JP2006128572A - 露光条件補正方法、基板処理装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 レジストパターンの形状測定結果から最適な露光条件を露光装置に設定することができる露光条件補正方法、この露光条件補正方法を実行するための基板処理装置およびコンピュータプログラムを提供する。
【解決手段】 ウエハＷにレジスト膜形成、現像処理を行うレジスト塗布／現像処理システム１と露光処理を行う露光装置１４を用い、ウエハＷにレジスト膜を形成し、このレジスト膜の異なる位置を同一パターンでフォーカス値を変えて逐次露光し、現像する。レジスト塗布／現像処理システム１は、得られたレジストパターンの線幅をスキャテロメトリ技術により測定し、得られた線幅と対応するフォーカス値との関係から最適フォーカス値を決定し、露光装置１４へ人手を介することなくデータ通信により露光装置１４のフォーカス値を補正するためのデータを送信し、露光装置１４はそのデータに基づいてフォーカス値を補正する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体ウエハやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用基板に形成されたレジスト膜を露光する際の露光条件を最適に設定することができる露光条件補正方法、当該露光条件補正方法を実行するための基板処理装置、当該露光条件補正方法を実行するためのコンピュータプログラムに関する。

例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、ウエハの表面にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、このレジスト膜を所定のパターンで露光し、現像処理することにより、レジスト膜にパターンを形成している。ここで、形成されたレジストパターンが所望の線幅、形状を有しているかを確認するために、レジストパターンの線幅やＬＥＲ（Line Edge Roughness）を、定期的に測定している。

このようなレジストパターンの線幅等の測定には、ＳＥＭが一般的に使用されているが、ＳＥＭによる観察は、レジストパターンを直視することができる利点はあるが、測定に長い時間を要すること、装置操作や形状観察に経験が求められること、観察者の主観が入りやすいこと、ＬＥＲのために線幅の信頼性を維持することが困難になっていること等の欠点がある。そこで、近年、ＳＥＭに代えて、スキャテロメトリ（Scatterometry）技術を用いた方法が用いられるようになってきている。

このスキャテロメトリ技術とは、任意のパターン形状に対して回折光強度分布を計算して、例えば、予めライブラリを作成しておき、測定対象のパターンに光を入射し、回折光強度の角度方向分布を検出し、その検出結果と上記のライブラリとのパターンマッチングにより測定対象のパターンの幅、高さ等を推定するものである（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、スキャテロメトリによる測定結果を、例えば、現像時間、現像温度をフィードフォワード制御したり、露光時間および露光量を制御したりすることができると記載されている（特許文献１の段落００４１参照）。

しかしながら、特許文献１には、現像条件や露光条件を制御する具体的な制御方法は何ら開示されていない。

また、半導体製造装置の分野では、レジスト膜を形成する装置および露光処理されたウエハを現像する装置を製造するメーカーと、露光装置を製造するメーカーとは、その技術的内容が全く異なるために、異なっているのが現状である。このため、レジスト膜形成・現像装置の制御と露光装置の制御は、ウエハの搬送についてはそれが滞りなく行われるように、インターフェースを介して調整されているが、レジスト膜形成・現像装置が、露光装置による露光条件を制御することは行われていない。そのため、露光条件を変更する場合には、所定のテストパターンで露光量とフォーカス値を変化させて露光されたレジストパターンをＳＥＭで観察し、装置オペレータが露光装置にその露光条件を入力している。

しかし、このように人手を介してデータを入力すると、正負号の逆入力、小数点の位置違い等の入力ミスが発生し、製品とならない無駄な処理が行われたり、製品の品質が低下する等の問題が生じる。
特開２００２−２６０９９４号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされてものであり、レジストパターンの形状測定結果から、入力ミスがないように、最適な露光条件を露光装置に設定することができる露光条件補正方法を提供することを目的とする。また、本発明は、この露光条件補正方法を実行するための基板処理装置およびコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、基板にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の異なる位置を同一パターンで露光パラメータを変えて逐次露光する工程と、
前記露光後の基板を現像する工程と、
現像により形成されたレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
測定された形状データと用いられた露光パラメータとの関係から最適露光パラメータを決定し、以後の基板が前記最適露光パラメータで露光されるように露光条件を補正する工程と、
を有することを特徴とする露光条件補正方法、が提供される。

本発明の第２の観点によれば、基板にレジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、
基板に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、
露光処理された基板を現像する現像処理部と、
現像されたレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部と、
前記レジスト膜形成部と、前記現像処理部と、前記パターン形状測定部と、を制御する第１制御部と、
前記露光処理部を制御する第２制御部と、
基板にレジスト膜を形成し、このレジスト膜の異なる位置を同一パターンで露光パラメータを変えながら逐次露光し、現像し、形成されたレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定し、測定された形状データと用いられた露光パラメータとの関係から最適露光パラメータを決定し、以後の基板が決定された最適露光パラメータで露光されるように露光条件を補正する処理が実行されるように、前記第１制御部と前記第２制御部との間でデータ通信を行うためのインターフェースと、
を具備することを特徴とする基板処理装置、が提供される。

本発明に第３の観点によれば、基板にレジスト膜を形成する塗布膜形成部と、基板に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、露光処理された基板を現像する現像処理部と、現像されたレジストパターンの形状データをスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部と、を有する基板処理装置を用い、
（ａ）基板にレジスト膜を形成し、（ｂ）前記レジスト膜の異なる位置を同一パターンで露光パラメータを変えて逐次露光し、（ｃ）露光後の基板を現像し、（ｄ）現像により形成されたレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定し、（ｅ）測定された形状データと用いられた露光パラメータとの関係から最適露光パラメータを決定し、以後の基板をその最適露光パラメータで露光するために露光条件を補正する処理が実行されるように、コンピュータが前記基板処理装置を制御するソフトウェア、を含むコンピュータプログラム、が提供される。

本発明では、露光処理において補正の対象とする露光パラメータは露光量とフォーカス値であり、第１の方法では、露光量を一定としてフォーカス値を変化させて最適フォーカス値を求め、第２の方法では、露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて最適露光量と最適フォーカス値を求める。両方法に共通して、スキャテロメトリ技術によるレジストパターンの形状測定は、基板における露光の１ショット領域内の決められた位置関係にある複数のポイントに所定波長の光を照射し、そのポイント毎に分光反射スペクトルを測定し、得られた分光反射スペクトルを、予め作成された分光反射スペクトルとレジストパターンの線幅とを対比させて構成されるライブラリと照合することにより、そのポイントにおけるレジストパターンの線幅を求めることにより、好適に行われる。例えば、第１の方法の場合、得られた線幅をＹ軸に、用いられたフォーカス値をＸ軸にそれぞれ取って、これらの関係を調べると、線幅の値が極大値または極小値を有する曲線となるので、例えば、各ポイントでの極大値または極小値を与えるフォーカス値の平均を最適フォーカス値とすることができる。このような計算は、コンピュータで自動的に行い、計算された最適フォーカス値は、人手によって露光装置に入力されるのではなく、コンピュータから直接に露光装置にデータ転送されることが好ましく、露光装置においてその制御部が露光条件を補正する。

本発明によれば、露光条件の補正に人為的なミスが介入することを防止することができる。また、スキャテロメトリ技術を用いることによって補正条件を短時間で計算することができるので、従来よりも頻繁に露光条件のチェックを行うことが可能となる。こうして製品の品質を高く保持することができるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、レジスト膜の形成，露光後の基板の現像を行うレジスト塗布／現像処理システム１の概略構成を示す平面図であり、図２はその正面図であり、図３はその背面図である。図１には、レジスト塗布／現像処理システム１と露光装置１４とを組み合わせた構成を示している。

このレジスト塗布／現像処理システム１は、搬送ステーションであるカセットステーション１１と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１２と、処理ステーション１２に隣接して設けられる露光装置１４と処理ステーション１２との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイスステーション１３とを有している。

カセットステーション１１において、複数枚（例えば、２５枚）のウエハＷが収容されたウエハカセット（ＣＲ）の搬入出が行われる。カセット載置台２０上には、ウエハカセット（ＣＲ）を載置するための位置決め突起２０ａが、Ｘ方向に沿って１列に複数（図１では５個）設けられている。ウエハカセット（ＣＲ）はウエハ搬入出口を処理ステーション１２側に向けて載置される。

カセットステーション１１は、ウエハ搬送用ピック２１ａを有するウエハ搬送機構２１を備えている。このウエハ搬送用ピック２１ａは、いずれかのウエハカセット（ＣＲ）に対して選択的にアクセスでき、また、後述する処理ステーション１２の第３処理ユニット群Ｇ_３に設けられたトランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_３）にアクセスできるようになっている。

処理ステーション１２は、システム背面側（図１上方）に、カセットステーション１１側から順に、第３処理ユニット群Ｇ_３、第４処理ユニット群Ｇ_４および第５処理ユニット群Ｇ_５を備えている。また第３処理ユニット群Ｇ_３と第４処理ユニット群Ｇ_４との間に第１主搬送部Ａ_１が設けられ、第４処理ユニット群Ｇ_４と第５処理ユニット群Ｇ_５との間に第２主搬送部Ａ_２設けられている。さらにシステム前面側（図１の下側）に、カセットステーション１１側から順に、第１処理ユニット群Ｇ_１と第２処理ユニット群Ｇ_２が設けられている。

第３処理ユニット群Ｇ_３では、ウエハＷに加熱処理を施す高温度熱処理ユニット（ＢＡＫＥ）、高精度でウエハＷの温調を行う高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_３）、温調ユニット（ＴＣＰ）、カセットステーション１１と第１主搬送部Ａ１との間でのウエハＷの受け渡し部となるトランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ３）が、例えば１０段に重ねられている。

第４処理ユニット群Ｇ_４では、例えば、レジスト塗布後のウエハＷに加熱処理を施すプリベークユニット（ＰＡＢ）、現像処理後のウエハＷに加熱処理を施すポストベークユニット（ＰＯＳＴ）、高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_４）が、例えば１０段に重ねられている。第５処理ユニット群Ｇ_５では、例えば、露光後現像前のウエハＷに加熱処理を施すポストエクスポージャーベークユニット（ＰＥＢ）、高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_５）が、例えば１０段に重ねられている。

第１主搬送部Ａ_１の背面側には、アドヒージョンユニット（ＡＤ）と、ウエハＷを加熱する加熱ユニット（ＨＰ）とを有する第６処理ユニット群Ｇ_６が設けられている。また、第２主搬送部Ａ_２の背面側には、ウエハＷのエッジ部を選択的に露光する周辺露光装置（ＷＥＥ）と、レジストパターンの線幅をスキャテロメトリ技術により測定する線幅測定装置（ＯＤＰ）と、をレジスト膜厚を測定する膜厚測定装置（ＦＴＩ）とを有する第７処理ユニット群Ｇ_７が設けられている。

第１処理ユニット群Ｇ_１では、レジスト膜を成膜する３つのレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）と、反射防止膜を成膜するボトムコーティングユニット（ＢＡＲＣ）が計５段に重ねられている。なお、図１に示される‘ＣＰ’はコーターカップを、‘ＳＰ’はスピンチャックを示している。第２処理ユニット群Ｇ_２では、現像ユニット（ＤＥＶ）が５段に重ねられている。

第１主搬送部Ａ１には第１主ウエハ搬送装置１６が設けられている。この第１主ウエハ搬送装置１６は、ウエハＷを保持する３本のアームを備えており、これらのアームは、一体的にＺ軸回りに回転し、Ｚ軸方向に昇降し、別々に水平方向（Ｘ−Ｙ面内）で伸縮自在である。これにより第１主ウエハ搬送装置１６は、第１処理ユニット群Ｇ_１、第３処理ユニット群Ｇ_３、第４処理ユニット群Ｇ_４と第６処理ユニット群Ｇ_６の各ユニットに選択的にアクセス可能である。第２主搬送部Ａ２には、第１主ウエハ搬送装置１６と同様の構造を有する第２主ウエハ搬送装置１７が設けられており、第２主ウエハ搬送装置１７は、第２処理ユニット群Ｇ_２、第４処理ユニット群Ｇ_４、第５処理ユニット群Ｇ_５、第７処理ユニット群Ｇ_７の各ユニットに選択的にアクセス可能である。

第１処理ユニット群Ｇ_１とカセットステーション１１との間および第２処理ユニット群Ｇ_２とインターフェイスステーション１３との間にはそれぞれ、第１，第２処理ユニット群Ｇ_１，Ｇ_２に処理液を供給する液温調ポンプ２４，２５と、レジスト塗布／現像処理システム１外の空調器からの清浄な空気を各処理ユニット群Ｇ_１〜Ｇ_５の内部に供給するためのダクト２８，２９が設けられている。

第１および第２処理ユニット群Ｇ_１，Ｇ_２のそれぞれの最下段には、これらに薬液を供給するケミカルユニット（ＣＨＭ）２６，２７が設けられている。また、カセットステーション１１の下側には、レジスト塗布／現像処理システム１全体を制御する第１制御部３１が設けられている。

処理ステーション１２の背面側のパネルおよび第１処理ユニット群Ｇ_１〜第７処理ユニット群Ｇ_７は、メンテナンスのために取り外しが可能となっている。

インターフェイスステーション１３は、処理ステーション１２側の第１インターフェイスステーション１３ａと、露光装置１４側の第２インターフェイスステーション１３ｂとから構成されている。第１インターフェイスステーション１３ａには第５処理ユニット群Ｇ_５の開口部と対面するように第１ウエハ搬送体１８が配置され、第２インターフェイスステーション１３ｂにはＸ方向に移動可能な第２ウエハ搬送体１９が配置されている。

第１ウエハ搬送体１８の背面側には、上から順に、周辺露光装置（ＷＥＥ）、露光装置１４に搬送されるウエハＷを一時収容するイン用バッファカセット（ＩＮＢＲ）、露光装置１４から搬出されたウエハＷを一時収容するアウト用バッファカセット（ＯＵＴＢＲ）が積み重ねられた、第８処理ユニット群Ｇ_８が設けられている。第１ウエハ搬送体１８の正面側には、上から順に、トランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_９）と、２段の高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_９）が積み重ねられた、第９処理ユニット群Ｇ_９が設けられている。

第１ウエハ搬送体１８は、ウエハ受け渡し用のフォーク１８ａを有している。このフォーク１８ａは、第５処理ユニット群Ｇ_５、第８処理ユニット群Ｇ_８、第９処理ユニット群Ｇ_９の各ユニットに対してアクセスし、各ユニット間でウエハＷを搬送する。また、第２ウエハ搬送体１９は、ウエハ受け渡し用のフォーク１９ａを有している。このフォーク１９ａは、第９処理ユニット群Ｇ_９の各ユニットと、露光装置１４のインステージ１４ａおよびアウトステージ１４ｂに対してアクセス可能であり、これら各部の間でウエハＷを搬送する。

なお、露光装置１４のインステージ１４ａにはウエハＷを搬入可／不可を示すランプ等が、アウトステージ１４ｂにはウエハＷを搬出可／不可を示すランプ等がそれぞれ設けられており、第２インターフェイスステーション１３ｂにはこれらのランプの表示状態を認識するセンサが設けられており、ウエハＷを保持したフォーク１９ａはこのセンサの認識結果にしたがってインステージ１４ａにウエハＷを搬入し、空のフォーク１９ａはこのセンサの認識結果にしたがってアウトステージ１４ｂにアクセスしてウエハＷを搬出する構成となっている。

このように構成されるレジスト塗布／現像処理システム１においては、ウエハカセット（ＣＲ）から取り出された１枚のウエハＷは、例えば、処理ステーション１２のトランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_３）に搬送され、温調ユニット（ＴＣＰ）での温調、アドヒージョンユニット（ＡＤ）でのアドヒージョン処理、ボトムコーティングユニット（ＢＡＲＣ）での反射防止膜の形成、加熱ユニット（ＨＰ）における加熱処理、高温度熱処理ユニット（ＢＡＫＥ）におけるベーク処理、高精度温調ユニット（ＣＰＬ−Ｇ_３）での温調、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）でのレジスト液の塗布処理、プリベークユニット（ＰＡＢ）でのプリベーク処理、周辺露光装置（ＷＥＥ）での周辺露光処理を経て、露光装置１４内に搬送される。そして、ウエハＷは、露光装置１４での露光後、トランジションユニット（ＴＲＳ−Ｇ_９）への搬送、ポストエクスポージャーベークユニット（ＰＥＢ）でのポストエクスポージャーベーク処理、現像ユニット（ＤＥＶ）での現像処理、ポストベークユニット（ＰＯＳＴ）でのポストベーク処理を経て、ウエハカセット（ＣＲ）へ戻される。

次に、レジスト塗布／現像処理システム１と露光装置１４の制御系について図４を参照しながら説明する。レジスト塗布／現像処理システム１は第１制御部３１により制御され、露光装置１４は第２制御部３２により制御される。

第１制御部３１は、第１プロセスコントローラ（ＣＰＵ）３５と、工程管理者がレジスト塗布／現像処理システム１を管理するためにコマンド入力操作等を行うキーボードやレジスト塗布／現像処理システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有する第１データ入出力部３６と、レジスト塗布／現像処理システム１で実行される各処理条件を第１プロセスコントローラ（ＣＰＵ）３５の制御にて実行するための制御プログラム３８ａおよび制御プログラム３８ａを実行するためのデータであるレシピ３８ｂならびに線幅測定装置（ＯＤＰ）において測定された分光反射スペクトルを解析するための解析プログラム３９ａおよびライブラリ（データベース）３９ｂが記録された第１記録部３７と、を有している。なお、図４では、第１制御部３１が制御する一部の処理ユニット等を例示しており、全ての制御対象を図示してはいない。

第２制御部３２は、第２プロセスコントローラ（ＣＰＵ）４１と、工程管理者が露光装置１４を管理するためにコマンド入力操作等を行うキーボードや露光装置１４の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有する第２データ入出力部４２と、露光装置１４で実行される各処理条件を第２プロセスコントローラ（ＣＰＵ）４１の制御にて実行するための制御プログラム４４ａおよびレシピ４４ｂが記録された第２記録部４３と、を有している。第２プロセスコントローラ（ＣＰＵ）４１から露光装置１４内の駆動部（例えば、フォーカスを調整するためのウエハＷの位置またはレンズ位置を調整する機構、光量のしぼり調整等を行うための機構等）へ制御信号が送られる。

露光装置１４における露光パラメータを補正するための処理を行うために、第１制御部３１と第２制御部３２との間で露光処理に関するデータの双方向通信がインターフェース３３を介して行われるようになっている。これについては、後に詳細に説明する。

レジスト塗布／現像処理システム１と露光装置１４を用いて、製品となるウエハＷを処理するにあたって、その前にダミーウエハを用いてレジスト膜形成、テストパターンでの露光、現像処理を行い、得られた現像パターンの線幅（ＣＤ）を測定して露光条件を確認し、露光条件が不適切であると判断される場合には露光条件を補正する。次に、レジスト塗布／現像処理システム１と露光装置１４による露光装置１４の露光条件の補正方法について説明する。

図５に、露光パラメータの１つである露光量を固定し、別の露光パラメータであるフォーカス値を補正する方法のフローチャートを示す。まず、ダミーウエハＷの表面にレジスト膜を形成する（ステップ１）。ダミーウエハＷとしては、できるだけ厚みが均一で平坦度の高いものを用いる。これは、ダミーウエハＷそのものの表面に凹凸があったり、厚みが不均一で表面が傾斜していると、正確な露光条件を決定することができないからである。

次いで、ダミーウエハＷに形成されたレジスト膜を、テストパターンでフォーカス値を変えて逐次露光する（ステップ２）。このステップ２では、露光量は、生産現場で最も製造余裕のない条件、例えば、６５ｎｍＬ／Ｓが形成可能な露光量（以下「露光量Ｅ_０」とする）に固定する。

一方、フォーカス値は、製品製造のために設定されているフォーカス値（以下「フォーカス値Ｆ_０」とする）を中心として、例えば、図６に示すように縦横に設定された複数の露光エリアＳを一筆書きで移動させながら、フォーカス値Ｆ_０±０．５μｍの範囲で０．０５μｍずつフォーカス値をずらして、露光エリアＳ毎に１ショットの露光を行う。ここで、露光エリアＳの面積は、露光装置１４の最大フィールドサイズに合わせることが好ましい。

続いて、こうして露光が終了したウエハＷを現像処理する（ステップ３）。これによりレジスト膜にパターンが形成されるので、このレジストパターンの線幅を線幅測定装置（ＯＤＰ）を用いて測定する（ステップ４）。この線幅測定装置（ＯＤＰ）における線幅測定は、概略、次のようにして行われる。すなわち、まず図７に示すように、１つの露光エリアＳ内に複数の測定点、例えば、中央と四隅の合計５点（Ｐ_１〜Ｐ_５）を定める。次に、点Ｐ_１に所定波長の光をあてて、分光反射スペクトルを測定する。そして、得られた分光反射スペクトルに最も形の近いスペクトルをライブラリ３９ｂの分光反射スペクトルから検索することによって、点Ｐ_１でのレジストパターンの線幅を求める。点Ｐ_２〜Ｐ_５についても同様の処理を行い、１点毎にレジストパターンの線幅を求める。さらに、このような分光反射スペクトルの測定と線幅の決定を各露光エリアＳに対して行う。

なお、ライブラリ３９ｂは、任意のパターン形状に対して回折光強度分布をコンピュータシミュレーションにより求め、その分光反射スペクトルとレジストパターンの形状とをリンクさせたデータベースである。このライブラリ３９ｂに記録されているデータは、実際に所定の条件によりレジスト膜をパターニングし、そのパターンの分光反射スペクトルを測定すると共に、ＳＥＭ観察により形状が確認され、これにより信頼性が高められていることが好ましい。但し、これはＳＥＭ観察で良好に観察が行える線幅に限られる。

次に、第１制御部３１は、解析プログラム３９ａを用いて、各露光エリアＳに設定された点Ｐ_１〜Ｐ_５のレジストパターンの線幅と各露光エリアＳを露光した際に用いられたフォーカス値との関係を求める（ステップ５）。これにより図８に示すグラフが得られる。このステップ５のために、露光装置１４の第２制御部３２から各露光エリアＳでの露光条件がインターフェース３３を介して第１制御部３１へ送られる。

例えば、ポジ型レジストの場合には、レジスト膜において露光された部分が現像時に溶解するために、フォーカス値が適切でないと、露光される範囲が拡がってしまい、これにより溝幅が広くなって、線幅は狭くなる。したがって、図８に示すように、点Ｐ_１〜Ｐ_５毎に、フォーカス値が適切な部分で線幅が極大を示すような曲線が描かれる。なお、ネガ型レジストの場合には、フォーカス値が適切な部分で線幅が極小を示すような曲線が描かれる。

第１制御部３１は、点Ｐ_１〜Ｐ_５毎に得られる計５本の曲線の極大値を与えるフォーカス値の最低値Ｆ_ｍｉｎと最高値Ｆ_ｍａｘの平均値を最適フォーカス値Ｆ_Ｂとして決定する（ステップ６）。なお、点Ｐ_１〜Ｐ_５毎に得られる計５本の曲線の極大値を与える各フォーカス値の平均値を最適フォーカス値Ｆ_Ｂとして決定してもよい。こうして決定された最適フォーカス値Ｆ_Ｂとフォーカス値Ｆ_０との差ｆ（絶対値）が、予め設定されている許容差δ_１（絶対値）の範囲内であれば、フォーカス値の修正は行わないものとし、この場合にはフォーカス値Ｆ_０で製品としてのウエハＷの露光が行われることとなる（ステップ７ａ）。

一方、最適フォーカス値Ｆ_Ｂとフォーカス値Ｆ_０との差ｆが許容差δ_１より大きく、ダミーウエハＷの一連の処理に異常があると推測される範囲である警告範囲δ_２（絶対値）未満の場合には、製品たるウエハＷの露光を行う際のフォーカス値をフォーカス値Ｆ_Ｂとするように、露光装置１４を補正する（ステップ７ｂ）。この露光装置１４におけるフォーカス値の補正は、第１制御部３１から第２制御部３２にフォーカス値の補正信号がインターフェース３３を介して直接送信され、第２制御部３２はこの補正信号に基づいて露光装置１４における露光条件を補正する。露光装置１４においてフォーカス値が補正されたら、製品としてのウエハＷの露光が行われる（ステップ７ａ）。

さらに、最適フォーカス値Ｆ_Ｂとフォーカス値Ｆ_０との差ｆが警告範囲δ_２（絶対値）よりも大きい場合には、第１制御部３１は警報（例えば、音、光、第１データ入出力部３６でのディスプレイ表示等）を発して、工程管理者にシステムの異常を警告する（ステップ７ｃ）。工程管理者は、この警報を受けてレジスト塗布／現像処理システム１と露光装置１４とを点検し（ステップ７ｄ）、その後に、再びステップ１からの最適フォーカス値を決めるために、ダミーウエハＷの処理を開始する。

従来は、露光装置とレジスト塗布／現像処理システムとの間で露光条件に関するデータの送受信は行われていなかったために、工程管理者は、各露光エリアのフォーカス値を露光装置から読み取って、そのデータをレジスト塗布／現像処理システムに入力し、その結果得られた最適フォーカス値を読み取って、露光装置に入力しなければならなかった。このため、データ入力作業等において正負号の逆入力、小数点の位置違い等の入力ミスが発生し、露光装置が適切に補正されず、製品不良が発生する問題があった。しかし、上述したように、レジスト塗布／現像処理システム１と露光装置１４との間でダイレクトに露光条件に関するデータを送受信させて露光条件を補正することにより、前述の問題の発生を防止することができ、ひいては製品不良の発生等を防止することができる。

上述した露光装置１４の露光パラメータの補正方法では、フォーカス値のみを補正の対象としたが、露光量とフォーカス値をそれぞれ補正の対象とすることもできる。その方法について以下に説明する。まず、厚みが均一で平坦度の高いダミーウエハＷの表面にレジスト膜を形成し、このレジスト膜をテストパターンで露光量とフォーカス値を変えて逐次露光する。ここでは、図９に示すようにダミーウエハＷに縦横に分割された露光エリアＳを設け、横方向では製品製造のために設定されている露光量Ｅ_０を中心として、例えば、露光量Ｅ_−３〜Ｅ_＋３で露光量を変化させる。また、縦方向ではフォーカス値Ｆ_０を中心としてフォーカス値Ｆ_−４〜Ｆ_＋４の範囲でフォーカス値を変化させる。

続いて、露光が終了したウエハＷを現像処理する。これによりレジスト膜にパターンが形成されるので、例えば、各露光エリアの中心におけるレジストパターンの線幅を線幅測定装置（ＯＤＰ）を用いて、先に説明した測定方法に準じて測定し、露光量Ｅ_−３〜Ｅ_＋３毎に線幅とフォーカス値との関係を求める。これにより、図１０に示すグラフが得られる。

図１０では曲線Ｅ_−３〜Ｅ_＋３がそれぞれ露光量Ｅ_−３〜Ｅ_＋３に対応している。曲線Ｅ_−３〜Ｅ_＋３の中からフォーカス値の変化に対して線幅（ＣＤ）の変化が緩やかであり、かつ、所望の線幅Ｗ_０に近接する曲線（図１０では、曲線Ｅ_＋１）の露光量を最適露光量Ｅ_Ｂに決定する。また、この曲線Ｅ_＋１の極小値（選ばれた曲線が上に凸の場合には極大値となる）を与えるフォーカス値を最適フォーカス値Ｆ_Ｂに決定する。

なお、ＬＥＲが大きくなると、ＳＥＭによる測定では、例えば図１０に示すグラフを得ようとすると、各曲線がギザギザした線となるので、各曲線の極大、極小値が判別し難く、そのために最適フォーカス値を決定し難くなる。一方、スキャテロメトリ技術によれば、ＬＥＲには殆ど感度がないのでその影響を受けず、精度の高い、例えば図１０に示したような滑らかなグラフを得ることができるので、最適フォーカス値の決定が容易となる。

こうして決定された最適フォーカス値Ｆ_Ｂとフォーカス値Ｆ_０との差ｆが許容差δ_１の範囲内であればフォーカス値の修正は行わず、最適フォーカス値Ｆ_Ｂとフォーカス値Ｆ_０との差ｆが許容差δ_１より大きく、警告範囲δ_２未満の場合には、第１制御部３１から第２制御部３２にフォーカス値の補正信号がインターフェース３３を介して直接送信され、第２制御部３２はこの補正信号に基づいて露光装置１４のフォーカス値を最適フォーカス値Ｆ_Ｂに補正し、最適フォーカス値Ｆ_Ｂとフォーカス値Ｆ_０との差ｆが警告範囲δ_２よりも大きい場合には、第１制御部３１は警報を発する。また、上記例では、最適露光量Ｅ_Ｂは当初の設定露光値Ｅ_０ではないために、第１制御部３１から第２制御部３２に露光値の補正信号がインターフェース３３を介して直接送信され、第２制御部３２はこの補正信号に基づいて露光装置１４における露光条件を補正する。勿論、最適露光量Ｅ_Ｂが当初の設定露光値Ｅ_０の場合には露光量の補正は行われない。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、上記説明においては、レジストパターンの線幅を露光パラメータである露光量とフォーカス値の補正の指標としたが、スキャテロメトリ技術を用いると、図１１に示すように、線幅（ＣＤ）だけでなく、レジストパターンの底幅（ＣＤ′）、傾斜角θ、レジスト膜厚（Ｄ）をも測定することができるので、例えば、ある一定の線幅（ＣＤ）が得られるフォーカス値の範囲を定め、そのフォーカス値の範囲の中で、次に傾斜角θが良好であるものを逐次選び出して、それらの中でフォーカス値の中心値を選び、それを最終的に最適フォーカス値Ｆ_Ｂとして決定するようにしてもよい。

また図８に示す結果からは、露光処理時のウエハＷのチルト状態を検出することもできるので、その結果を露光装置１４にフィードバックして、露光条件が補正される構成とすることもできる。さらにまた、露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて得られたレジストパターンから露光量とフォーカス値を補正する場合には、図１０の曲線Ｅ_−３〜Ｅ_＋３毎に極大値または極小値を与えるフォーカス値を算出し、それらの平均値を最適フォーカス値Ｆ_Ｂとしてもよい。露光量を補正する場合には、各変形照明条件によって異なる結果が得られることが予想されるので、変形照明条件毎に露光条件を検証することが好ましい。

上記説明においては基板として半導体ウエハを取り上げたが、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用のガラス基板におけるフォトリソグラフィー技術にも本発明を適用することができる。線幅測定装置（ＯＤＰ）は、ウエハ搬送機構２１がアクセスできるように、レジスト塗布／現像処理システム１のＸ方向側面に取り付けてもよい。

本発明は、半導体装置の製造、ＦＰＤの製造に好適である。

レジスト塗布／現像処理システムの概略構成を示す平面図。 レジスト塗布／現像処理システムの概略構成を示す正面図。 レジスト塗布／現像処理システムの概略構成を示す背面図。 レジスト塗布／現像処理システムと露光装置の制御系を示す図。 露光量を固定し、フォーカス値を補正する方法のフローチャート。 ウエハにおける露光エリアの設定形態と露光順序を示す図。 露光エリアにおける線幅測定点の設定例を示す図。 レジストパターンの線幅とフォーカス値との関係を示すグラフ。 ウエハにおける露光エリア、露光値、フォーカス値の設定形態を示す図。 露光量毎に線幅とフォーカス値との関係を示すグラフ。 スキャテロメトリ技術により測定可能なレジストパターンのパラメータを示す図。

符号の説明

１；レジスト塗布／現像処理システム
１４；露光装置
３１；第１制御部
３２；第２制御部
３３；インターフェース
３５；第１プロセスコントローラ（ＣＰＵ）
３６；第１データ入出力部
３７；第１記録部
３９ａ；解析プログラム
３９ｂ；ライブラリ
４１；第２プロセスコントローラ（ＣＰＵ）
４２；第２データ入出力部
４３；第２記録部
ＯＤＰ；線幅測定装置

Claims (13)

1. 基板にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜の異なる位置を同一パターンで露光パラメータを変えて逐次露光する工程と、
   前記露光後の基板を現像する工程と、
   現像により形成されたレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
   測定された形状データと用いられた露光パラメータとの関係から最適露光パラメータを決定し、以後の基板が前記最適露光パラメータで露光されるように露光条件を補正する工程と、
   を有することを特徴とする露光条件補正方法。
2. 前記露光パラメータは、露光量とフォーカス値であり、
   前記逐次露光工程では、露光量を一定として、フォーカス値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の露光条件補正方法。
3. 前記露光パラメータは、露光量とフォーカス値であり、
   前記逐次露光工程では、露光量とフォーカス値をそれぞれ変えることを特徴とする請求項１に記載の露光条件補正方法。
4. 前記スキャテロメトリ技術によるレジストパターンの形状測定は、
   前記基板における露光の１ショット領域内の決められた位置関係にある複数のポイントに所定波長の光を照射し、そのポイント毎に分光反射スペクトルを測定し、
   得られた分光反射スペクトルを、予め作成された分光反射スペクトルとレジストパターンの線幅とを対比させて構成されるライブラリと照合することにより、そのポイントにおけるレジストパターンの線幅を求めることにより行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の露光条件補正方法。
5. 前記最適露光パラメータに関するデータは、前記最適露光パラメータを決定する演算手段から人手を介することなく露光処理を行う装置の制御部へ通信されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の露光条件補正方法。
6. 基板にレジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、
   基板に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、
   露光処理された基板を現像する現像処理部と、
   現像されたレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部と、
   前記レジスト膜形成部と、前記現像処理部と、前記パターン形状測定部と、を制御する第１制御部と、
   前記露光処理部を制御する第２制御部と、
   基板にレジスト膜を形成し、このレジスト膜の異なる位置を同一パターンで露光パラメータを変えながら逐次露光し、現像し、形成されたレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定し、測定された形状データと用いられた露光パラメータとの関係から最適露光パラメータを決定し、以後の基板が決定された最適露光パラメータで露光されるように露光条件を補正する処理が実行されるように、前記第１制御部と前記第２制御部との間でデータ通信を行うためのインターフェースと、
   を具備することを特徴とする基板処理装置。
7. 前記露光パラメータは、露光量とフォーカス値であり、
   前記第２制御部は、露光量を一定とし、フォーカス値を変化させて逐次露光が行われるように前記露光処理部を制御することを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記露光パラメータは、露光量とフォーカス値であり、
   前記第２制御部は、露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて逐次露光が行われるように前記露光処理部を制御することを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
9. 前記第１制御部は、線幅が既知のレジストパターンに所定波長の光を当てて得られる分光反射スペクトルとその線幅とを対比させて構成されるライブラリが記録された記録部を備え、前記基板における露光の１ショット領域内の決められた位置関係にある複数のポイントに所定波長の光を当て、そのポイント毎に分光反射スペクトルを測定するように前記パターン形状測定部を制御し、さらにこれにより得られた分光反射スペクトルを前記ライブラリと照合することにより各ポイントにおけるレジストパターンの線幅を求め、こうして求められた線幅と前記第２制御部から送られた露光パラメータとの関係から最適露光パラメータを決定し、決定された最適露光パラメータに関するデータを第２制御部へフィードバックし、
   前記第２制御部は、前記第１制御部から送信された最適露光パラメータに関するデータに基づいて、前記露光処理部での露光条件を補正することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の基板処理装置。
10. 基板にレジスト膜を形成する塗布膜形成部と、基板に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、露光処理された基板を現像する現像処理部と、現像されたレジストパターンの形状データをスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部と、を有する基板処理装置を用い、
    （ａ）基板にレジスト膜を形成し、（ｂ）前記レジスト膜の異なる位置を同一パターンで露光パラメータを変えて逐次露光し、（ｃ）露光後の基板を現像し、（ｄ）現像により形成されたレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定し、（ｅ）測定された形状データと用いられた露光パラメータとの関係から最適露光パラメータを決定し、以後の基板をその最適露光パラメータで露光するために露光条件を補正する処理が実行されるように、コンピュータが前記基板処理装置を制御するソフトウェア、を含むコンピュータプログラム。
11. 前記露光パラメータは、露光量とフォーカス値であり、
    前記逐次露光は、露光量を一定としてフォーカス値を変化させることを特徴とする請求項１０に記載のコンピュータプログラム。
12. 前記露光パラメータは、露光量とフォーカス値であり、
    前記逐次露光は、露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させることを特徴とする請求項１０に記載のコンピュータプログラム。
13. 前記スキャテロメトリ技術によるレジストパターンの形状測定は、（Ａ）基板における露光の１ショット領域内の決められた位置関係にある複数のポイントに所定波長の光を当て、そのポイント毎に分光反射スペクトルを測定し、（Ｂ）得られた分光反射スペクトルを、予め作成された分光反射スペクトルとレジストパターンの線幅とを対比させて構成されるライブラリと照合し、各ポイントにおけるレジストパターンの線幅を求める、ことにより行われることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載のコンピュータプログラム。

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