のレジストパターンであるレジストパターン200Aとレジストパターン200Bとがウエハ12上に形成される。前記レジストパターン200Aとレジストパターン200Bとがウエハ12上に形成されると、ステップ114へ移行する。
【0055】
ステップ114では、ステップ112において形成された2種類のレジストパターン200Aのレジストパターン幅寸法Lとレジストパターン200Bのレジストパターン幅寸法L´とが、測長機36によって測定される。前記レジストパターン幅寸法Lと前記レジストパターン幅寸法L´とが測定されると、ステップ116へ移行する。
【0056】
ステップ116では、ステップ114における前記測定の結果として取得されたデータから基準レジストパターンであるレジストパターン200Aのレジストパターン幅寸法Lのウエハ12面内平均値と前記レジストパターン200Bのレジストパターン幅寸法L´のウエハ12面内平均値とが求められる。これは、ウエハ12に反りが生じている場合等があることから、前記レジストパターン幅寸法Lのウエハ12面内平均値と前記レジストパターン幅寸法L´のウエハ12面内平均値とを求めることで、ウエハ12の全ての露光ショット12Aにレジストパターンを形成する際における最適な焦点位置が求められるようにしているからである。前記レジストパターン幅寸法Lのウエハ12面内平均値と前記レジストパターン幅寸法L´のウエハ12面内平均値とが求められると、ステップ118へ移行する。
【0057】
ステップ118では、ステップ110で作成した幅寸法差ΔLのデータに基づき、基本設定焦点位置からのずれ量を求める処理を行う。
【0058】
具体的には、前記レジストパターン幅寸法Lのウエハ12面内平均値と前記レジストパターン幅寸法L´のウエハ12面内平均値との幅寸法差ΔLを上述した幅寸法差データ(図5参照)における幅寸法差62とし、曲線54乃至58のうち前記基本設定露光量と対応した曲線と前記幅寸法差62との交点からステップ114での実際の焦点位置(以下、「実測焦点位置」という。)が求められる。
【0059】
ここで、図5には、前記基本設定露光量と対応した曲線が曲線56である場合が示されている。ここで、基本設定焦点位置からのずれが生じている場合には、ステップ112での実測焦点位置は、実測焦点位置の第1候補64又は実測焦点位置の第2候補66の何れか一方となるが、ステップ112での実測焦点位置を決定するための判断は、予め取得されたレジストパターン200A及びレジストパターン200Bの形状データ(パターン形状データ)に基づいて行われる。
【0060】
より詳細には、基本設定焦点位置からのずれが生じている場合、実測焦点位置が基本設定焦点位置に対する前記第1候補64であるか前記第2候補66であるかによって、測定されたレジストパターン200A及びレジストパターン200Bの形状が異なる。例えば、基本設定焦点位置に対する前記第1候補64でのレジストパターン形成と前記第2候補66でのレジストパターン形成とでは、レジストパターン200A及びレジストパターン200Bの断面形状が異なる。
【0061】
そこで、実測焦点位置によってレジストパターン200A及びレジストパターン200Bの形状が異なる性質を、上述したパターン形状データとしておく。前記パターン形状データを用いて、テスト露光された際の実測焦点位置が前記第1候補64であるか前記第2候補66であるかの判断を行う。
【0062】
基本設定焦点位置と求められた実測焦点位置とから、前記基本設定焦点位置からのずれ量が求められる。
【0063】
より詳細には、前記パターン形状データに基づいて、テスト露光時の実測焦点位置が前記第1候補64の場合、基本設定焦点位置からのずれがなければ、テスト露光時の前記第1候補64と基本設定焦点位置60は一致する。しかしながら、露光装置10の基本設定焦点位置にずれが生じている場合には、図5に示される如く、前記第1候補64と基本設定焦点位置60とが一致しないことになる。前記第1候補64と前記基本設定焦点位置60との差が、基本設定焦点位置からのずれ量となる。前記基本設定焦点位置からのずれ量が、基本設定焦点位置を補正する補正量である焦点位置補正量68となる。
【0064】
ところで、前記基本設定焦点位置の焦点位置補正量68が求められると、ステップ120へ移行する。
【0065】
ステップ120では、ステップ118で求められた焦点位置補正量68に応じて、前記ステップ112で設定された基本設定焦点位置60が補正される。すなわち、前記基本設定焦点位置60を前記焦点位置補正量68に応じて補正し、前記第1候補64が新たな焦点位置(以下、「補正焦点位置」という。)として設定される。前記補正焦点位置が設定されると、ステップ122へ移行し、テスト露光を終了し、レジストパターン幅寸法の調整が終了する。前記レジストパターン幅寸法の調整が終了すると、ステップ122へ移行する。
【0066】
ステップ122では、上述した補正焦点位置で、レジストパターンの形成が行われる。ここで、補正焦点位置を前記第1候補64に固定し、新たなレジストパターン形成が行われる。これにより、従来よりもレジストパターン幅寸法の調整の精度が向上する。
【0067】
第1の実施の形態のレジストパターン幅寸法の調整方法では、2種類のレジストパターン200Aの幅寸法Lとレジストパターン200Bの幅寸法L´との寸法差ΔLに基づいて、露光装置10の最適焦点位置として予め設定されている基本設定焦点位置からのずれが求められる。このため、上述したレジストパターン幅寸法L及びレジストパターン幅寸法L´の焦点位置依存性が大きくなるようなマスクパターンでレジストパターンを形成すると、基本設定焦点位置からのずれの検出感度が比較的高くなる。前記焦点位置依存性が大きくなるレジストパターンには、例えば上述の2種類のレジストパターンのうち一方のレジストパターンをパターン間隔の十分広い(数μm以上)レジストパターン、他方のレジストパターンを解像限界に近いパターンピッチを持つレジストパターンが用いられればよい。
【0068】
なお、第1の実施の形態では、マスクパターン18A及び18Bを透過した光を露光することによってレジストパターン200A及び200Bが形成されるものとしたが、これに限らず、前記マスクパターン18A及び18Bを反射した光を露光することによってレジストパターン200A及び200Bが形成されるようにしてもよい。
【0069】
以上説明した如く、第1の実施の形態によれば、露光装置10の焦点位置が基本設定焦点位置を定めた時から半導体デバイスの製造ロット処理時までの間に変動してしまう場合があるが、前記基本設定焦点位置からのずれ量分を補正するため、前記露光装置の露光量を調整できる範囲が従来よりも拡大され、レジストパターン幅寸法を調整する精度が向上する。
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0070】
以後、上述した第1の実施の形態と同一構成・同一作用の箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【0071】
第2の実施の形態は、基本設定として、ウエハ12上の露光ショット12A内でのレジストパターン形成に最適な傾斜オフセットを行う場合に行われるものである。
【0072】
ここで、「傾斜オフセット」とは、同一の露光ショット12A内の複数のポイントにおいて焦点位置を調整することをいう。
【0073】
図7(A)には、本実施の形態に係る、マスクパターン18A及び18Bのレチクル18上での配置箇所(ポイント)70A〜70Eが示されている。また、図7(B)には、レジストパターン200Aと200Bとを1組としたレジストパターンの露光ショット12A上での形成位置であるポイント72A〜72Eが示されている。
【0074】
前記ポイント72A〜72Eは、順に上述したポイント70A〜70Eと対応している。前記ポイント70A〜70Eに配置されたマスクパターン18A及び18Bと対応する、レジストパターン200Aと200Bとを1組としたレジストパターンが、前記ポイント72A〜72Eに形成されるようになっている。
【0075】
すなわち、前記ウエハ12の各露光ショット12Aにおいて、前記ポイント70A〜70Eと対応する箇所であるポイント72A〜72Eの各々に前記マスクパターン18A及び18Bに対応したレジストパターン200A及び200Bが形成されるようになっている。
【0076】
第2の実施の形態では、同一の露光ショット12A内の5つのポイントにおいて、第1の実施の形態で説明したレジストパターン200Aとレジストパターン200Bとで構成されるレジストパターンの組が形成されるようになっている。
【0077】
ウエハ12上の同一露光ショット12A内に形成されたレジストパターンのレジストパターン寸法は、上述した組ごとに測定され、それぞれの露光ショット内位置での幅寸法差データとして計算される。
【0078】
前記幅寸法データ、幅寸法差データ、及びポイント72A〜72Eの座標のデータに基づいて、同一の露光ショット12A内での結像光学系26に起因して発生する基本焦点位置からのずれ量と、前記露光ショット12A内全域での基本焦点位置(以下、「トータル基本設定焦点位置」という。)からのずれ量が求められる。
【0079】
前記演算を行う際には、例えば最小二乗法により一次近似平面を求めればよい。露光装置10では、前記基本設定焦点位置からのずれ量と前記トータル基本設定焦点位置からのずれ量とに基づいて、前記露光装置10の焦点位置が補正できるようになっている。
【0080】
以下に、第2の実施の形態の作用について説明する。
【0081】
図8には、第2の実施の形態におけるレジストパターン幅寸法を調整する際のフローチャートが示されている。
【0082】
図7に示される如く、上述の第1の実施の形態で用いたマスクパターン18A及び18Bを用いて、前記ポイント70A〜70Eと対応する露光ショット12A内のポイント72A〜72Eにレジストパターン200Aとレジストパターン200Bとが形成される。ここで、予め前記露光ショット12A内のポイント72A〜72Eについてそれぞれ露光装置10の露光量及び焦点位置を変えた場合の幅寸法データを取得し、上述した第1の実施の形態で用いた手法と同じ手法により、半導体デバイスの製造ロット処理時の実測焦点位置により、基本設定焦点位置からのずれ量を露光ショット12A内の5箇所のポイント72A〜72Eについて求める(ステップ100〜118)。
【0083】
求められた露光ショット12A内の各ポイントでの焦点位置補正量68と前記露光ショット12A内での前記各ポイントの座標のデータとから、例えば最小二乗法により一次近似平面を求めれば、トータル基本設定焦点位置からのずれ量が求められる(ステップ126)。
【0084】
ステップ126における処理が終了すると、ステップ128へ移行し、前記露光ショット12A内での基本焦点位置からのずれ量と前記トータル基本設定焦点位置からのずれ量との2つのパラメータに応じて、テスト露光時の基本設定焦点位置及び前記基本設定焦点位置に基づくトータル基本設定焦点位置を補正する。すなわち、前記2つのパラメータに応じて新たな焦点位置(補正焦点位置)が設定される。前記補正焦点位置が設定されると、上述したステップ122での処理を経てステップ124へ移行し、レジストパターン幅寸法の調整が終了する。
【0085】
第2の実施の形態のレジストパターン幅寸法の調整方法では、2種類のレジストパターン200Aの幅寸法Lとレジストパターン200Bの幅寸法L´との幅寸法差ΔLに基づいて、露光装置10の最適な焦点位置として予め設定されている基本設定焦点位置からのずれ量が求められる。このため、上述した幅寸法L及び幅寸法L´の焦点位置依存性が大きくなるようなレジストパターンを用いると、基本設定焦点位置からのずれ及び同一露光ショット12A内での前記基本設定焦点位置からのずれの検出感度が比較的高くなる。このようなレジストパターンとしては、例えば上述の2種類のレジストパターンのうち一方のレジストパターンをパターン間隔の十分広い(数μm以上)レジストパターンとし、他方のレジストパターンを解像限界に近いパターンピッチを持つレジストパターンとすればよい。
【0086】
なお、第2の実施の形態では、マスクパターン18A及び18Bを透過した光を露光することによってレジストパターン200A及び200Bが形成されるものとしたが、これに限らず、前記マスクパターン18A及び18Bを反射した光を露光することによってレジストパターン200A及び200Bが形成されるようにしてもよい。
【0087】
以上説明した如く、第2の実施の形態によれば、露光装置10の焦点位置が基本設定焦点位置及びトータル基本設定焦点位置を定めた時から半導体デバイスの製造ロット処理時までの間に変動してしまう場合があるが、前記基本設定焦点位置からのずれ量分及び前記トータル基本設定焦点位置からのずれ量分を補正するため、前記露光装置の露光量を調整できる範囲が従来よりも拡大され、レジストパターン幅寸法を調整する精度が向上する。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、露光装置の露光量を調整できる範囲が従来よりも拡大され、レジストパターン幅寸法を調整する精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1及び第2の実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図2】本発明の第1及び第2の実施の形態に係るレチクル位置検出器及びレチクルの詳細構成と、結像光学系、ウエハとの位置関係を示す図である。
【図3】本発明の第1及び第2の実施の形態に係るレジストパターン(特定パターン)を示す図である。
【図4】本発明の第1及び第2の実施の形態に係るレジストパターン幅寸法の焦点位置依存性を示すグラフである。
【図5】本発明の第1及び第2の実施の形態に係る2種類のレジストパターンの幅寸法差の焦点位置依存性を示すグラフである。
【図6】本発明の第1の実施の形態におけるレジストパターン幅寸法を調整する際のフローチャートである。
【図7】(A)は、本発明の第2の実施の形態に係るマスクパターンのレチクル上での配置箇所を示す図であり、(B)は、レジストパターンの露光ショット上での形成箇所を示す図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態におけるレジストパターン幅寸法を調整する際のフローチャートである。
【符号の説明】
10 露光装置
12 ウエハ
12A 露光ショット
14A 位置調整部
18 レチクル
18A マスクパターン
18B マスクパターン
24 光源
26 結像光学系
28 コントローラ
35 現像装置
36 測長機
70A ポイント
70B ポイント
70C ポイント
70D ポイント
70E ポイント
72A ポイント
72B ポイント
72C ポイント
72D ポイント
72E ポイント
200A レジストパターン
200B レジストパターン
Claims (4)
- レジスト膜が塗布されたウエハに対し、露光装置から照射され、かつライン状又は円状のマスクパターンを反射した光又は透過した光を露光することで形成されるレジストパターンの長手方向と直交する幅方向の寸法又は径方向の寸法であるレジストパターン幅寸法の調整方法であって、
前記マスクパターンの長手方向と直交する幅方向又は前記径方向に対し、互いに隣り合うマスクパターンとマスクパターンとが周期的に形成されている寸法であるパターンピッチ、或いは前記幅方向又は前記径方向に対し、互いに隣り合うマスクパターンとマスクパターンとの間の寸法であるパターン間隔が異なり、かつ前記マスクパターンの前記幅方向の寸法又は前記径方向の寸法であるマスクパターン幅寸法が同一である2種類のマスクパターンを反射した光又は透過した光で前記2種類のマスクパターンと対応する2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成し、
前記2種類のレジストパターンのレジストパターン幅寸法を各々測定し、
前記レジストパターン幅寸法同士の差及び予め取得された前記2種類のレジストパターンの形状データに基づいて、前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の実際の焦点位置である実測焦点位置を求め、
前記露光装置の予め設定された焦点位置である基本設定焦点位置と前記実測焦点位置とのずれ量に基づいて前記基本設定焦点位置を補正して前記ウエハに対して露光することによってレジストパターンを形成することを特徴とするレジストパターン幅寸法の調整方法。 - 前記レジストパターン幅寸法同士の差、前記露光装置により基本設定露光量で前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の焦点位置と当該2種類のレジストパターン幅寸法同士の差との関係を示すデータ、及び予め取得された前記2種類のレジストパターンの形状データに基づいて、前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の実際の焦点位置である実測焦点位置を求める請求項1記載のレジストパターン幅寸法の調整方法。
- レジスト膜が塗布されたウエハに対し、露光装置から照射され、かつライン状又は円状のマスクパターンを反射した光又は透過した光を露光することで形成されるレジストパターンの長手方向と直交する幅方向の寸法又は径方向の寸法であるレジストパターン幅寸法の調整方法であって、
前記マスクパターンの長手方向と直交する幅方向又は前記径方向に対し、互いに隣り合うマスクパターンとマスクパターンとが周期的に形成されている寸法であるパターンピッチ、或いは前記幅方向又は前記径方向に対し、互いに隣り合うマスクパターンとマスクパターンとの間の寸法であるパターン間隔が異なり、かつ前記マスクパターンの前記幅方向の寸法又は前記径方向の寸法であるマスクパターン幅寸法が同一である2種類のマスクパターンを反射した光又は透過した光で前記2種類のマスクパターンと対応する2種類のレジストパターンを前記ウエハ上の同一の露光ショット内の複数のポイントで形成し、
前記複数のポイントにおいて、前記2種類のレジストパターンのレジストパターン幅寸法を各々測定し、
前記複数のポイント毎の前記レジストパターン幅寸法同士の差及び予め取得された前記2種類のレジストパターンの形状データに基づいて、前記複数のポイント毎の、前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の実際の焦点位置である実測焦点位置を求め、
前記露光装置の予め設定された焦点位置である基本設定焦点位置と前記実測焦点位置との第1ずれ量を求め、
前記第1ずれ量及び前記複数のポイントの座標データに基づいて前記同一の露光ショット内の全域での基本焦点位置であるトータル基本設定焦点位置からの第2ずれ量を求め、
前記第1ずれ量及び前記第2ずれ量に基づいて、前記基本設定焦点位置及び前記トータル基本設定焦点位置を補正して前記ウエハに対して露光することによってレジストパターンを形成することを特徴とするレジストパターン幅寸法の調整方法。 - 前記複数のポイント毎の前記レジストパターン幅寸法同士の差、前記露光装置により基本設定露光量で前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の焦点位置と当該2種類のレジストパターン幅寸法同士の差との関係を示すデータ、及び予め取得された前記2種類のレジストパターンの形状データに基づいて、前記複数のポイント毎の、前記2種類のレジストパターンを前記ウエハ上に形成した際の実際の焦点位置である実測焦点位置を求める請求項3記載のレジストパターン幅寸法の調整方法。
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