JP2005026362A - 加熱処理装置の温度校正方法、現像処理装置の調整方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
加熱処理装置の温度校正方法、現像処理装置の調整方法、及び半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制する。
【解決手段】複数の加熱処理装置を用意する工程と、用意された各加熱処理装置について、露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、前記冷却処理後、或いは前記現像工程後のいずれかにおいて、露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、複数の設定温度と測定された露光量モニタパターンの状態とから、各加熱処理装置について設定温度と実効的な露光量の関係を求める工程と、求められた関係から、各加熱処理装置について、所定の実効的な露光量が得られるように補正する工程とを含む。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の加熱処理装置を用意する工程と、用意された各加熱処理装置について、露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、前記冷却処理後、或いは前記現像工程後のいずれかにおいて、露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、複数の設定温度と測定された露光量モニタパターンの状態とから、各加熱処理装置について設定温度と実効的な露光量の関係を求める工程と、求められた関係から、各加熱処理装置について、所定の実効的な露光量が得られるように補正する工程とを含む。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光性樹脂膜の露光後加熱処理に用いられる加熱処理装置の温度校正方法、感光性樹脂膜の現像処理に用いられる現像処理装置の調整方法、加熱処理装置の温度校正方法又は加熱処理装置の温度校正方法を用いて校正・調整された装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造におけるフォトリソグラフィー工程では、パターン露光を行うため、露光装置にて所望パターンの形成されたマスクを介して、ウェハ上に形成されたレジスト膜に前記所望パターンを転写して行われる。
【０００３】
パターンの微細化の要求から、露光波長の短波長化、及び、投影レンズの高ＮＡ化がなされており、それと同時にプロセスの改善が同時に行われてきた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化要求はさらに厳しく、露光量裕度や焦点深度のプロセスマージンを十分に得ることが難しく、歩留まりの減少を引き起こしていた。
【０００４】
少ないプロセスマージンで光リソグラフィを行うためには、プロセスマージンを消費する誤差の精密な分析と誤差配分（エラーバジェット）が重要視されてきている。例えば、ウェハ上に多数のチップを同じ設定露光量で露光したつもりでも、レジストの感度変化、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）、現像のウェハ面内の不均一性、レジストのウェハ面内膜厚変動などが原因となって、実効的な適正露光量がばらつき、そのために歩留まりの低下を引き起こしていた。そのために、少ないプロセスマージンを有効に使用し、歩留まりの低下を防ぐために、より高精度の露光量、及び、フォーカスをモニタしてフィードバック、または、フィードフォワードする露光量、及び、フォーカスの制御方法が求められると同時に、各プロセスユニット毎に、プロセスマージンを消費する誤差要因の精密な分析を行い、その分析結果を基に、主要な誤差要因の改善を施す必要もある。
【０００５】
フォーカスに依存しない実効的な露光量を測定し、測定された露光量に基づいてロット間の露光量変動を抑制する技術が開示されている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２９９２０５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在、装置の稼働効率を向上させるために、複数の加熱処理装置を用いて露光処理後の加熱処理が行われる。設定温度と実際の加熱温度とは装置毎に異なる。加熱処理装置毎に加熱温度が異なるので、一つの装置を校正しただけでは、全体の歩留まりを向上させることができないという問題があった。
【０００８】
また、面内の温度均一性を向上させるために複数の熱源を有する加熱処理装置がある。この加熱処理装置では、設定温度と実際の加熱温度とは熱源毎に異なる。熱源処理装置毎に加熱温度が異なるので、一つの熱源を校正しただけでは、全体の歩留まりを向上させることができないという問題があった。
【０００９】
また、露光後加熱処理の温度ムラ、現像処理時の現像ムラにより、パターンが変動する。パターンの変動を抑制するためには、温度ムラ及び現像ムラの両方を抑制すればよい。しかし、二つの制御を行うパラメータを求めるには時間がかかるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制し、歩留まりの向上を図り得る加熱処理装置の温度校正方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、複数の熱源を有する加熱処理装置に対して、熱源間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制し、歩留まりの向上を図り得る加熱処理装置の温度校正方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、露光後加熱処理の温度分布、現像処理時の現像ムラを現像処理で一括して補正し、調整時間の短縮化を得る現像処理装置の調整方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【００１４】
本発明の一例に係わる加熱処理装置の温度校正方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜に転写し、前記露光量モニタパターンを形成する工程と、複数の加熱処理装置を用意する工程と、用意された各加熱処理装置について、前記露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、前記加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、前記冷却処理された基板上の感光性樹脂膜に対して現像処理を行う工程と、前記冷却処理後、或いは前記現像工程後のいずれかにおいて、露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、複数の設定温度と測定された露光量モニタパターンの状態とから、各加熱処理装置について設定温度と実効的な露光量の関係を求める工程と、求められた関係から、各加熱処理装置について、所定の実効的な露光量が得られるように設定温度を補正する工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の一例に係わる加熱処理装置の温度校正方法は、複数の基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、基板上での実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、複数の熱源を有する加熱処理装置を用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記熱源の位置に対応する位置の前記感光性樹脂膜に転写し、露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、前記加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、前記冷却処理された基板上の感光性樹脂膜に対して現像処理を行う工程と、前記冷却処理後、或いは前記現像工程後のいずれかにおいて、露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、複数の設定温度と測定された露光量モニタパターンの状態とから、各熱源について設定温度と露光量モニタパターンの状態との関係を求める工程と、求められた各関係から、前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量の面内分布が等しくなるように各熱源の設定温度を補正する工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の一例に係わる現像処理装置の調整方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された基板に加熱処理を行う工程と、加熱処理された基板に冷却処理を行う工程と、前記冷却処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、前記加熱処理後の各露光量モニタパターンの状態、現像処理後の各露光量モニタパターンの状態から前記現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、算出された制御パラメータに応じて前記現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の一例に係わる現像処理装置の調整方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された基板に加熱処理を行う工程と、加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、現像液を前記感光性樹脂膜に対して吐出し、長手方向の長さが前記基板の最大幅より大きいノズルを基板に対して相対的に走査させる現像処理装置を用意する工程と、前記現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、前記ノズルのある位置が走査した線上に位置する露光量モニタパターンの状態の平均値を求める工程と、前記露光量モニタパターンの状態の平均値を複数の位置について求め、前記ノズルの長手方向の露光量モニタパターンの状態の分布を求める工程と、露光量モニタパターンの状態分布から前記現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、算出された制御パラメータに応じて前記現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の一例に係わる現像処理装置の調整方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、各基板について、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された各基板に加熱処理を行う工程と、加熱処理された各基板に冷却処理を行う工程と、前記冷却処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、前記冷却処理後に測定された露光量モニタパターンの状態の平均値を測定する工程と、複数の現像処理装置を用意する工程と、各現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、各現像処理装置で現像処理された基板について、露光量モニタパターンの状態の平均値をそれぞれ算出する工程と、前記冷却処理後の前記露光量モニタパターンの状態の平均値、前記現像処理後の前記露光量モニタパターンの状態の平均値から前記各現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、算出された制御パラメータに応じて前記各現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明の一例に係わる現像処理装置の調整方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された基板に加熱処理を行う工程と、加熱処理された基板に冷却処理を行う工程と、複数の現像処理装置を用意する工程と、各現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、各現像処理装置で現像処理された基板について、露光量モニタパターンの状態の平均値をそれぞれ算出する工程と、前記露光量モニタパターンの状態の平均値から前記各現像処理装置について制御パラメータを算出する工程と、前記算出された制御パラメータに応じて前記各現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる加熱処理装置の校正方法の手順を示すフローチャートである。
まず、基板上にフォトレジスト膜を塗布形成した後（Ｓ１０１）、露光前加熱を行う（Ｓ１０２）。次に、図２に示すフォトマスクを用意する。フォトマスク１００には、実効的なレジスト感度をモニタするための露光量モニタマーク２００が形成されている。露光量モニタマーク２００は、フォーカス位置に依存せず露光量のみに依存してレジストにパターンを形成するマークである。露光量モニタマークは、デバイスパターンが形成されたデバイス領域の周囲のダイシング領域に形成されている。
【００２２】
図３に示すように、露光量モニタマーク２００は、透光部２０１と遮光部２０２とが露光装置で解像しない幅ｐのブロック内に配列されている。複数のブロックが、ブロック内の透光部２０１と遮光部２０２との配列方向に、連続的に配列されている。そして、前記配列方向では、ブロック内の透光部２０１と遮光部２０２とのデューティー比が単調に変化している。なお、複数のブロックが断続的に配列されていても良い。
【００２３】
実効的な露光量をモニタしたいマスクが、開口数ＮＡ、コヒーレントファクターσ、露光波長λの露光装置にセットされた場合を考える。この装置で解像しないブロックの幅ｐ（ウェハ上寸法）の条件は、回折理論より、
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ （１）
となる。
【００２４】
上記モニタマークの周期を式（１）の条件に設定することにより、露光量モニタマークにおける回折光（１次以上の回折光）は投影レンズの瞳に入らず、直進光（０次回折光）のみが瞳に入るようになる。上記条件を満たすことによって、モニタマークのパターンは解像限界以下となる。そして、露光量モニタマークのパターンが解像限界以下のピッチであると、そのパターンは解像されず、開口比に応じてウェハ面上に到達する露光量が異なったフラット露光となる。このため、露光装置の設定露光量が同じでも開口比に応じて実効的な露光量が変化する。この場合の露光量は、露光量モニタマークのパターンが解像しないため、フォーカス変動の影響を完全に取り除くことができる。
【００２５】
使用する露光条件が、露光波長λ＝２４８ｎｍ，ＮＡ＝０．６８，σ＝０．７５であることを考慮して、モニタマークの周期をマスクパターンにおける回折光（１次以上の回折光）は投影レンズの瞳に入らず、直進光（０次回折光）のみが瞳に入る条件である式（１）を満たすよう、ウェハ換算寸法で０．２μｍを用いた。
【００２６】
図４には図３に示した露光量モニタマークをフォトレジスト膜に転写した際に得られるウェハ面上での強度分布を示した。ウェハ面上には、モニタマークで回折された０次回折光のみが照射されるため、像強度分布は透過部の面積の２乗に比例した分布となる。従って、このマスクを用いて、露光後の加熱、冷却を行うと、フォトレジスト膜には露光量モニタマークの潜像（露光量モニタパターン）が形成され、図５に示すような膜厚分布となる。このパターンを光学式の線幅測長装置で測定することにより、加熱処理後の実効的な露光量を得ることができる。また、現像処理後には、フォトレジスト膜は図６に示すような膜厚分布となる。このパターンを光学式の線幅測長装置で測定することにより、現像処理後の実効的な露光量を得ることができる。
【００２７】
図２に示したフォトマスクを用いて、所定の露光量で基板上に形成されたフォトレジスト膜に露光量モニタマークを転写し、露光量モニタパターンを形成する（ステップＳ１０３）。
【００２８】
上記条件で、各加熱処理装置毎に、図１のフローチャートを用いてＰＥＢ設定温度を振ったサンプルを作成する（ステップＳ１０４）。冷却した後（ステップＳ１０５）、現像を行う（ステップＳ１０６）。加熱処理後の、冷却処理及び現像処理の条件は各サンプルで同一とする。
【００２９】
各サンプルの露光量モニタパターンの長さを測定する（ステップＳ１０７）。そして、各加熱処理装置のＰＥＢ設定温度とパターンの長さ（実効露光量）Ｄ．Ｍ（μｍ）との関係を求める（ステップＳ１０８）。図７には各加熱処理装置Ａ〜Ｅの設定温度とパターン長Ｄ．Ｍの相関グラフを示した。このグラフから近似式を求め、それに基づき実効露光量が同一（パターン長Ｄ．Ｍが同一）になる最適な温度を算出し、各装置の最適な設定温度を求める（ステップＳ１０９）。算出された設定温度から各加熱処理装置の設定温度の校正を行う（ステップＳ１１０）。
【００３０】
表１には校正前と校正後の露光量モニタパターンの長さ“Ｄ．Ｍ”、クリティカルディメンジョン“ＣＤ”、並びに校正前の予想温度を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
表２に、露光量モニタパターンの長さの最大値と最小値の差“ΔＤ．Ｍ”、クリティカルディメンジョンの最大値と最小値の差“ΔＣＤ”、予想温度の最大値と最小値の差“Δ予想温度”を示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２に示すように、実効露光量（Ｄ．Ｍ）、クリティカルディメンジョン共に加熱処理装置間差が校正されている事を確認した。
【００３５】
本実施形態によれば、加熱処理装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制することができる。そして、校正後の装置を用いて半導体装置を製造することにより歩留まりの向上を得ることができる。
【００３６】
露光量モニタマークを用いた適用例を一例示したが、露光後の上記パターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置だけに限定されるものではなく、合わせずれ検査装置やＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【００３７】
（第２の実施形態）
本実施形態では、加熱処理装置に熱源が複数存在する場合の、基板面内バラツキの校正評価方法の一例を示す。
【００３８】
本実施形態では、図８に示す複数の熱源３０１，３０２，３０３を有する加熱処理装置を用いた場合に、基板面内の実効露光量のバラツキを校正する方法を説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係わる加熱処理装置の校正方法の手順を示すフローチャートである。
【００３９】
第１の実施形態と同様に、レジスト塗布（ステップＳ１０１）、露光前加熱（ステップＳ１０２）、露光（ステップＳ１０３）を行う。図１０に示すように、露光時、各熱源３０１，３０２，３０３に位置に対応する位置のレジスト膜に露光量モニタパターンを含む３１１，３１２，３１３を形成する。
【００４０】
図１のフローを用いてＰＥＢ設定温度を振った複数のサンプルを作成する（ステップＳ２０４）。その後、冷却処理（ステップＳ１０５）、現像処理（ステップＳ１０６）を行う。各パターン３１１，３１２，３１３に含まれる露光量モニタパターンの長さを測定する（ステップＳ１０７）。
【００４１】
そして、各熱源のＰＥＢ設定温度とパターンの長さ（実効露光量）との関係を求める（ステップＳ２０８）。各熱源について、求められた関係に基づいて実効露光量が同一（パターン長が同一）になる最適な温度を算出し、各熱源の最適な設定温度を求める（ステップＳ２０９）、算出された値から各熱源の設定温度の校正を行う（ステップＳ２１０）。
【００４２】
表３には校正前と校正後の露光量モニタパターンの長さ“Ｄ．Ｍ”、クリティカルディメンジョン“ＣＤ”、並びに校正前の予想温度を示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表４に、露光量モニタパターンの長さの最大値と最小値の差ΔＤ．Ｍ、クリティカルディメンジョンの最大値と最小値の差ΔＣＤ、予想温度の最大値と最小値の差“Δ予想温度”を示す。
【００４５】
【表４】
【００４６】
表４に示すように、実効露光量（Ｄ．Ｍ）、クリティカルディメンジョンと共に熱源間差が校正されている事を確認した。
【００４７】
本実施形態によれば、加熱処理装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制することができる。そして、校正後の装置を用いて半導体装置を製造することにより歩留まりの向上を得ることができる。
【００４８】
露光量モニタマークを用いた適用例を一例示したが、露光後の上記パターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置だけに限定されるものではなく、合わせずれ検査装置やＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【００４９】
（第３の実施形態）
本実施形態では、現像処理装置の調整を行う方法を説明する。
フォトレジスト膜塗布、露光前加熱処理、露光、ＰＥＢ処理、冷却処理を行ったサンプルを用意する。ＰＥＢ処理時設定温度を振って複数のサンプルを測定する。冷却処理後に露光量モニタパターンの寸法（ＤＭＰＥＢ：実効露光量）を光学式の線幅測長装置で測定する。測定結果を図１１に示す。これより、ＰＥＢ温度Ｔ（℃）とパターンの寸法ＤＭＰＥＢ（μｍ）の関係は、下記の式で表されることがわかった。
【００５０】
ＤＭＰＥＢ＝−０．１２５Ｔ＋４１．２ （２）
図１２に示した現像処理装置を用意する。図１２は、本発明の第３の実施形態に係わる現像処理装置の構成を示す図である。図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は断面図である。現像装置は、基板４００に対して現像液４０２を吐出するノズル４０１を有する。ノズル４０１の長手方向の長さは基板の直径以上の長さである。現像液４０２を吐出している状態でノズル４０１を塗布開始位置Ｐｓから塗布終了位置Ｐｅにかけて移動させて、基板４００上に現像液４０２を供給する。ＰＥＢ温度が振られたサンプルに対してノズル４０１と基板４００との距離Ｄｇａｐを振る。
【００５１】
現像処理後に露光量モニタマークの寸法（ＤＭＤＥＶ：実効露光量）を光学式の線幅測長装置で測定する。測定結果を図１３に示す。これより、ＰＥＢ温度（Ｔ）、現像ノズルと基板との距離（Ｄｇａｐ）と実効露光量（ＤＭＰＥＢ）の関係は、下記の式で表されることがわかった。
【００５２】
ＤＭＤＥＶ＝−０．１２５Ｔ＋０．５Ｄｇａｐ＋３０．７ （３）
図１４のフローチャートを用いて本願の現像処理装置の調整方法を説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係わ現像処理装置の調整方法の手順を示すフローチャートである。
先ず、レジスト膜の塗布（ステップＳ３０１）、露光前の加熱処理（ステップＳ３０２）を行う。図２に示したマスクに形成された露光量モニタマークを、露光量モニタパターンをｘ、ｙ方向とも３０ｍｍピッチでレジスト膜に転写し、露光量モニタパターンの潜像を形成する（ステップＳ３０３）。ＰＥＢ設定温度を振ってＰＥＢ処理を行った複数のサンプルを作成する（ステップＳ３０４）。ＰＥＢ処理後、基板の冷却処理を行う（ステップＳ３０５）
冷却処理後に露光量モニタパターンの寸法を計測する（ステップＳ３０６）。したところ、冷却処理後の露光量モニタパターン寸法は、図１５のようになり、分布をプロットすると、図１６に示すように同心円の分布となった。式（２）により、面内の温度分布は図１７のように算出された。
【００５３】
さらに、この基板に対して、現像処理を行い（ステップＳ３０７）、各露光量モニタパターンの寸法を計測する（ステップＳ３０８）。現像処理後の露光量モニタパターン寸法は、図１８に示すようになり、分布をプロットすると図１９の平面図に示すようになった。図１７と図１８の値を式（３）に代入して現像ノズルと基板との距離（ｇａｐ）を求めたところ、図２０に示すようになった。これより、面内の分布が図２１に示すようになった。このような分布になったのは、ここで用いた現像方法が、直線状の現像ノズルを基板の−ｘ方向から＋ｘ方向に走査させながら現像液を供給する方法で、ノズルと基板との距離が同じに調整できていなかったためであると判定し、距離が１ｍｍとなるように調整した（ステップＳ３０９，Ｓ３１０）。
【００５４】
本実施例では、加熱処理後と現像処理後の露光量モニタマークの測定結果から現像処理装置の調整を行ったが、図２２のフローチャートに示すように、現像処理後の測定結果だけから調整することも可能である。例えば直線状のノズルから現像液を吐出しながらをウェハの一端から他端に走査させ、現像液を供給するような現像方法では、実効露光量分布を、ノズルの同一位置における走査線上の算出した実効露光量を平均することで求めることが望ましい。図１９に示したパターン長ＤＭＤＥＶ（露光量）分布を、ノズルのある位置が走査した線上の露光量モニタパターン長ＤＭＤＥＶの平均値を求めると、図２３に示すようになる。この露光量分布がなるべく一定になるように、ノズルからの吐出量分布を調整するか、ギャップを調整すればよい。
【００５５】
また、図２４に示すように直線状のノズルから現像液を吐出しながらウェハを回転させることで現像液を供給するような現像方法でも、実効露光量分布を、ノズルの同一位置における走査線上（同心円上）の算出した実効露光量を平均することで求めることが望ましい。図１９に示した露光量分布を、走査線上（同心円上）で平均すると、図２５に示すようになる。この露光量分布がなるべく一定になるように、ノズルからの吐出量分布を調整するか、ギャップを調整すればよい。
【００５６】
これら手法はノズル長手方向の流量分布を均一であるかを調べるノズルの評価方法にも適用可能である。
【００５７】
図１３、図２４で示した現像処理装置の調整は、複数の装置の装置間差の調整にも適用可能である。この場合は、実効露光量の分布を求めるのではなく、それぞれの処理装置の実効露光量の平均値を求めておいて、各処理装置の実効露光量の平均値が等しくなるように、ノズルからの吐出量、ギャップ、現像液温度、雰囲気温度等を調整すればよい。
本実施形態によれば、露光後加熱処理の温度分布、現像処理時の現像ムラを現像処理で一括して補正し、調整時間の短縮化を得る。
【００５８】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制し、歩留まりの向上を図り得る。
熱源間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が熱源間で変動することを抑制し、歩留まりの向上を図り得る。
露光後加熱処理の温度分布、現像処理時の現像ムラを現像処理で一括して補正し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる加熱処理装置の校正方法の手順を示すフローチャート。
【図２】第１の実施形態に係わるフォトマスクの構成を示す平面図。
【図３】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークの構成を示す平面図。
【図４】図３に示した露光量モニタマークをフォトレジスト膜に転写した際に得られるウェハ面上での強度分布を示す図。
【図５】加熱、冷却処理後のフォトレジスト膜の膜厚分布を示す図。
【図６】現像処理後のフォトレジスト膜の膜厚分布を示す図。
【図７】各加熱処理装置Ａ〜Ｅの設定温度とパターン長Ｄ．Ｍの相関グラフを示す図。
【図８】第２の実施形態に係わるか熱処理装置の構成を示す図。
【図９】第２の実施形態に係わる加熱処理装置の校正方法の手順を示すフローチャート。
【図１０】熱源と露光量モニタパターンの位置の関係を示す図。
【図１１】冷却処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＰＥＢとＰＥＢ温度の関係を示す図。
【図１２】第３の実施形態に係わる現像処理装置の構成を示す図。
【図１３】現像処理後のＰＥＢ温度と露光量モニタパターンの寸法ＤＭＤＥＶとの関係のギャップ依存性を示す図。
【図１４】第３の実施形態に係わる現像処理装置の調整方法の手順を示すフローチャート。
【図１５】加熱処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＰＥＢの分布を示す図。
【図１６】加熱処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＰＥＢの分布を示す平面図。
【図１７】加熱処理後の温度の分布を示す平面図。
【図１８】現像処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＤＥＶの分布を示す図。
【図１９】現像処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＤＥＶの分布を示す平面図。
【図２０】基板表面とノズルとのギャップの分布を示す図。
【図２１】基板表面とノズルとのギャップの分布を示す平面図。
【図２２】第３の実施形態に係わる校正方法の手順を示すフローチャート。
【図２３】ノズルのある位置が走査した線上の露光量モニタパターン長ＤＭＤＥＶの平均値の分布を示す図。
【図２４】第３の実施形態に係わる現像処理装置の構成を示す図。
【図２５】ノズルのある位置が走査した線上の露光量モニタパターン長ＤＭＤＥＶの平均値の分布を示す図。
【符号の説明】
１００…マスク，２００…露光量モニタマーク，２０１…透光部，２０２…遮光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光性樹脂膜の露光後加熱処理に用いられる加熱処理装置の温度校正方法、感光性樹脂膜の現像処理に用いられる現像処理装置の調整方法、加熱処理装置の温度校正方法又は加熱処理装置の温度校正方法を用いて校正・調整された装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造におけるフォトリソグラフィー工程では、パターン露光を行うため、露光装置にて所望パターンの形成されたマスクを介して、ウェハ上に形成されたレジスト膜に前記所望パターンを転写して行われる。
【０００３】
パターンの微細化の要求から、露光波長の短波長化、及び、投影レンズの高ＮＡ化がなされており、それと同時にプロセスの改善が同時に行われてきた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化要求はさらに厳しく、露光量裕度や焦点深度のプロセスマージンを十分に得ることが難しく、歩留まりの減少を引き起こしていた。
【０００４】
少ないプロセスマージンで光リソグラフィを行うためには、プロセスマージンを消費する誤差の精密な分析と誤差配分（エラーバジェット）が重要視されてきている。例えば、ウェハ上に多数のチップを同じ設定露光量で露光したつもりでも、レジストの感度変化、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）、現像のウェハ面内の不均一性、レジストのウェハ面内膜厚変動などが原因となって、実効的な適正露光量がばらつき、そのために歩留まりの低下を引き起こしていた。そのために、少ないプロセスマージンを有効に使用し、歩留まりの低下を防ぐために、より高精度の露光量、及び、フォーカスをモニタしてフィードバック、または、フィードフォワードする露光量、及び、フォーカスの制御方法が求められると同時に、各プロセスユニット毎に、プロセスマージンを消費する誤差要因の精密な分析を行い、その分析結果を基に、主要な誤差要因の改善を施す必要もある。
【０００５】
フォーカスに依存しない実効的な露光量を測定し、測定された露光量に基づいてロット間の露光量変動を抑制する技術が開示されている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２９９２０５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在、装置の稼働効率を向上させるために、複数の加熱処理装置を用いて露光処理後の加熱処理が行われる。設定温度と実際の加熱温度とは装置毎に異なる。加熱処理装置毎に加熱温度が異なるので、一つの装置を校正しただけでは、全体の歩留まりを向上させることができないという問題があった。
【０００８】
また、面内の温度均一性を向上させるために複数の熱源を有する加熱処理装置がある。この加熱処理装置では、設定温度と実際の加熱温度とは熱源毎に異なる。熱源処理装置毎に加熱温度が異なるので、一つの熱源を校正しただけでは、全体の歩留まりを向上させることができないという問題があった。
【０００９】
また、露光後加熱処理の温度ムラ、現像処理時の現像ムラにより、パターンが変動する。パターンの変動を抑制するためには、温度ムラ及び現像ムラの両方を抑制すればよい。しかし、二つの制御を行うパラメータを求めるには時間がかかるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制し、歩留まりの向上を図り得る加熱処理装置の温度校正方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、複数の熱源を有する加熱処理装置に対して、熱源間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制し、歩留まりの向上を図り得る加熱処理装置の温度校正方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、露光後加熱処理の温度分布、現像処理時の現像ムラを現像処理で一括して補正し、調整時間の短縮化を得る現像処理装置の調整方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【００１４】
本発明の一例に係わる加熱処理装置の温度校正方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜に転写し、前記露光量モニタパターンを形成する工程と、複数の加熱処理装置を用意する工程と、用意された各加熱処理装置について、前記露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、前記加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、前記冷却処理された基板上の感光性樹脂膜に対して現像処理を行う工程と、前記冷却処理後、或いは前記現像工程後のいずれかにおいて、露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、複数の設定温度と測定された露光量モニタパターンの状態とから、各加熱処理装置について設定温度と実効的な露光量の関係を求める工程と、求められた関係から、各加熱処理装置について、所定の実効的な露光量が得られるように設定温度を補正する工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の一例に係わる加熱処理装置の温度校正方法は、複数の基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、基板上での実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、複数の熱源を有する加熱処理装置を用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記熱源の位置に対応する位置の前記感光性樹脂膜に転写し、露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、前記加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、前記冷却処理された基板上の感光性樹脂膜に対して現像処理を行う工程と、前記冷却処理後、或いは前記現像工程後のいずれかにおいて、露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、複数の設定温度と測定された露光量モニタパターンの状態とから、各熱源について設定温度と露光量モニタパターンの状態との関係を求める工程と、求められた各関係から、前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量の面内分布が等しくなるように各熱源の設定温度を補正する工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の一例に係わる現像処理装置の調整方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された基板に加熱処理を行う工程と、加熱処理された基板に冷却処理を行う工程と、前記冷却処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、前記加熱処理後の各露光量モニタパターンの状態、現像処理後の各露光量モニタパターンの状態から前記現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、算出された制御パラメータに応じて前記現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の一例に係わる現像処理装置の調整方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された基板に加熱処理を行う工程と、加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、現像液を前記感光性樹脂膜に対して吐出し、長手方向の長さが前記基板の最大幅より大きいノズルを基板に対して相対的に走査させる現像処理装置を用意する工程と、前記現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、前記ノズルのある位置が走査した線上に位置する露光量モニタパターンの状態の平均値を求める工程と、前記露光量モニタパターンの状態の平均値を複数の位置について求め、前記ノズルの長手方向の露光量モニタパターンの状態の分布を求める工程と、露光量モニタパターンの状態分布から前記現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、算出された制御パラメータに応じて前記現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の一例に係わる現像処理装置の調整方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、各基板について、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された各基板に加熱処理を行う工程と、加熱処理された各基板に冷却処理を行う工程と、前記冷却処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、前記冷却処理後に測定された露光量モニタパターンの状態の平均値を測定する工程と、複数の現像処理装置を用意する工程と、各現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、各現像処理装置で現像処理された基板について、露光量モニタパターンの状態の平均値をそれぞれ算出する工程と、前記冷却処理後の前記露光量モニタパターンの状態の平均値、前記現像処理後の前記露光量モニタパターンの状態の平均値から前記各現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、算出された制御パラメータに応じて前記各現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明の一例に係わる現像処理装置の調整方法は、基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、前記露光量モニタパターンが形成された基板に加熱処理を行う工程と、加熱処理された基板に冷却処理を行う工程と、複数の現像処理装置を用意する工程と、各現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、各現像処理装置で現像処理された基板について、露光量モニタパターンの状態の平均値をそれぞれ算出する工程と、前記露光量モニタパターンの状態の平均値から前記各現像処理装置について制御パラメータを算出する工程と、前記算出された制御パラメータに応じて前記各現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる加熱処理装置の校正方法の手順を示すフローチャートである。
まず、基板上にフォトレジスト膜を塗布形成した後（Ｓ１０１）、露光前加熱を行う（Ｓ１０２）。次に、図２に示すフォトマスクを用意する。フォトマスク１００には、実効的なレジスト感度をモニタするための露光量モニタマーク２００が形成されている。露光量モニタマーク２００は、フォーカス位置に依存せず露光量のみに依存してレジストにパターンを形成するマークである。露光量モニタマークは、デバイスパターンが形成されたデバイス領域の周囲のダイシング領域に形成されている。
【００２２】
図３に示すように、露光量モニタマーク２００は、透光部２０１と遮光部２０２とが露光装置で解像しない幅ｐのブロック内に配列されている。複数のブロックが、ブロック内の透光部２０１と遮光部２０２との配列方向に、連続的に配列されている。そして、前記配列方向では、ブロック内の透光部２０１と遮光部２０２とのデューティー比が単調に変化している。なお、複数のブロックが断続的に配列されていても良い。
【００２３】
実効的な露光量をモニタしたいマスクが、開口数ＮＡ、コヒーレントファクターσ、露光波長λの露光装置にセットされた場合を考える。この装置で解像しないブロックの幅ｐ（ウェハ上寸法）の条件は、回折理論より、
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ （１）
となる。
【００２４】
上記モニタマークの周期を式（１）の条件に設定することにより、露光量モニタマークにおける回折光（１次以上の回折光）は投影レンズの瞳に入らず、直進光（０次回折光）のみが瞳に入るようになる。上記条件を満たすことによって、モニタマークのパターンは解像限界以下となる。そして、露光量モニタマークのパターンが解像限界以下のピッチであると、そのパターンは解像されず、開口比に応じてウェハ面上に到達する露光量が異なったフラット露光となる。このため、露光装置の設定露光量が同じでも開口比に応じて実効的な露光量が変化する。この場合の露光量は、露光量モニタマークのパターンが解像しないため、フォーカス変動の影響を完全に取り除くことができる。
【００２５】
使用する露光条件が、露光波長λ＝２４８ｎｍ，ＮＡ＝０．６８，σ＝０．７５であることを考慮して、モニタマークの周期をマスクパターンにおける回折光（１次以上の回折光）は投影レンズの瞳に入らず、直進光（０次回折光）のみが瞳に入る条件である式（１）を満たすよう、ウェハ換算寸法で０．２μｍを用いた。
【００２６】
図４には図３に示した露光量モニタマークをフォトレジスト膜に転写した際に得られるウェハ面上での強度分布を示した。ウェハ面上には、モニタマークで回折された０次回折光のみが照射されるため、像強度分布は透過部の面積の２乗に比例した分布となる。従って、このマスクを用いて、露光後の加熱、冷却を行うと、フォトレジスト膜には露光量モニタマークの潜像（露光量モニタパターン）が形成され、図５に示すような膜厚分布となる。このパターンを光学式の線幅測長装置で測定することにより、加熱処理後の実効的な露光量を得ることができる。また、現像処理後には、フォトレジスト膜は図６に示すような膜厚分布となる。このパターンを光学式の線幅測長装置で測定することにより、現像処理後の実効的な露光量を得ることができる。
【００２７】
図２に示したフォトマスクを用いて、所定の露光量で基板上に形成されたフォトレジスト膜に露光量モニタマークを転写し、露光量モニタパターンを形成する（ステップＳ１０３）。
【００２８】
上記条件で、各加熱処理装置毎に、図１のフローチャートを用いてＰＥＢ設定温度を振ったサンプルを作成する（ステップＳ１０４）。冷却した後（ステップＳ１０５）、現像を行う（ステップＳ１０６）。加熱処理後の、冷却処理及び現像処理の条件は各サンプルで同一とする。
【００２９】
各サンプルの露光量モニタパターンの長さを測定する（ステップＳ１０７）。そして、各加熱処理装置のＰＥＢ設定温度とパターンの長さ（実効露光量）Ｄ．Ｍ（μｍ）との関係を求める（ステップＳ１０８）。図７には各加熱処理装置Ａ〜Ｅの設定温度とパターン長Ｄ．Ｍの相関グラフを示した。このグラフから近似式を求め、それに基づき実効露光量が同一（パターン長Ｄ．Ｍが同一）になる最適な温度を算出し、各装置の最適な設定温度を求める（ステップＳ１０９）。算出された設定温度から各加熱処理装置の設定温度の校正を行う（ステップＳ１１０）。
【００３０】
表１には校正前と校正後の露光量モニタパターンの長さ“Ｄ．Ｍ”、クリティカルディメンジョン“ＣＤ”、並びに校正前の予想温度を示す。
【００３１】
【表１】
表２に、露光量モニタパターンの長さの最大値と最小値の差“ΔＤ．Ｍ”、クリティカルディメンジョンの最大値と最小値の差“ΔＣＤ”、予想温度の最大値と最小値の差“Δ予想温度”を示す。
【００３３】
【表２】
表２に示すように、実効露光量（Ｄ．Ｍ）、クリティカルディメンジョン共に加熱処理装置間差が校正されている事を確認した。
【００３５】
本実施形態によれば、加熱処理装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制することができる。そして、校正後の装置を用いて半導体装置を製造することにより歩留まりの向上を得ることができる。
【００３６】
露光量モニタマークを用いた適用例を一例示したが、露光後の上記パターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置だけに限定されるものではなく、合わせずれ検査装置やＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【００３７】
（第２の実施形態）
本実施形態では、加熱処理装置に熱源が複数存在する場合の、基板面内バラツキの校正評価方法の一例を示す。
【００３８】
本実施形態では、図８に示す複数の熱源３０１，３０２，３０３を有する加熱処理装置を用いた場合に、基板面内の実効露光量のバラツキを校正する方法を説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係わる加熱処理装置の校正方法の手順を示すフローチャートである。
【００３９】
第１の実施形態と同様に、レジスト塗布（ステップＳ１０１）、露光前加熱（ステップＳ１０２）、露光（ステップＳ１０３）を行う。図１０に示すように、露光時、各熱源３０１，３０２，３０３に位置に対応する位置のレジスト膜に露光量モニタパターンを含む３１１，３１２，３１３を形成する。
【００４０】
図１のフローを用いてＰＥＢ設定温度を振った複数のサンプルを作成する（ステップＳ２０４）。その後、冷却処理（ステップＳ１０５）、現像処理（ステップＳ１０６）を行う。各パターン３１１，３１２，３１３に含まれる露光量モニタパターンの長さを測定する（ステップＳ１０７）。
【００４１】
そして、各熱源のＰＥＢ設定温度とパターンの長さ（実効露光量）との関係を求める（ステップＳ２０８）。各熱源について、求められた関係に基づいて実効露光量が同一（パターン長が同一）になる最適な温度を算出し、各熱源の最適な設定温度を求める（ステップＳ２０９）、算出された値から各熱源の設定温度の校正を行う（ステップＳ２１０）。
【００４２】
表３には校正前と校正後の露光量モニタパターンの長さ“Ｄ．Ｍ”、クリティカルディメンジョン“ＣＤ”、並びに校正前の予想温度を示す。
【００４３】
【表３】
表４に、露光量モニタパターンの長さの最大値と最小値の差ΔＤ．Ｍ、クリティカルディメンジョンの最大値と最小値の差ΔＣＤ、予想温度の最大値と最小値の差“Δ予想温度”を示す。
【００４５】
【表４】
表４に示すように、実効露光量（Ｄ．Ｍ）、クリティカルディメンジョンと共に熱源間差が校正されている事を確認した。
【００４７】
本実施形態によれば、加熱処理装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制することができる。そして、校正後の装置を用いて半導体装置を製造することにより歩留まりの向上を得ることができる。
【００４８】
露光量モニタマークを用いた適用例を一例示したが、露光後の上記パターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置だけに限定されるものではなく、合わせずれ検査装置やＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【００４９】
（第３の実施形態）
本実施形態では、現像処理装置の調整を行う方法を説明する。
フォトレジスト膜塗布、露光前加熱処理、露光、ＰＥＢ処理、冷却処理を行ったサンプルを用意する。ＰＥＢ処理時設定温度を振って複数のサンプルを測定する。冷却処理後に露光量モニタパターンの寸法（ＤＭＰＥＢ：実効露光量）を光学式の線幅測長装置で測定する。測定結果を図１１に示す。これより、ＰＥＢ温度Ｔ（℃）とパターンの寸法ＤＭＰＥＢ（μｍ）の関係は、下記の式で表されることがわかった。
【００５０】
ＤＭＰＥＢ＝−０．１２５Ｔ＋４１．２ （２）
図１２に示した現像処理装置を用意する。図１２は、本発明の第３の実施形態に係わる現像処理装置の構成を示す図である。図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は断面図である。現像装置は、基板４００に対して現像液４０２を吐出するノズル４０１を有する。ノズル４０１の長手方向の長さは基板の直径以上の長さである。現像液４０２を吐出している状態でノズル４０１を塗布開始位置Ｐｓから塗布終了位置Ｐｅにかけて移動させて、基板４００上に現像液４０２を供給する。ＰＥＢ温度が振られたサンプルに対してノズル４０１と基板４００との距離Ｄｇａｐを振る。
【００５１】
現像処理後に露光量モニタマークの寸法（ＤＭＤＥＶ：実効露光量）を光学式の線幅測長装置で測定する。測定結果を図１３に示す。これより、ＰＥＢ温度（Ｔ）、現像ノズルと基板との距離（Ｄｇａｐ）と実効露光量（ＤＭＰＥＢ）の関係は、下記の式で表されることがわかった。
【００５２】
ＤＭＤＥＶ＝−０．１２５Ｔ＋０．５Ｄｇａｐ＋３０．７ （３）
図１４のフローチャートを用いて本願の現像処理装置の調整方法を説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係わ現像処理装置の調整方法の手順を示すフローチャートである。
先ず、レジスト膜の塗布（ステップＳ３０１）、露光前の加熱処理（ステップＳ３０２）を行う。図２に示したマスクに形成された露光量モニタマークを、露光量モニタパターンをｘ、ｙ方向とも３０ｍｍピッチでレジスト膜に転写し、露光量モニタパターンの潜像を形成する（ステップＳ３０３）。ＰＥＢ設定温度を振ってＰＥＢ処理を行った複数のサンプルを作成する（ステップＳ３０４）。ＰＥＢ処理後、基板の冷却処理を行う（ステップＳ３０５）
冷却処理後に露光量モニタパターンの寸法を計測する（ステップＳ３０６）。したところ、冷却処理後の露光量モニタパターン寸法は、図１５のようになり、分布をプロットすると、図１６に示すように同心円の分布となった。式（２）により、面内の温度分布は図１７のように算出された。
【００５３】
さらに、この基板に対して、現像処理を行い（ステップＳ３０７）、各露光量モニタパターンの寸法を計測する（ステップＳ３０８）。現像処理後の露光量モニタパターン寸法は、図１８に示すようになり、分布をプロットすると図１９の平面図に示すようになった。図１７と図１８の値を式（３）に代入して現像ノズルと基板との距離（ｇａｐ）を求めたところ、図２０に示すようになった。これより、面内の分布が図２１に示すようになった。このような分布になったのは、ここで用いた現像方法が、直線状の現像ノズルを基板の−ｘ方向から＋ｘ方向に走査させながら現像液を供給する方法で、ノズルと基板との距離が同じに調整できていなかったためであると判定し、距離が１ｍｍとなるように調整した（ステップＳ３０９，Ｓ３１０）。
【００５４】
本実施例では、加熱処理後と現像処理後の露光量モニタマークの測定結果から現像処理装置の調整を行ったが、図２２のフローチャートに示すように、現像処理後の測定結果だけから調整することも可能である。例えば直線状のノズルから現像液を吐出しながらをウェハの一端から他端に走査させ、現像液を供給するような現像方法では、実効露光量分布を、ノズルの同一位置における走査線上の算出した実効露光量を平均することで求めることが望ましい。図１９に示したパターン長ＤＭＤＥＶ（露光量）分布を、ノズルのある位置が走査した線上の露光量モニタパターン長ＤＭＤＥＶの平均値を求めると、図２３に示すようになる。この露光量分布がなるべく一定になるように、ノズルからの吐出量分布を調整するか、ギャップを調整すればよい。
【００５５】
また、図２４に示すように直線状のノズルから現像液を吐出しながらウェハを回転させることで現像液を供給するような現像方法でも、実効露光量分布を、ノズルの同一位置における走査線上（同心円上）の算出した実効露光量を平均することで求めることが望ましい。図１９に示した露光量分布を、走査線上（同心円上）で平均すると、図２５に示すようになる。この露光量分布がなるべく一定になるように、ノズルからの吐出量分布を調整するか、ギャップを調整すればよい。
【００５６】
これら手法はノズル長手方向の流量分布を均一であるかを調べるノズルの評価方法にも適用可能である。
【００５７】
図１３、図２４で示した現像処理装置の調整は、複数の装置の装置間差の調整にも適用可能である。この場合は、実効露光量の分布を求めるのではなく、それぞれの処理装置の実効露光量の平均値を求めておいて、各処理装置の実効露光量の平均値が等しくなるように、ノズルからの吐出量、ギャップ、現像液温度、雰囲気温度等を調整すればよい。
本実施形態によれば、露光後加熱処理の温度分布、現像処理時の現像ムラを現像処理で一括して補正し、調整時間の短縮化を得る。
【００５８】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、装置間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が装置間で変動することを抑制し、歩留まりの向上を図り得る。
熱源間の温度が異なることにより感光性樹脂膜が得た実効的な露光量が熱源間で変動することを抑制し、歩留まりの向上を図り得る。
露光後加熱処理の温度分布、現像処理時の現像ムラを現像処理で一括して補正し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる加熱処理装置の校正方法の手順を示すフローチャート。
【図２】第１の実施形態に係わるフォトマスクの構成を示す平面図。
【図３】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークの構成を示す平面図。
【図４】図３に示した露光量モニタマークをフォトレジスト膜に転写した際に得られるウェハ面上での強度分布を示す図。
【図５】加熱、冷却処理後のフォトレジスト膜の膜厚分布を示す図。
【図６】現像処理後のフォトレジスト膜の膜厚分布を示す図。
【図７】各加熱処理装置Ａ〜Ｅの設定温度とパターン長Ｄ．Ｍの相関グラフを示す図。
【図８】第２の実施形態に係わるか熱処理装置の構成を示す図。
【図９】第２の実施形態に係わる加熱処理装置の校正方法の手順を示すフローチャート。
【図１０】熱源と露光量モニタパターンの位置の関係を示す図。
【図１１】冷却処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＰＥＢとＰＥＢ温度の関係を示す図。
【図１２】第３の実施形態に係わる現像処理装置の構成を示す図。
【図１３】現像処理後のＰＥＢ温度と露光量モニタパターンの寸法ＤＭＤＥＶとの関係のギャップ依存性を示す図。
【図１４】第３の実施形態に係わる現像処理装置の調整方法の手順を示すフローチャート。
【図１５】加熱処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＰＥＢの分布を示す図。
【図１６】加熱処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＰＥＢの分布を示す平面図。
【図１７】加熱処理後の温度の分布を示す平面図。
【図１８】現像処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＤＥＶの分布を示す図。
【図１９】現像処理後の露光量モニタパターンの寸法ＤＭＤＥＶの分布を示す平面図。
【図２０】基板表面とノズルとのギャップの分布を示す図。
【図２１】基板表面とノズルとのギャップの分布を示す平面図。
【図２２】第３の実施形態に係わる校正方法の手順を示すフローチャート。
【図２３】ノズルのある位置が走査した線上の露光量モニタパターン長ＤＭＤＥＶの平均値の分布を示す図。
【図２４】第３の実施形態に係わる現像処理装置の構成を示す図。
【図２５】ノズルのある位置が走査した線上の露光量モニタパターン長ＤＭＤＥＶの平均値の分布を示す図。
【符号の説明】
１００…マスク，２００…露光量モニタマーク，２０１…透光部，２０２…遮光部
Claims (17)
- 基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、
前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、
露光装置を用いて、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜に転写し、前記露光量モニタパターンを形成する工程と、
複数の加熱処理装置を用意する工程と、
用意された各加熱処理装置について、前記露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、
前記加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、
前記冷却処理された基板上の感光性樹脂膜に対して現像処理を行う工程と、
前記冷却処理後、或いは前記現像工程後のいずれかにおいて、露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、
複数の設定温度と測定された露光量モニタパターンの状態とから、各加熱処理装置について設定温度と実効的な露光量の関係を求める工程と、
求められた関係から、各加熱処理装置について、所定の実効的な露光量が得られるように設定温度を補正する工程と
を含むことを特徴とする加熱処理装置の温度校正方法。 - 複数の基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、
基板上での実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、
複数の熱源を有する加熱処理装置を用意する工程と、
露光装置を用いて、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記熱源の位置に対応する位置の前記感光性樹脂膜に転写し、露光量モニタパターンを形成する工程と、
前記か熱処理装置を用いて、前記露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、
前記加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、
前記冷却処理された基板上の感光性樹脂膜に対して現像処理を行う工程と、
前記冷却処理後、或いは前記現像工程後のいずれかにおいて、露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、
複数の設定温度と測定された露光量モニタパターンの状態とから、各熱源について設定温度と露光量モニタパターンの状態との関係を求める工程と、
求められた各関係から、前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量の面内分布が等しくなるように各熱源の設定温度を補正する工程と
を含むことを特徴とする加熱処理装置の温度校正方法。 - 前記露光量モニタマークは、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化するパターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱処理装置の温度校正方法。
- 前記露光装置の露光波長をλ、ウェハ側の開口数をＮＡ、コヒーレンスファクタσとしたとき、ウェハ上におけるピッチＰが、
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ
を満たすことを特徴とする請求項３に記載の加熱処理装置の温度校正方法。 - 請求項１〜請求項４の何れかに記載された加熱処理装置の温度校正方法を用いて校正された加熱処理装置を用いて、半導体基板上に形成され、半導体素子パターンが転写された感光性樹脂膜を加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、
前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、
所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、
前記露光量モニタパターンが形成された基板を複数の設定温度で加熱処理を行う工程と、
加熱処理された基板に冷却処理を行う工程と、
前記冷却処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、
現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、
前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、
前記加熱処理後の各露光量モニタパターンの状態、現像処理後の各露光量モニタパターンの状態から前記現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、
算出された制御パラメータに応じて前記現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする現像処理装置の調整方法。 - 予め加熱処理時の加熱温度と前記露光量モニタパターンの状態との第１の関係を求める工程と、
予め加熱処理時の加熱温度と，前記現像処理装置の制御パラメータと、前記露光量モニタパターンの状態との第２の関係を求める工程と、
前記制御パラメータの算出時、前記冷却処理後に測定された各露光量モニタパターンの状態と前記第１の関係から加熱温度の分布を求め、
前記求められた加熱温度の分布と、現像処理後に測定された各露光量モニタパターンの状態と、第２の関係とから前記制御パラメータの分布を求め、
求められた制御パラメータの分布が均一となるようすることを特徴とする請求項６に記載の現像処理装置の調整方法。 - 前記現像処理装置は、現像液を前記感光性樹脂膜に対して吐出し、長手方向の長さが前記基板の最大幅より大きいノズルを基板に対して相対的に走査させることを特徴とする請求項６に記載の現像処理装置の調整方法。
- 予め加熱処理時の加熱温度と前記露光量モニタパターンの状態との第１の関係を求める工程と、
予め加熱処理時の加熱温度と，前記ノズルと前記感光性樹脂膜表面との距離と、前記露光量モニタパターンの状態との第２の関係を求める工程と、
前記制御パラメータの算出時、前記冷却処理後に測定された各露光量モニタパターンの状態と前記第１の関係から加熱温度の分布を求め、
前記求められた加熱温度の分布と、現像処理後に測定された各露光量モニタパターンの状態と、第２の関係とから前記距離の分布を求め、
求められた距離の分布が均一となるようすることを特徴とする請求項８に記載の現像処理装置の調整方法。 - 基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、
前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、
所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、
前記露光量モニタパターンが形成された基板に加熱処理を行う工程と、
加熱処理された基板に対して冷却処理を行う工程と、
現像液を前記感光性樹脂膜に対して吐出し、長手方向の長さが前記基板の最大幅より大きいノズルを基板に対して相対的に走査させる現像処理装置を用意する工程と、
前記現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、
前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、
前記ノズルのある位置が走査した線上に位置する露光量モニタパターンの状態の平均値を求める工程と、
前記露光量モニタパターンの状態の平均値を複数の位置について求め、前記ノズルの長手方向の露光量モニタパターンの状態の分布を求める工程と、
露光量モニタパターンの状態分布から前記現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、
算出された制御パラメータに応じて前記現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする現像処理装置の調整方法。 - 基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、
前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、
各基板について、所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、
前記露光量モニタパターンが形成された各基板に加熱処理を行う工程と、
加熱処理された各基板に冷却処理を行う工程と、
前記冷却処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、
前記冷却処理後に測定された露光量モニタパターンの状態の平均値を測定する工程と、
複数の現像処理装置を用意する工程と、
各現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、
前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、
各現像処理装置で現像処理された基板について、露光量モニタパターンの状態の平均値をそれぞれ算出する工程と、
前記冷却処理後の前記露光量モニタパターンの状態の平均値、前記現像処理後の前記露光量モニタパターンの状態の平均値から前記各現像処理装置の制御パラメータを算出する工程と、
算出された制御パラメータに応じて前記各現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする現像処理装置の調整方法。 - 基板上に感光性樹脂膜を形成する工程と、
前記感光性樹脂膜に転写された露光量モニタパターンの状態により前記感光性樹脂膜が得た実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマークが配置された露光マスクを用意する工程と、
所定の設定露光量で前記露光量モニタマークを前記感光性樹脂膜の複数の位置に転写し、複数の露光量モニタパターンを形成する工程と、
前記露光量モニタパターンが形成された基板に加熱処理を行う工程と、
加熱処理された基板に冷却処理を行う工程と、
複数の現像処理装置を用意する工程と、
各現像処理装置を用いて、前記感光性樹脂膜の現像処理を行う工程と、
前記現像処理後、各露光量モニタパターンの状態を測定する工程と、
各現像処理装置で現像処理された基板について、露光量モニタパターンの状態の平均値をそれぞれ算出する工程と、
前記露光量モニタパターンの状態の平均値から前記各現像処理装置について制御パラメータを算出する工程と、
前記算出された制御パラメータに応じて前記各現像処理装置の制御パラメータを変更する工程とを含むことを特徴とする現像処理装置の調整方法。 - 前記露光量モニタマークは、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化するパターンであることを特徴とする請求項６〜請求項１２の何れかに記載の現像処理装置の調整方法。
- 前記露光装置の露光波長をλ、ウェハ側の開口数をＮＡ、コヒーレンスファクタσとしたとき、ウェハ上におけるピッチＰが、
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ
を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の現像処理装置の調整方法。 - 前記現像処理装置は、現像液を前記感光性樹脂膜に対して吐出し、長手方向の長さが前記基板の最大幅より大きいノズルを基板に対して相対的に走査させることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の現像処理装置の調整方法。
- 前記現像処理装置の制御パラメータは、現像ノズルの長手方向の流量分布、現像液流量、現像ノズルと前記基板との距離の少なくともひとつであることを特徴とする請求項８，１０，１５の何れかに記載の現像処理装置の調整方法。
- 請求項６〜１６の何れかに記載された現像処理装置の調整方法を用いて調整された現像処理装置を用いて感光性樹脂膜の現像処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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