JP2004079681A - 基板の露光方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカスおよび露光量の最適値が比較的簡単にかつ速やかに、高い客観性をもって求められ、露光工程における生産性および信頼度を高めることができる方法を提供する。
【解決手段】レジスト膜が被着形成された基板の表面の異なる位置を同一パターンにより２つの異なる露光量でかつ各露光量において露光焦点を種々変えて逐次露光する工程と、露光後の基板を現像する工程と、現像後の基板表面のレジスト膜における各位置のパターン線幅を測定する工程と、この測定結果から、各露光焦点での、露光量に対するパターン線幅の変化率を算出する工程と、この算出結果から、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときの露光焦点を求める工程と、その露光焦点での、露光量とパターン線幅との比例関係から、所望のパターン線幅が得られるときの露光量を求める工程とを備える。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板の表面に形成されたレジスト膜を露光する基板の露光方法、特に、露光焦点（フォーカス）および露光量といった露光条件を最適に設定するための方法、ならびに、その露光方法を実施するために使用される基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスなどの製造プロセスにおいて、基板の表面にフォトレジストを塗布し、基板表面のレジスト膜を所定パターンで露光した後、レジスト膜を現像処理する一連のフォトリソグラフィ工程では、所望する加工線幅を得るために、基板の露光操作でのフォーカスおよび露光量を常に最適に設定する必要がある。一方、所望する加工線幅が得られるようにフォーカスおよび露光量といった露光条件を最適に設定していても、最適な露光条件は、気圧や雰囲気温度、塗布装置や現像装置の状態、さらには露光装置の状態などにより日々変化する。このため、生産ロット処理の直前に、パイロットと称する基板に対し塗布、露光および現像の処理を行って、計測器によりレジスト膜におけるパターン線幅を測定し、線幅が許容値内に収まっているかどうかを確認した上で、線幅が許容値内に収まっているときに生産ロットを生産ラインに流すようにしている。一方、線幅が許容値から外れているときには、レジスト膜の厚みや露光条件などを見直すようにしている。
【０００３】
ここで、近年、加工線幅の微細化のために、露光機のＮＡ（レンズ開口度）を大きくする傾向にあり、それに伴ってＤＯＦ（焦点深度）が低下する傾向にある。このため、僅かなフォーカスずれがあっても、それが原因となって加工線幅が許容値をオーバーするといったことが起こる。このように、フォーカスの適正な管理は、近年において益々重要となっている。
【０００４】
上記したような事情から、フォーカスおよび露光量の最適値を簡単かつ迅速に設定することができる方法が求められるが、フォーカスおよび露光量の最適値を決める方法として、従来は次のような方法が行われている。すなわち、ステッパを使用し、図６に平面図を示すように、レジスト膜が被着形成された基板Ｗの表面の異なる位置ａ_１１〜ａ_１ｎ、ａ_２１〜ａ_２ｎ、……、ａ_ｍ１〜ａ_ｍｎを同一パターンにより、露光量を種々変えかつそれぞれの露光量においてフォーカスを種々変えて逐次露光し、露光後の基板を現像した後、現像後の基板表面のレジスト膜における各位置ａ_１１〜ａ_１ｎ、ａ_２１〜ａ_２ｎ、……、ａ_ｍ１〜ａ_ｍｎのパターン線幅を計測器によりそれぞれ測定する。次に、図７に示すように、各露光量についてパターン線幅とフォーカスとの関係をプロットする。図７における各曲線Ｅ_１〜Ｅ_１０（実際はもっと多くの曲線が作成される）が、それぞれ同一露光量におけるパターン線幅とフォーカスとの関係を示す曲線である。そして、曲線Ｅ_１〜Ｅ_１０の中から、フォーカスの変化に対するパターン線幅の変化が緩やかでかつ所望線幅ｗの近傍に位置する曲線、図７に示した例では曲線Ｅ_６を選択し、その曲線Ｅ_６に相当する露光量を最適値に決定する。この露光量の最適値は、フォーカスずれがあってもパターン線幅の変化に対する影響が最も少なくなる露光量である。続いて、曲線Ｅ_６においてパターン線幅が極小値または極大値（図７に示した例では極大値）を示すときのフォーカスｆを抽出し、そのフォーカスｆを最適値に決定するようにする。このフォーカスｆは、前記の最適な露光量において所望線幅ｗに最も近い線幅が得られるフォーカスである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の露光条件の決定方法によると、フォーカスおよび露光量の最適値を求めるための作業に多くの時間を必要とする。この結果、その作業が基板の露光工程における生産性を低下させる要因となっていた。また、多くの曲線Ｅ_１〜Ｅ_１０の中から所要の曲線Ｅ_６を選択したりその曲線Ｅ_６からフォーカスｆを抽出したりする作業は、オペレータの主観が入りやすく、客観性を高めるためには、基板を同一パターンで逐次露光する際に露光量およびフォーカスをそれぞれ細かく変化させる必要がある。一方、露光量およびフォーカスを細かく変化させて客観性を高めようとすると、フォーカスおよび露光量の最適値を決定するための作業時間がさらに増大することになる。また、露光量およびフォーカスを細かく変化させて客観性を高めようとしても、パターン線幅が極小値または極大値を示すときのフォーカスｆを抽出するための曲線Ｅ_６は、フォーカスの変化に対するパターン線幅の変化が緩やかであるため、フォーカスｆの決定には、やはりオペレータの主観が入りやすくなる。
【０００６】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、フォーカスおよび露光量の最適値が比較的簡単にかつ速やかに、しかも高い客観性をもって求められ、基板の露光工程における生産性を向上させることができるとともに信頼度を高めることができる基板の露光方法を提供すること、ならびに、その方法を好適に実施することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、基板の露光方法において、レジスト膜が被着形成された基板の表面の異なる位置を同一パターンにより、少なくとも２つの異なる露光量でかつそれぞれの露光量においてフォーカスを種々変えて逐次露光する露光工程と、露光後の基板を現像する現像工程と、現像後の基板の表面のレジスト膜における各位置のパターン線幅をそれぞれ測定する線幅測定工程と、この線幅測定工程で得られた結果から、各フォーカスでの、露光量に対するパターン線幅の変化率をそれぞれ算出する演算工程と、この演算工程で得られた結果から、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときのフォーカスを求めるフォーカス決定工程と、このフォーカス決定工程で求められたフォーカスでの、前記線幅測定工程で得られた結果から求まる露光量とパターン線幅との比例関係から、所望のパターン線幅が得られるときの露光量を求める露光量決定工程と、を経た後、前記フォーカス決定工程で求められたフォーカスおよび前記露光量決定工程で求められた露光量により以後の基板の露光を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、基板処理装置において、レジスト膜が被着形成された基板の表面の異なる位置を同一パターンにより、少なくとも２つの異なる露光量でかつそれぞれの露光量においてフォーカスを種々変えて逐次露光する露光装置と、露光後の基板を現像する現像装置と、現像後の基板の表面のレジスト膜におけるパターン線幅をそれぞれ測定する線幅測定手段と、この線幅測定装置によって得られた結果から、各フォーカスでの、露光量に対するパターン線幅の変化率をそれぞれ算出する演算手段と、この演算手段によって得られた結果から、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときのフォーカスを求めるフォーカス決定手段と、このフォーカス決定手段によって求められたフォーカスでの、前記線幅測定手段によって得られた結果から求まる露光量とパターン線幅との比例関係から、所望のパターン線幅が得られるときの露光量を求める露光量決定手段と、前記フォーカス決定手段によって求められたフォーカスおよび前記露光量決定手段によって求められた露光量となるように前記露光装置を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の基板処理装置において、基板の表面にフォトレジストを塗布してレジスト膜を被着形成する塗布装置をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発明の露光方法によると、露光工程において、図１に平面図を示すように、レジスト膜が被着形成された基板Ｗの表面の異なる位置Ａ_１１、Ａ_１２、Ａ_２１、Ａ_２２、……、Ａ_ｍ１、Ａ_ｍ２が同一パターンにより、少なくとも２つの異なる露光量、図示例では２種類の露光量Ａ、Ｂでかつそれぞれの露光量においてフォーカスを種々変えて逐次露光される。次に、現像工程において露光後の基板が現像される。続いて、線幅測定工程において、現像後の基板の表面のレジスト膜における各位置Ａ_１１、Ａ_１２、Ａ_２１、Ａ_２２、……、Ａ_ｍ１、Ａ_ｍ２のパターン線幅がそれぞれ測定される。そして、演算工程において、線幅測定工程で得られた結果から、各フォーカスでの、露光量に対するパターン線幅の変化率がそれぞれ算出される。言い換えると、同一フォーカスにおける露光量とパターン線幅との関係は線形になることが分かっているので、図２に示すように、各フォーカスについて露光量Ａ、Ｂでのパターン線幅をそれぞれプロットし、その２点を通る直線を引き、それぞれの直線の傾き（絶対値）を算出する。次に、フォーカス決定工程において、演算工程で得られた結果から、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときのフォーカスが求められる。図３により説明すると、露光量に対するパターン線幅の変化率とフォーカスとの関係をプロットし、得られた曲線（概ね二次曲線である）において線幅の変化率が最小値を示すときのフォーカスｆを求める。また、図２により説明すると、多数の直線の中から傾きが最も小さい直線Ｆを選び出し、その直線Ｆに相当するフォーカスｆを求める。そして、そのフォーカスｆを最適値に決定する。このフォーカスｆは、最適値からの露光量のずれがあってもパターン線幅の変化に対する影響が最も少なくなるフォーカスである。続いて、露光量決定工程において、フォーカス決定工程で求められたフォーカスｆでの、線幅測定工程で得られた結果から求まる露光量とパターン線幅との比例関係から、所望のパターン線幅が得られるときの露光量が求められる。すなわち、図２に示した多数の直線の中から抽出された直線Ｆから、図４に示すように、所望線幅ｗが得られるときの露光量ｅを求める。言い換えると、直線Ｆを式ｙ＝ａｘ＋ｂ（ｙ：パターン線幅、ａ：直線Ｆの傾き、ｘ：露光量、ｂ：定数）で表したとき、上記式中のｙにｗを代入してｘの値を求め、その値を露光量ｅとする。そして、その露光量ｅを最適値に決定する。この露光量ｅは、前記の最適なフォーカスｆにおいて所望線幅ｗが得られる露光量である。
【００１１】
上記したように、基板Ｗを同一パターンにより最少で２種類の露光量Ａ、Ｂによって逐次露光するだけでよいので、フォーカスおよび露光量の最適値が比較的簡単にかつ速やかに求められる。また、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときのフォーカスｆを求めて、それがフォーカスの最適値とされ、また、最適なフォーカスｆでの、露光量とパターン線幅との比例関係から、所望のパターン線幅ｗが得られるときの露光量ｅを求め、それが露光量の最適値とされるので、フォーカスおよび露光量の最適値が高い客観性をもって求められることとなる。
【００１２】
以上のようにしてフォーカスおよび露光量の最適値が求まると、その露光条件により以後の基板の露光が行われる。
【００１３】
請求項２に係る発明の基板処理装置においては、露光装置により、上記したようにして基板が逐次露光され、現像装置により露光後の基板が現像されて、線幅測定手段により、現像後の基板の表面のレジスト膜における各位置のパターン線幅がそれぞれ測定される。そして、演算手段により、上記したようにして各フォーカスでの、露光量に対するパターン線幅の変化率がそれぞれ算出され、フォーカス決定手段により、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときのフォーカスが求められて、そのフォーカスが最適値に決定される。また、露光量決定手段により、前記の最適なフォーカスでの、露光量とパターン線幅との比例関係から、所望のパターン線幅が得られるときの露光量が求められて、その露光量が最適値に決定される。そして、制御手段により、フォーカス決定手段によって求められたフォーカスおよび露光量決定手段によって求められた露光量となるように露光装置が制御され、最適な露光条件で以後の基板の露光が行われる。
【００１４】
請求項３に係る発明の基板処理装置では、塗布装置により、基板の表面にフォトレジストが塗布されてレジスト膜が被着形成され、その基板が露光装置により逐次露光される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図５を参照しながら説明する。
【００１６】
図５は、この発明に係る基板の露光方法を実施するために使用される基板処理装置の全体構成の１例を示す概略図である。この基板処理装置は、露光装置（ステッパ）１、現像装置２、線幅測定装置３、ＣＰＵ４およびメモリ５を備えて構成されている。露光装置１と現像装置２との間、および、現像装置２と線幅測定装置３との間は、移送ロボットを備えたインターフェース６、７を介してそれぞれ接続されている。また、現像装置２に代えて、現像装置と塗布装置との両機能を持った塗布・現像装置を備えた装置構成とすることもできる。
【００１７】
露光装置１では、レジスト膜が被着形成された基板の表面の異なる位置が同一パターンにより、少なくとも２つの異なる露光量でかつそれぞれの露光量においてフォーカスを種々変えて逐次露光される。露光された基板は、インターフェース６を通って現像装置２へ移送される。現像装置２では、露光後の基板が現像される。また、現像装置と塗布装置との両機能を持った塗布・現像装置を備えている場合は、最初に、塗布・現像装置において、基板の表面にフォトレジストが塗布されてレジスト膜が被着形成され、その基板がインターフェース６を通って露光装置１へ移送される。そして、露光装置１において、上記したようにして基板が露光された後、その基板がインターフェース６を通って塗布・現像装置へ移送され、塗布・現像装置において露光後の基板が現像される。
【００１８】
また、現像された基板は、インターフェース７を通って線幅測定装置３へ移送される。線幅測定装置３では、現像後の基板の表面のレジスト膜におけるパターン線幅がそれぞれ測定される。線幅測定装置３による測定結果は、メモリ５に格納される。そして、ＣＰＵ４では、線幅測定装置３による測定結果から、フォーカスおよび露光量の最適値が求められる。ＣＰＵ４においてフォーカスおよび露光量の最適値が求められると、その情報がＣＰＵ４から露光装置１へフィードバックされ、最適なフォーカスおよび露光量となるように露光装置１が制御され、最適な露光条件に設定される。
【００１９】
次に、上記した基板処理装置を使用して、露光装置１に設定すべきフォーカスおよび露光量の最適値を決定する一連の過程について説明する。
【００２０】
まず、露光装置１において、図１に平面図を示すように、レジスト膜が被着形成された基板Ｗの表面の異なる位置Ａ_１１、Ａ_１２、Ａ_２１、Ａ_２２、……、Ａ_ｍ１、Ａ_ｍ２が同一パターンにより２種類の露光量Ａ、Ｂでかつそれぞれの露光量においてフォーカスを種々変えて逐次露光される。次に、露光された基板は、露光装置１から現像装置２へ移送され、現像装置２により現像される。続いて、現像された基板は、現像装置２から線幅測定装置３へ移送され、線幅測定装置３により、基板表面のレジスト膜における各位置Ａ_１１、Ａ_１２、Ａ_２１、Ａ_２２、……、Ａ_ｍ１、Ａ_ｍ２のパターン線幅がそれぞれ測定される。
【００２１】
線幅測定装置３によって測定されたデータは、線幅測定装置３からＣＰＵ４へ送られ、メモリ５に格納される。そして、ＣＰＵ４では、以下のような演算処理が行われる。すなわち、まず、線幅測定装置３による測定データから、各フォーカスでの、露光量に対するパターン線幅の変化率がそれぞれ算出される。次に、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときのフォーカスが求められる（図３参照）。このフォーカスが、最適値として決定される。続いて、線幅測定装置３による測定データから得られた露光量とパターン線幅との関係式ｙ＝ａｘ＋ｂ（ｙ：パターン線幅、ａ：最適なフォーカスでの、露光量に対するパターン線幅の変化率（定数）、ｘ：露光量、ｂ：定数）から、ｙに所望線幅ｗを代入して露光量ｘが求められる（図４参照）。この露光量が、最適値として決定される。
【００２２】
ＣＰＵ４においてフォーカスおよび露光量の最適値が算出されると、その信号がＣＰＵ４から露光装置１へ送られ、露光装置１に最適な露光条件が設定される。この後、実際に処理すべき基板が露光装置１へ搬入され、設定された露光条件で基板の露光が行われる。
【００２３】
図５に示した基板処理装置は、ＣＰＵ４にアルゴリズムを設定しておくことにより最適な露光条件を自動的に露光装置１に設定することができるようにしたものであるが、線幅測定装置３による測定結果からフォーカスおよび露光量の最適値を決定する作業をオペレータが行うようにしても勿論良い。その場合でも、オペレータの主観が入りにくく、フォーカスおよび露光量の最適値を高い客観性をもって決定することができ、また、最適な露光条件を簡単かつ迅速に決定することができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の基板の露光方法によると、露光装置に設定されるべきフォーカスおよび露光量の最適値を比較的簡単にかつ速やかに、しかも高い客観性をもって求めることができるので、基板の露光工程における生産性を向上させることができるとともに、露光処理における信頼度を高めることができる。
【００２５】
請求項２および請求項３に係る各発明の基板処理装置を使用すると、請求項１に係る発明の方法を好適に実施することができ、上記効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る基板の露光方法を説明するための図であって、基板の平面図である。
【図２】同じく、各フォーカスでの、露光量とパターン線幅との関係を示す図である。
【図３】同じく、露光量に対するパターン線幅の変化率とフォーカスとの関係を示す図である。
【図４】同じく、最適なフォーカスでの、露光量とパターン線幅との関係を示す図である。
【図５】この発明に係る基板の露光方法を実施するために使用される基板処理装置の全体構成の１例を示す概略図である。
【図６】従来の基板の露光方法を説明するための図であって、基板の平面図である。
【図７】同じく、各露光量での、フォーカスとパターン線幅との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　露光装置
２　現像装置
３　線幅測定装置
４　ＣＰＵ
５　メモリ
６、７　インターフェース
Ｗ　基板

Claims (3)

1. レジスト膜が被着形成された基板の表面の異なる位置を同一パターンにより、少なくとも２つの異なる露光量でかつそれぞれの露光量において露光焦点を種々変えて逐次露光する露光工程と、
   露光後の基板を現像する現像工程と、
   現像後の基板の表面のレジスト膜における各位置のパターン線幅をそれぞれ測定する線幅測定工程と、
   この線幅測定工程で得られた結果から、各露光焦点での、露光量に対するパターン線幅の変化率をそれぞれ算出する演算工程と、
   この演算工程で得られた結果から、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときの露光焦点を求める露光焦点決定工程と、
   この露光焦点決定工程で求められた露光焦点での、前記線幅測定工程で得られた結果から求まる露光量とパターン線幅との比例関係から、所望のパターン線幅が得られるときの露光量を求める露光量決定工程と、
   を経た後、前記露光焦点決定工程で求められた露光焦点および前記露光量決定工程で求められた露光量により以後の基板の露光を行うことを特徴とする基板の露光方法。
2. レジスト膜が被着形成された基板の表面の異なる位置を同一パターンにより、少なくとも２つの異なる露光量でかつそれぞれの露光量において露光焦点を種々変えて逐次露光する露光装置と、
   露光後の基板を現像する現像装置と、
   現像後の基板の表面のレジスト膜におけるパターン線幅をそれぞれ測定する線幅測定手段と、
   この線幅測定装置によって得られた結果から、各露光焦点での、露光量に対するパターン線幅の変化率をそれぞれ算出する演算手段と、
   この演算手段によって得られた結果から、露光量に対するパターン線幅の変化率が最小となるときの露光焦点を求める露光焦点決定手段と、
   この露光焦点決定手段によって求められた露光焦点での、前記線幅測定手段によって得られた結果から求まる露光量とパターン線幅との比例関係から、所望のパターン線幅が得られるときの露光量を求める露光量決定手段と、
   前記露光焦点決定手段によって求められた露光焦点および前記露光量決定手段によって求められた露光量となるように前記露光装置を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする基板処理装置。
3. 基板の表面にフォトレジストを塗布してレジスト膜を被着形成する塗布装置をさらに備えた請求項２記載の基板処理装置。

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