JP4898419B2 - 露光量のおよびフォーカス位置のオフセット量を求める方法、プログラムおよびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光量のおよびフォーカス位置のオフセット量を求める方法、プログラムおよびデバイス製造方法に関する。

レチクル上のパターンをウェハ上に転写する露光技術では、転写できるパターンの微細化だけでなく、高い生産性が要求されている。そして、露光装置における露光工程において、プロセス毎、あるいは、レイヤー毎に、フォーカス位置又は露光量などの露光条件の最適な値を決定し、ウェハを露光する。

最適な露光条件（フォーカス位置及び露光量）は、例えば、走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）といった形状測定装置で所定のレジストパターン形状を測定して決定される。この場合、レジストパターン形状だけでなく、エッチング後のパターン形状の測定も行い、両者とを比較する。しかしながら、レジストの屈折率と膜厚、露光装置の露光制御、フォーカス制御、現像時間、現像液の特性、ホットプレートの不均一性、ＰＥＢ温度、時間及びレチクルの製作誤差（平坦度）等の誤差により、両者の測定値に差が生まれる。そして、ＣＤエラーや製造の歩留まりの低下などが発生する場合がある。

そこで、レジストの屈折率と膜厚を設定する手段と、それに基づいて露光量を演算及び制御する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、レチクル誤差に対して、露光量を調節することでウェハのＣＤ誤差を改善する提案がされている（特許文献２参照）。そして、ＣＤ変動がウェハに対して概ね同心円状で発生している場合の、ウェハ中心からの距離と露光量との関数を作成し、ショットごとに露光量を調整する提案が行われている（特許文献３参照）。さらに、露光結果のウェハ全面、ショット全面のＣＤ計測値から、各ショットの露光量マップを作成し、そのマップに従って露光量を制御する方法が提案されている（特許文献４参照）。

しかしながら、転写するパターンの微細化につれ、露光装置の投影光学系の開口数ＮＡは、徐々に高い値となる。そして、それに伴う焦点深度ＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）は、徐々に狭くなっている。例えば、９０ｎｍの線幅のパターンのＤＯＦは、線幅変化の１０％を許容するとしても２００ｎｍ程度となっている。

この狭いＤＯＦ化のためにも露光条件は、これまでの露光量だけを変化させてＣＤ値だけの制御でなく、フォーカス位置も変化させてＥＤウインドウの中心とする設定方法が求められている。

しかしながら、特許文献１〜４には、露光量の様々な誤差について対応したものが提案されているが、フォーカスに対する効果的な方法の提案は、行われていなかった。これは、ＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍａｔｒｉｘ）パターンの様にフォーカスを微小量ずつ変更して露光を行うことをせず、一つの露光条件から、フォーカス位置のずれ量を求める手法が確立していなかったためである。その理由の一つは、ＣＤ計測にＣＤ−ＳＥＭが使用されている点にある。一つのマークからのＣＤ計測は、ＣＤ値という一つの計測結果だけしか求まらないので、一つの変数だけしか変えることが出来ないためである。従って、特許文献１〜４は、転写できるパターンの微細化には限界があった。そこで、露光装置での露光量のオフセット量及びフォーカス位置（基板位置）のオフセット量を求める方法が提案されている（特許文献５参照）。特許文献５に記載の方法は、露光量のオフセット量及びフォーカス位置（基板位置）のオフセット量とパターンの光強度信号波形との関係をライブラリー化する。そして、ある露光量及びフォーカス位置で得られたパターンの光強度信号波形を計測する。その後、計測された光強度信号波形からライブラリーに基づいて、露光量のオフセット量およびフォーカス位置のオフセット量を求めている。
特開昭６２−１３２３１８号公報 特開平１０−０３２１６０号公報 特開平１０−０６４８０１号公報 特開２００５−０９４０１５号公報 特開２００３−１４２３９７号公報

しかしながら、特許文献５に記載の方法では、ＣＤに影響する外的要因の変動があった場合、予め用意したライブラリーが現状に適合しなくなる。外的要因としては、例えば、レジストの屈折率と膜厚、露光装置の露光制御、フォーカス制御、現像時間、現像液の特性、ホットプレートの不均一性、ＰＥＢ温度、時間及びレチクルの製作誤差（平坦度）等が挙げられる。したがって、露光量のオフセット量およびフォーカス位置のオフセット量を求めるためには、ライブラリーを適宜更新する必要がある。つまり、基板の生産性が低下してしまう。

そこで、本発明は、上記の外的要因に影響されにくい、露光量のオフセット量およびフォーカス位置のオフセット量を求める方法及びプログラムを提供する。

本発明の一側面としての方法は、原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量およびフォーカス位置のオフセット量を求める方法において、前記露光装置を用いて形成された前記基板上のパターンの形状の情報を取得する第１のステップと、前記パターンの形状の情報のうちの線幅と前記線幅の基準値とのずれ量を求める第２のステップと、前記パターンの形状の情報に基づいて前記フォーカス位置のオフセット量を求め、前記露光量のオフセット量を前記ずれ量及び前記フォーカス位置のオフセット量に基づいて求める第３のステップとを備えることを特徴とする。

本発明の別の側面としてのプログラムは、原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量およびフォーカス位置のオフセット量をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、前記露光装置を用いて形成された前記基板上のパターンの形状の情報を取得する第１のステップと、前記パターンの形状の情報のうちの線幅と前記線幅の基準値とのずれ量を求める第２のステップと、前記パターンの形状の情報に基づいて前記フォーカス位置のオフセット量を求め、前記露光量のオフセット量を前記ずれ量及び前記フォーカス位置のオフセット量に基づいて求める第３のステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、上記の外的要因に影響されずに、露光量のオフセット量およびフォーカス位置のオフセット量を求めることができる。

以下、図１を参照して、半導体製造システムを説明する。半導体製造システムは、複数の露光装置（図１では露光装置１及び２）と形状測定装置３、中央処理装置４、データベース５を含み、これらがＬＡＮ６（例えば社内ＬＡＮ）により接続された構成を有する。

露光装置１及び２は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０上に形成されたパターンをウェハ４０に露光する走査型露光装置である。

形状測定装置３は、走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）であり、原版（レチクル）を介して基板（ウエハ）を露光する露光装置を用いて基板上に形成されたパターンの立体形状の情報を取得する。

コンピュータである中央処理装置４は、パターンの立体形状の情報に基づき、その形状の情報のうちの線幅と前記線幅の基準値とのずれ量を算出し、露光量及びフォーカス位置のオフセット量を算出する。ここで、露光量およびフォーカス位置のオフセットとは、ウェハ上に目標とするパターンが形成されるときの露光量およびフォーカス位置からのずれのことをいう。また、フォーカス位置とは、具体的には露光領域における被露光体の位置のことである。その位置は投影光学系の光軸方向の位置で表される。被露光体はウェハ上のレジストなどである。

データベース５に露光装置１、２及び形状測定装置３からの各種計測値等のデータをデータベース化して保存する。そして、中央処理装置４は、露光量及びフォーカス位置の最適化を行い、露光装置１及び２に通知する。

以下、図２を参照して、露光装置１を説明する。

露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０に形成されたパターンをウェハ４０に露光する走査型露光装置である。露光装置１は、図２に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、ウェハ４０を載置するウェハステージ４５と、フォーカスチルト検出系５０と、制御部６０とを有する。制御部６０は、ＣＰＵやメモリを有し、照明装置１０、レチクルステージ２５、ウェハステージ４５、フォーカスチルト検出系５０と電気的に接続され、露光装置１の動作を制御する。本実施形態では、制御部６０は、フォーカスチルト検出系５０がウェハ４０の表面位置を検出する際に用いる光の波長を最適に設定するための演算及び制御も行う。なお、本実施形態の露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式であるが、本発明はステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも適用できる。

照明装置１０は、光源１２と、照明光学系１４とを有し、転写用のパターンが形成されたレチクル２０を照明する。

光源１２としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用することができる。しかしながら、光源としては、波長約２４８ｎｍのKｒFエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザー、波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ光源、さらには３６５ｎｍの光を発光する水銀ランプを使用してもよい。

照明光学系１４は、光源１２から射出した光束を用いて被照明面に配置した、原版であるレチクル（マスク）２０を照明する光学系である。照明光学系１４は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等から構成される。照明光学系１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズである。しかし、オプティカルインテグレーターとして、２組のシリンドリカルレンズアレイ、光学ロッド、回折光学素子を使用することもできる。

レチクル２０には転写されるべきパターンが形成されている。なお、露光装置１には、光斜入射系のレチクル検出手段７０が設けられており、レチクル２０は、レチクル検出手段７０によって位置が検出され、所定の位置に配置される。

レチクルステージ２５は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。

投影光学系３０は、レチクル２０に形成されたパターンをウェハ４０上に投影する。投影光学系３０としては、屈折系、反射屈折系、または反射系を使用することができる。

基板であるウェハ４０の表面には、フォトレジストが塗布されている。なお、ウェハ４０の代わりに、液晶基板やガラスプレート、その他の基板を使用することもできる。

ウェハステージ４５は、図示しないウェハチャックによってウェハ４０を支持する。

フォーカスチルト検出系５０は、図２に示すように、ウェハ４０の表面に対して高入射角度で光束を入射させる照明部５２と、ウェハ４０の表面で反射した反射光の像ずれを検出する検出部５４と、演算部とを有する。照明部５２は、光源と、光合成手段と、パターン板と、結像レンズと、ミラーとを有する。検出部５４は、ミラーと、レンズと、光分波手段と、受光器とを有する。

尚、露光装置１は、図１に示す半導体製造システムの形状測定装置３、中央処理装置４及びデータベース５の機能を有しても良い。この場合でも、上述した半導体製造システムと同じ作用及び効果を得ることができる。

以下、図３を参照して、本実施例の露光方法５００を説明する。ここで、図３は、露光方法５００を示すフローチャートである。

露光方法５００は、原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量及び露光装置におけるフォーカス位置のオフセット量のうち少なくともフォーカス位置のオフセット量を求めて基板を露光する。

露光方法５００を示すフローチャートは、大きく分けると３つのステップに分けることができる。ステップ５０１からステップ５０４までは、フォーカス位置及び露光量とＦＥＭパターンを構成する各ショットから得られる複数の立体形状情報との関連付けをおこない、事前にライブラリーを作製するステップである。これらのステップにおいて、ＦＥＭパターンが露光されたＦＥＭウェハの作製及びそのＦＥＭウェハを用いた最適露光条件（露光量及びフォーカス位置）の設定を行い、多変量解析手法によりライブラリーを作製する。ここで、ＦＥＭパターンとは、フォーカス位置および露光量をパラメータとして、複数ショットが１枚のウェハ上にマトリックス状に露光されているパターンをさす。

このとき、量産段階において実際に使用するレチクルのパターンの線幅（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の検査結果にもとづき、ＣＤ誤差が大きなパターンに関しては、その線幅を使用したＦＥＭパターンを前述と同じく作製する。そして、複数の立体形状情報との関連付けをおこない、その線幅に対応したライブラリーを作製する。

次に、ステップ５０５乃至ステップ５０７までがフォーカス位置及び露光量のオフセット量を算出するステップである。これらのステップにおいては量産段階で使用するレチクル、ウェハを使用して露光をおこない、ウェハ上に露光されたレジストパターンの形状を測定する。そして、そのレチクル上の線幅に対応した前記ライブラリーと照合し、フォーカス位置及び露光量の最適露光条件からのオフセット量を求める。

最後に、求められたオフセットのデータを露光装置１に送り、最適な露光量及びフォーカス位置の設定を修正する（ステップ５０８）。そして、量産段階において、前述のように設定し直された最適な露光条件でウェハが露光される（ステップ５０９）。

以下、各ステップに関して更に詳細な説明を行う。

まず、量産段階で使用されるレチクルのＣＤ検査データを入手する（ステップ５０１）。ここでは、レチクルを製造した後、レチクル内の複数の点にある実際の素子パターンの線幅を計測する。しかしながら、そのＣＤ計測値が製造許容値の範囲内であっても、ウェハにパターンを転写し、現像し、エッチングした後に、最適な露光量、フォーカス位置が異なる場合には、ＣＤ値の差を考慮すべきパターンであると判断する。この差を考慮するパターンがレチクル内のどこにあり、どの程度のＣＤ値で分類するかを、ステップ５０１で入手したレチクルのＣＤ検査データから判断する。

次に、ステップ５０１でＣＤ値の差を考慮するとしたパターンに対してＦＥＭウェハ（ＦＥＭパターンが形成されるウェハ）を作製する（ステップ５０２）。この場合、ウェハは実際に量産段階で使用されるウェハを使用しても良いし、そのウェハの構造と同じような構成としたテストウェハを使用しても良い。パターンを形成する範囲は、ＣＤ値の差を考慮するパターンの部分のみの微小範囲とし、このことで使用するウェハ、レチクルの平坦度誤差の影響を軽減することができる。

ＦＥＭパターンの露光から現像までの流れを図４に示す。ここで、図４は、ステップ５０２でのＦＥＭパターンの製造方法を示すフローチャートである。

まず、ウェハ上にレジスト、必要に応じてＢＡＲＣ、ＴＡＲＣが塗布される（ステップ６０１）。レジストを塗布されたウェハは、レジストの特性を安定化させるためにＰｒｅ−Ｂａｋｅが施される（ステップ６０２）。続いて、ウェハは露光装置に運ばれ、ＦＥＭパターンの像がウェハ上に露光される（ステップ６０３）。次に、ウェハは、ＰＥＢ（ステップ６０４）、現像（ステップ６０５）と工程が進み、ＦＥＭウェハ上にＦＥＭパターンが形成される。

次に、ステレオＳＥＭやＣＤ−ＡＦＭを使用して、ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの形状情報を計測する（ステップ５０３）。図５、６及び７にステレオＳＥＭを使用した実際の計測結果を示す。ここで、図５は、形成されたパターンを高さ方向（ウェハの上面）から観察したときの画像である。図６は、ＦＥＭパターンが形成されたウェハを１５度傾けて観察したときの画像である。図７は、図６の画像に基づいて、パターンの形状をグラフに表したものである。

図５からは、パターンのある線幅しか求まらないが、図７のデータからは、線幅のほかに高さや側壁角と言う、パターンの形状の情報となる複数の計測値を入手することが可能となる。それにより、パターンの立体形状を測定することができる。

図８に示すＦＥＭパターンは、フォーカス位置と露光量を変化させて、各ショットの露光をおこなったものである。縦軸をフォーカス位置、横軸を露光量とした。ここで、図８は、ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内におけるパターンの断面の一部を拡大した図である。図８に示すＦＥＭパターンの各ショット内におけるパターンの形状の情報である線幅（ｔｃｄ、ｍｃｄ、ｂｃｄ）、高さ（ｈｅｉｇｈｔ）、側壁角度（ｓｗａ）を測定した結果例を図９に示す。図９には、ＦＥＭパターンの各ショット内におけるパターンの形状の情報（ｔｃｄ、ｍｃｄ、ｂｃｄ、ｈｅｉｇｈｔ、ｓｗａ）と、ＦＥＭウェハを露光した時のフォーカス位置（ｆｏｃｕｓ）及び露光量（ｄｏｓｅ）と対応させて示した。ここで、ｔｃｄは、パターンの上辺付近の線幅、ｂｃｄは、パターンの下辺付近の線幅、ｍｃｄは、パターンの上辺と下辺の中間付近の線幅を表す。高さと側壁角度は図８に示す通りである。フォーカス位置については、基準となる位置（目標とするパターンが形成されるときの位置）を０として、その位置からの距離で示した。

これらの形状の情報と露光条件（フォーカス位置及び露光量）の関係から最適なフォーカス位置及び露光量を決定する。例えば、図８の太枠内のパターンが目標とするパターンに最も近く、このパターンが形成されるときのフォーカス位置、露光量が最適となり、オフセットの基準値となる。さらに、この最適なフォーカス位置及び露光量は、所望の線幅に許容値を足した領域の所謂ＥＤウインドウの中心の値となる。この場合、許容値は、実際には線幅の±１０％が多い。また、図８の太枠内のパターンの線幅（例えば、ｍｃｄ）が、線幅の基準値となる。

次に、ステップ５０３で計測した複数の形状の情報を使用して、露光量やフォーカス位置に対応したライブラリーを多変量解析手法を用いて作製する（ステップ５０４）。以下、ステップ５０４のライブラリーの作製について、詳述する。

まず、露光量のオフセット量を求める際に用いるライブラリーの作製方法について述べる。ＦＥＭウェハ上に作製したＦＥＭパターンの形状の情報（図９参照）から、露光量と線幅（例えばｍｃｄ）の関係を示す関係式を作製する。図１０に示すＦＥＭパターンの太枠で囲った複数パターンの線幅の変化と、露光量の関係を数式化する。ここで、図１０は、図８と同様に、ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内におけるパターンの断面の一部を拡大した図である。図１１は、図１０の太枠内にある複数のパターンから求めた線幅と露光量との関係をグラフ化したものであり、露光量と線幅の関係を多項式近似により求める。その近似式を、以下、数式１として示す。ｆ１は関数を表す。

この近似式を、露光量の最適値からのオフセット量を求めるための第１のライブラリーを構成する関係式として、中央処理装置４の記憶装置または図１のデータベース５に記憶する。

なお、この数式１で表される線幅の変化量と露光量の変化量との関係は、外的要因によって変化しない。外的要因としては、レジストの屈折率と膜厚、露光装置の露光制御、フォーカス制御、現像時間、現像液の特性、ホットプレートの不均一性、ＰＥＢ温度、時間及びレチクルの製作誤差（平坦度）等が挙げられる。

続いて、図１２に示すＦＥＭパターンの太枠内にある複数のパターンから求めた線幅とフォーカス位置との関係を数式化する。図１３は、図１２の太枠内にある複数のパターンから求めた線幅とフォーカス位置との関係をグラフ化したものであり、線幅とフォーカス位置との関係を多項式近似により求める。その近似式を、以下、数式２として示す。ｆ２は関数を表す。

この近似式を、露光量の最適値からのオフセット量を求めるための第２のライブラリーを構成する関係式として、中央処理装置４の記憶装置またはデータベース５に記憶する。

数式１と同様に、数式２で表されるフォーカス位置の変化量と線幅の変化量との関係も、前述の外的要因によっても変化しない。

最後に、ＦＥＭパターンの線幅（Ｘ）、高さ（Ｙ）、及び側壁角度（Ｚ）とフォーカス位置との関係式で構成される第３のライブラリーを作製する。この式をＮ次の多項近似で表現すると、一般的に以下、数式３として示される。Ｎは整数であり、ＦＥＭパターンの線幅、高さ、側壁角度の次数を決めるものである。ただし、ｆ３は関数を表し、ａ１〜ａＮ、ｂ１〜ｂＮ、ｃ１〜ｃＮ、ｄ０は定数である。

この近似式を、第３のライブラリーとして中央処理装置４の記憶装置またはデータベース５に記憶する。

（数３）においては、フォーカス位置を求める為の変数としてＦＥＭパターンの線幅、高さ、側壁角度を用いる数式を示したが、用いる変数はこの限りではなく、（数１）で求めた露光量を変数の一つとして加えても良い。

なお、数式１、２と同様に、数式３で表される関係も前述の外的要因によって変化しない。

以上の３つの式で表される関係は、いずれも外的要因による変化はないため、これらの式で構成されるライブラリーについては、外的要因による更新は必要ない。なお、特許文献５に記載された発明では、これらの式を用いないため、外的要因が変化することによって、逐一、ＦＥＭパターンを求めて、ライブラリーを更新する必要がある。

ライブラリーを作成するときは、量産段階で実際に使用するレチクルのパターンのＣＤ検査結果にもとづき、ＣＤ誤差が大きなパターンに関して、ＦＥＭパターンを前述と同じく作成する。そして、パターンの複数の形状情報との関連付けをおこない、そのＣＤに対応したライブラリーを別に作成する。ここまでが、図１に示したステップ５０１乃至ステップ５０４における、ライブラリーを事前に作成する工程である。

次に、ステップ５０５乃至ステップ５０８までの、フォーカス位置及び露光量オフセット量を求めるシーケンスについて説明を行う。

まず、実際に量産段階で使用されるレチクル、ウェハ、露光装置プロセスを用いて、ウェハのショット全面を量産段階と同じ様に露光、現像を行う（ステップ５０５）。この時の露光条件は、ステップ５０３で求めたＥＤウインドウの中心のものとしても良い。

次に、露光装置を用いてウェハ上に形成されたパターンの形状の情報を取得する（ステップ５０６）。ここでは、ステップ５０３と同じく、ステレオＳＥＭやＣＤ−ＡＦＭにより、線幅、高さ、側壁角度(sidewall angle)等の複数の形状情報を計測する。

次に、ステップ５０６で測定した複数の形状情報を用いて、露光量のオフセット及びフォーカス位置のオフセットを求める（ステップ５０７）。

まず露光量に関して第１のライブラリーを使用して最適な露光量からのオフセットを求め、仮露光量のオフセット量とする。次にフォーカス位置に関して第３のライブラリーを使用して最適なフォーカス位置からのオフセットを求める。そして、第２のライブラリーを使用して、最適なフォーカス位置からのオフセットに基づいて、複数の形状情報のうちの一つの値について基準値とのずれ量を求める。この値から第１のライブラリーを使用して補正すべき露光量を求め、既に求めてある仮露光量のオフセット量にこの補正すべき露光量を合わせて、露光量のオフセット量とする。

具体的に図１４、１５及び１８を用いて説明する。ここで、図１４は、図８で求められた最適なフォーカス位置及び最適な露光量からのオフセット量を示すグラフである。図１５は、計測されたＦＥＭパターンの形状の情報を用いてフォーカス位置のオフセット量及び露光量のオフセット量を算出するフローチャートである。図１８は、ｆｏｃｕｓとｍｃｄとの関係を、ｄｏｓｅごとにプロットした図である。

図１４のＦＥＭパターンにおいて、断面形状１が最適な露光条件（露光量及びオフセット）で露光したときの形状で、断面形状２がステップ５０５で露光したときの形状であり、図１４に示すように最適な露光条件から露光量及びフォーカス位置がシフトしている。パターンの形状が断面形状１となるとき図１８のＰ４で表される。そして、断面形状２となるとき図１８のＰ１で表されるとする。

図１５において、最初にステップ５０４で記憶装置に記憶した第１のライブラリーを用いて、パターンの複数の形状情報のうち一つとその基準値との差を入力値として、第１の露光量のオフセット量△ｄｏｓｅ１を求める（ステップ７０１）。

具体的には、図１４の断面形状２を表す複数の形状情報のうちの一つである値（例えば、ｍｃｄ）と、最適露光条件の断面形状１で示されている複数の形状情報の計測値のうちの一つである値（ｍｃｄの基準値）との差分から△ｄｏｓｅ１を求める。Δｄｏｓｅ１は、図１８に示すように、ｄｏｓｅ４とｄｏｓｅ２との差に対応する。Ｐ１からΔｄｏｓｅ１だけずらすとＰ２の位置になる。

次に、前述した第３のライブラリーにより、複数の形状情報の計測値を入力値として、フォーカス位置を求める。そして、このフォーカス位置と最適なフォーカス位置の差分を、フォーカス位置のオフセット量△ｆｏｃｕｓとして求める（ステップ７０２）。図１８に△ｆｏｃｕｓを図示した。

続いて、図１５における第２の露光量のオフセット量△ｄｏｓｅ２を求める（ステップ７０３）。この△ｄｏｓｅ２とは、先に求めた△ｆｏｃｕｓの量だけフォーカス位置を修正することにより新たに発生するレジストパターンの線幅のずれを修正するために必要な露光量の補正量のことである。図１８に示すように、Ｄｏｓｅ２のままＰ２から△ｆｏｃｕｓだけずらすとＰ３の位置となり、線幅のずれが生じることが分かる。

この△ｄｏｓｅ２は、ステップ５０４で求めた露光量に関する第２のライブラリーに、△ｆｏｃｕｓを代入し、線幅ずれ量△ＣＤを求め、更にその△ＣＤを第１のライブラリーに代入することにより求めることができる。図１８に示すように、Ｐ３からΔｄｏｓｅ２だけずらすとＰ４の位置になり、Δｄｏｓｅ２はｄｏｓｅ２とｄｏｓｅ１との差となる。最終的にレジストパターンの露光量のオフセット量△ｄｏｓｅを、△ｄｏｓｅ＝△ｄｏｓｅ１＋△ｄｏｓｅ２として求める（ステップ７０４）。

ステップ５０１で入手したレチクル検査データ情報（ＣＤ寸法の差）から実際のレチクルのどの部分を区別して、ライブラリーを作成すべきかが判る。したがって、レチクル検査データ情報に従って作成されたライブラリーを使用し、フォーカス位置及び露光量のオフセット量を求める。ここまでで、図３に示すステップ５０５乃至ステップ５０７を経て、フォーカス位置及び露光量のオフセット量を求めた。

最後に、ここまでの手順で求めた、露光量のオフセット量△ｄｏｓｅ、フォーカス位置のオフセット量△ｆｏｃｕｓを露光装置にフィードバック、あるいはフィードフォワードをかける（ステップ５０８）。そして、量産段階において最適な露光条件で露光する（ステップ５０９）。そうすることで、最適な露光条件で露光されて形成されるレジストパターンは目標とする形状となる。

本実施例では、ここまで露光量を補正するために必要なライブラリーに複数の形状計測値のうちの一つの値（例えば、ｍｃｄ）のみを用いたが、これに限らず、その他の立体形状情報を用いても構わない。また、本実施例では、露光量を求める近似式は１次、及び２次の近似式を用いたが、近似式の次数はこの場合に限らず、３次以上の近似式を用いてもよい。

また露光装置として、走査型露光装置を使用する場合には、露光領域はスリット状となる。図３のステップ５０６でこのスリット内の多点に対応する複数の領域で形状計測した場合には、そのフォーカス位置のオフセット量は、複数の領域のフォーカス位置のオフセット量の最小二乗近似平面を制御する平面とする。そして、フォーカス位置並びにチルト量を変えて露光を行えば良い。

例えば、半導体露光装置の投影レンズの収差が可変であり、この多点のフォーカスずれ量の形状と合っていれば、最小二乗近似平面とせずに、例えば像面湾曲となる偶関数の平面と投影レンズの収差を変えて露光することでも良い。

露光量に関しても、ウェハ内のショット毎で最適値が異なっても良いし、ショット内の異なった位置で最適な露光量となっても対応可能である。またスリット状の露光領域内の各位置における露光量のオフセット量を設定してもよいし、レチクルまたはウェハの走査方向において露光量のオフセット量を設定した場合でも、照明系のスリット幅等を可変とすれば対応することが可能となる。

このように、ウェハ上の複数の領域の各々について、パターンの形状の情報を取得することにより、デバイス全体について最適なフォーカス位置及び露光量のオフセット量を求めることができる。

以上のように、露光方法５００によれば、量産段階において、ＦＥＭの様にフォーカス位置を微小量ずつ変更して露光を行うことは必要がない。そして、ホットプレートの不均一性やレチクルの作製誤差（平坦度）等の外的要因による誤差を考慮して、一つの露光条件から最適な露光量とフォーカス位置を設定することが可能となる。したがって、ＣＤに影響する外的要因の変動があった場合でも、ライブラリーを適宜更新する必要がない。そのため、ウェハを高いスループットで処理することができ、低コストでデバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）を提供することができる。

なお、上記の方法では、露光量およびフォーカス位置のオフセット量を演算処理により求める。したがって、中央処理装置４を用いて上記の演算処理をコンピュータプログラムとして実行し、露光量およびフォーカス位置のオフセット量を求めることができる。

次に、上記説明した露光方法を利用したデバイスの製造プロセスを説明する。図１６に半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したレチクルとウェハを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組立て）は後工程と呼ばれ、作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。

図１７は、上記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光方法、露光装置によってレチクルの回路パターンをウェハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことにより、ウェハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の半導体製造システムを示す概略構成図である。 図１に示す露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 図２に示す露光装置の露光方法を示すフローチャートである。 図３に示すフローチャートのＦＥＭパターンの製造方法を示すフローチャートである。 通常のＣＤ−ＳＥＭを使用した計測結果を示す画像データである。 図５のウェハを１５度傾けて観察した計測結果を示す画像データである。 図５及び図６に示す画像データを形状情報に変換したグラフである。 ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した図である。 図８に示すレジストパターンの立体形状である線幅、高さ、側壁角度を測定したグラフである。 ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した図である。 図１０に示すレジストパターンの太枠内にあるパターンから求めた線幅と露光量の関係を示すグラフである。 ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した図である。 図１２に示すレジストパターンの太枠内にあるパターンから求めたフォーカス位置とレジストパターンの線幅の関係を示すグラフである。 ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内の最適なフォーカス位置及び最適な露光量からのオフセット量を示すグラフである。 形状情報計測値を用いてフォーカス位置のオフセット量及び露光量のオフセット量を算出するフローチャートである。 図２に示す露光装置を利用するデバイスの製造方法のフローチャートである。 図１６に示すステップ４の詳細なフローチャートである。 フォーカス位置と線幅との関係を露光量ごとにプロットした図である。

符号の説明

１ 露光装置
２ 露光装置
３ 形状測定装置
４ 中央処理装置
５ データベース

Claims (8)

1. 原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量およびフォーカス位置のオフセット量を求める方法において、
   前記露光装置を用いて形成された前記基板上のパターンの形状の情報を取得する第１のステップと、
   前記パターンの形状の情報のうちの線幅と前記線幅の基準値とのずれ量を求める第２のステップと、
   前記パターンの形状の情報に基づいて前記フォーカス位置のオフセット量を求め、前記露光量のオフセット量を前記ずれ量及び前記フォーカス位置のオフセット量に基づいて求める第３のステップと
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記第３のステップにおいて、前記露光量と前記線幅との関係を表す第１のライブラリー、前記線幅と前記フォーカス位置との関係を表す第２のライブラリー及び前記フォーカス位置と前記パターンの形状の情報との関係を表す第３のライブラリーを求めておき、前記フォーカス位置のオフセット量を前記第３のライブラリーを用いて求め、前記露光量のオフセット量を前記第１のライブラリー、第２のライブラリー及び第３のライブラリーを用いて求めることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のステップにおいて、前記基板上の複数の領域の各々について、前記パターンの形状の情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記第３のステップにおいて、前記基板上の複数の領域の各々について、前記露光量のオフセット量及び前記フォーカス位置のオフセット量を求めることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 請求項１に記載の方法を用いて求められた露光量のオフセット量及びフォーカス位置のオフセット量に基づいて、基板を露光することを特徴とする露光方法。
6. 請求項５に記載の露光方法を用いて基板を露光する露光ステップと、
   前記露光ステップで露光された基板を現像するステップと
   を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
7. 原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量およびフォーカス位置のオフセット量をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
   前記露光装置を用いて形成された前記基板上のパターンの形状の情報を取得する第１のステップと、
   前記パターンの形状の情報のうちの線幅と前記線幅の基準値とのずれ量を求める第２のステップと、
   前記パターンの形状の情報に基づいて前記フォーカス位置のオフセット量を求め、前記露光量のオフセット量を前記ずれ量及び前記フォーカス位置のオフセット量に基づいて求める第３のステップと
   を備えることを特徴とするプログラム。
8. 前記第３のステップにおいて、前記露光量と前記線幅との関係を表す第１のライブラリー、前記線幅と前記フォーカス位置との関係を表す第２のライブラリー及び前記フォーカス位置と前記パターンの形状の情報との関係を表す第３のライブラリーを求めておき、前記フォーカス位置のオフセット量を前記第３のライブラリーを用いて求め、前記露光量のオフセット量を前記第１のライブラリー、第２のライブラリー及び第３のライブラリーを用いて求めることを特徴とする請求項７に記載のプログラム。