JP2006147627A - 露光装置の同期精度検出方法および収差検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジスト膜を露光する際の同期精度を高めるための露光装置の同期精度検出方法を提供する。
【解決手段】 ウエハＷにレジスト膜を形成し（ステップ１）、このレジスト膜を、例えば、円形のパターンが縦横に並べられたパターンを有するフォトマスクを用いて露光処理し（ステップ２）、現像し（ステップ３）、このパターンに由来してレジスト膜に形成されるホールの形状をスキャテロメトリ技術により測定し（ステップ４）、得られた分光反射スペクトルを解析し（ステップ５）、その形状をフォトマスクのパターン形状と比較する（ステップ６）。その結果、同期精度が良好であれば、製品ウエハの処理に移行し（ステップ７）、不良であれば警報が発令され、工程管理者が露光装置１４を点検する（ステップ８）。
【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）用基板のフォトリソグラフィー工程で用いられる露光装置の同期精度検出方法と、露光装置の収差検出方法に関する。

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の形状を有しているかを確認するために、ＳＥＭ観察によりレジストパターンの線幅、穴径、ＬＥＲ（Line Edge Roughness）を、定期的に測定している（例えば、特許文献１参照）。

露光処理においては、露光装置に設けられたウエハステージとレチクルステージの相対的な移動速度が一定でない場合、つまり同期精度が良好でない場合には、レジストパターンに変形が生ずることが知られている。図１３に、例えば、略円形のコンタクトホールを形成するためのパターンの同期精度不良によるパターン変形を示すＳＥＭ写真を示す。図１３（ａ）は同期精度が良好な場合で、略円形のパターンが形成された状態を示している。図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す状態から同期精度がずれた状態を示しており、傾斜した楕円パターンとなっている。図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）に示す状態からさらに同期精度がずれた状態を示しており、隣接する楕円パターンが数珠つながりになった状態を示している。これら図１３（ｂ），（ｃ）に示すパターンが形成されると、製品が所望のパフォーマンスを発揮しなくなったり、動作不良を起こすおそれがある。

また、近時、レジストパターンの微細化が急速に進む中、レジストパターンのＬＥＲが製品特性に大きな影響を及ぼすようになってきている。具体的には、直径が１６０ｎｍ以下のコンタクトパターンでは、ＬＥＲの発生を無視できない状況となっている。図１４に、例えば、楕円のコンタクトホールを形成するための楕円のパターンのＬＥＲによるパターン変形を模式的に示す。図１４（ａ）はＬＥＲが発生しておらず、良好な楕円パターン１０５として観察される状態を示している。これに対して、図１４（ｂ）は、ＬＥＲによって、楕円が長径側に伸びたように判断することができるパターン１０６を、図１４（ｃ）は楕円が短径側に伸びたように判断することができるパターン１０７を、それぞれ示している。さらに、図１４（ｄ）は、ＬＥＲによって楕円が傾斜したかのように判断できるパターン１０８を示している。

これら図１４（ｂ）〜（ｄ）の状態がＳＥＭで観察されると、その原因がＬＥＲにあるのか、前述した同期精度不良にあるのか、観察者によって判断が分かれてしまい、その判断を誤ってしまうと、フォトリソグラフィー工程に用いられる各種装置（レジスト塗布装置、現像装置、露光装置）を無駄に調整することとなってしまい、さらにはウエハの処理環境を逆に悪化させてしまったり、生産効率を低下させてしまう等の問題が生ずるおそれがある。

また、フォトリソグラフィー工程における露光処理では、各種の収差も製品パターンを良好に形成することができるか否かを大きく左右する。例えば、所謂、「像面（像面湾曲）」を例に挙げると、この像面の評価は、以下のようにして行われている。すなわち、例えば透過領域と不透過領域とが一定の線幅で交互に並べられたパターンが形成されたフォトマスク（レチクル）を用いて、露光量を一定として、フォーカス値を変化させてレジスト膜の異なる領域を逐次露光し、現像し、得られるレジストパターンの線幅を、露光の１ショット領域毎に、かつ、各領域の複数箇所（例えば、各領域の中心と四隅の計５点）で測長ＳＥＭにより測定する。

ここでは、レジストパターンに一定のＬＥＲが発生している場合を想定する。すると、測長ＳＥＭによる測定により、例えば、図１５に示すような、線幅（ＣＤ）とフォーカス値との関係を示すグラフ（測定箇所毎に求められる５本の線）が得られる。ここで、Ｐ_１は領域の中心、Ｐ_２は領域の左上、Ｐ_３は領域の右上、Ｐ_４は領域の左下、Ｐ_５は領域の右下を現している。これら５本の線のＣＤ値の極小点を与えるフォーカス値の最大値と最小値のずれが像面となるが、図１５を見てわかるように、各グラフが折れ線で表されているために、どのフォーカス値でＣＤ値が極小になっているかの判断は困難である。各グラフで滑らかな線を描くことが困難なのは、ＬＥＲが発生していると、パターン上面のエッジの平均位置がどこかの判断が困難となり、それぞれの１ショット露光領域の各測定ポイントにおいて、正確な線幅を求めることができなくなるからである。このような図１５に示すデータからは、ＬＥＲが発生した場合の像面湾曲が修正されるように露光装置を調整することは極めて困難である。
特開２００３−１９７５０３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、レジスト膜を露光する際の同期精度を高めるための露光装置の同期精度検出方法を提供することを目的とする。また本発明は、レジスト膜を露光する際の収差精度を高めるための露光装置の収差検出方法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、
前記レジスト膜をテストパターンが形成されたフォトマスクを用いて露光処理する工程と、
前記基板を現像処理する工程と、
前記テストパターンに由来して形成される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、
前記テストパターンの形状に対する前記レジストパターンの変形度に基づいて露光装置の同期不良の有無を検出する工程と、
を有することを特徴とする露光装置の同期精度検出方法、が提供される。

この露光装置の同期精度検出方法においては、テストパターンに円形パターンまたは楕円形パターンを用いることが好ましく、これによりＬＥＲの影響を排除して、同期検出の精度を高めることができる。

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工程と、
前記レジスト膜を露光装置のレンズ収差を測定するためのテストパターンが形成されたフォトマスクを用い、露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて前記レジスト膜の異なる領域に逐次露光する工程と、
前記基板を現像処理する工程と、
前記テストパターンに由来して形成されるレジストパターンの形状を、１ショット露光領域毎に、かつ、前記露光領域の複数箇所で、スキャテロメトリ技術により測定する工程と、
得られたレジストパターンの形状データに基づいて、像面、非点、球面の少なくとも１つの収差を評価する工程と、
を有することを特徴とする露光装置の収差検出方法、が提供される。

この露光装置の収差検出方法においては、テストパターンとして、一定の線幅の透過領域と不透過領域とが線状に交互に並べられたパターンを用いると、ＬＥＲの影響を排除して、収差検出の精度を高めることができる。

本発明によれば、ＬＥＲの影響を排除した同期検出、収差検出を高い精度で、しかも短時間に行うことができる。これにより、露光装置の調整を適切に行うことができ、製品の品質を高めることができる。

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。これら図１〜３は、レジスト塗布／現像処理システム１に露光装置１４を配置した状態で示されている。

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−Ｇ_３）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。

なお、線幅測定装置（ＯＤＰ）で用いられる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り、例えば、特開２００２−２６０９９４号公報に詳しい説明がなされている。

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Ａ_１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Ａ_２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）３５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。

第１制御部３１と第２制御部３２との間には、ウエハＷの露光処理に関するデータや露光装置１４を調整するためのデータ等を双方向通信することができるように、インターフェース３３が設けられている。

次に、上述の通りに構成されたレジスト塗布／現像処理システム１と露光装置１４を用いて、露光装置１４の同期精度を検出する方法について説明する。図５に同期精度検出方法を示す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）。ここで、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、形成されるレジストパターンに歪みが生じて同期精度の検出精度が低くなるので、それを回避するためである。

次いで、ダミーウエハＷに形成されたレジスト膜を、円形パターン（後に、円形パターンが不透過領域（遮光領域）となっており、レジスト膜において光が照射されなかった部分が現像により溶解し、これによりレジスト膜に円形のホールが形成されるものとする）が所定のピッチで形成されたフォトマスク（レチクル）ものを用い、所定の露光条件（例えば、現在行っている同期精度検出が終了した後に行われる製品生産に適用される露光量とフォーカス値）で、露光する（ステップ２）。

続いて、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フォトマスクの円形パターンに由来する孔部が形成されるので、この孔部の形状を線幅測定装置（ＯＤＰ）を用いて測定する（ステップ４）。線幅測定装置（ＯＤＰ）における孔部形状の測定は、例えば、数十μｍ□に所定波長の光を入射し、その分光反射スペクトルを測定する。測定された分光反射スペクトルは、第１制御部３１へ送られて、そこで、分光反射スペクトルの解析が行われる（ステップ５）。

ここで、孔部にＬＥＲが形成されていても、この分光反射スペクトルには、その場所を特定することができる情報は、測定原理上、含まれておらず、このため第１制御部３１は、解析プログラム３９ａを実行させて、得られた分光反射スペクトルをライブラリ３９ｂと照合し、孔部の平均形状、例えば、直径がＸである円形であるとか、長径がＹ、短径がＺであり、長径が本来あるべき方向と角度θずれている楕円であるといった情報を出力し、この孔部形状とフォトマスクの円形パターンとを比較する（ステップ６）。

本例の場合、同期精度が良好であれば、孔部について一定の直径の真円であるという情報が得られる筈なので、そのような情報が得られた場合には、次のいずれかの過程を経て、製品ウエハの処理に移行する（ステップ７）。例えば、第１制御部３１は、同期精度が良好である旨の光信号（緑色のランプ等）を出して、製品ウエハの処理に自動的に移行する。または、第１制御部３１は、データ入出力部３２のディスプレイへ同期精度検出の結果を表示し、工程管理者によりその結果が確認されたことを示す入力が行われた後に、製品ウエハの処理を開始する。あるいは、孔部についての測定結果をデータ入出力部３２に表示し、その結果を工程管理者が検討して、同期精度の良・不良を判断するようにしてもよい。

逆に、同期精度が不良であると第１制御部３１または工程管理者が判断した場合には、警報（例えば、赤色のランプ点滅、ディスプレイ上での点滅、音声）が発せられて、露光装置１４の稼働がインターロックされ、工程管理者が露光装置１４を点検する等の処置を取るようにする（ステップ８）。

次に、露光装置１４の収差を検出する方法について説明する。検出することができる収差は、像面収差（像面湾曲）、非点収差、球面収差の３種である。そこで第１に、像面湾曲の検出方法について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

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１０１）。続いて、図７（ａ）に示すように、一定の線幅の透過領域９１と不透過領域９２とが線状に交互に並べられたテストパターンを有するフォトマスク（後に、不透過領域９１に由来してレジスト膜において光が照射されなかった部分が現像により溶解し、これによりレジスト膜に一定幅の線状パターンが一定の間隔で形成されるものとする）を用い、露光量を一定とし、フォーカス値を変えて逐次露光する（ステップ１０２）。

このステップ２での露光量は、製品生産現場で通常用いられている値または最も製造余裕のない値に固定することができる。一方、フォーカス値は、製品生産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８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、露光が終了したウエハＷを現像処理する（ステップ１０３）。これによりレジスト膜に一定幅の線状のパターンが形成されるので、その線幅（ＣＤ）を線幅測定装置（ＯＤＰ）を用いて測定する（ステップ１０４）。このステップ１０４では、図９に示すように、１ショットの露光エリア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、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、第１制御部３１は、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、一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。

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１０５）。このステップ１０５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。これにより、例えば、図１０に示すグラフが得られる。

本例では、光が照射されていない部分が溶解するネガ型レジストであるから、フォーカス値が適切でないと、光が照射される領域が拡がり、それによって線幅が広くなるので、ステップ１０５により、図１０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小を示すような曲線が得られる。このとき、線幅測定装置（ＯＤＰ）からは、ＬＥＲの影響を受けずに線幅の平均値が検出されるために、先に図１５に示したような凹凸の激しい折れ線グラフではなく、滑らかな曲線が得られるので、曲線毎の極小値の判断が容易である。

この図１０から線幅（ＣＤ）の極小値を与えるフォーカス値の最小値Ｆ_ｍｉｎと最大値Ｆ_ｍａｘとの間の差、つまり像面湾曲が求められるので、その差が所定値以下であれば、製品ウエハの処理に入ることができ（ステップ１０６）、その差が所定値を超えるならば、この像面湾曲が小さくなるように、露光装置１４の光学系を調整する（ステップ１０７）。なお、簡便に露光装置１４を調整する方法としては、図１０に示される、線幅（ＣＤ）の極小値を与えるフォーカス値の最小値Ｆ_ｍｉｎと最大値Ｆ_ｍａｘの平均値を最適フォーカス値Ｆ_Ｂと定めて、露光装置１４のフォーカス値をこの最適フォーカス値Ｆ_Ｂに設定する方法もある。

第２に、露光装置１４の非点収差の検出方法について説明する。まず、ダミーウエハＷの表面にレジスト膜を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、一定の線幅の透過領域９３と不透過領域９４とが線状に交互にＸ方向に並べられた領域Ｋ_１と、Ｙ方向に並べられた領域Ｋ_２とを有するパターンが形成されたフォトマスクを用い、露光量を一定とし、フォーカス値を変えて逐次露光する。この露光処理における露光量やフォーカス値の設定は、先に説明したステップ１０２と同様である。

続いて、露光が終了したウエハＷを現像処理し、その後に形成されたレジストパターンを線幅測定装置（ＯＤＰ）を用いて測定する。本例では、１ショットの露光エリアＳ内に領域Ｋ_１に由来するパターン部分と領域Ｋ_２に由来するパターン部分とが存在するので、露光エリアＳ毎に各パターン部分の中心部における線幅を測定する。これにより、領域Ｋ_１に由来するパターン部分ではＸ方向の線幅が、領域Ｋ_２に由来するパターン部分ではＹ方向の線幅が測定されるので、図１１に示すようなグラフを得ることができる。

図１１に示されるように、スキャテロメトリ技術を用いた線幅測定装置（ＯＤＰ）によれば、Ｘ方向の線幅を示す線の極小値を与えるフォーカス値とＹ方向の線幅を示す線の極小値を与えるフォーカス値の判定が容易であり、これらのフォーカス値の差が非点収差となるので、この非点収差の幅が狭くなるように、工程管理者は、露光装置１４の光学系を調整する。これにより、非点収差の発生を最小限に抑えることができる。なお、図１６に、参考例として、測長ＳＥＭによる線幅測定結果を示す。Ｘ方向の線幅を示す線の極小値を与えるフォーカス値とＹ方向の線幅を示す線の極小値を与えるフォーカス値の判定は容易ではなく、また、観察者によって非点収差の値の判断が異なるおそれのあることがわかる。

第３に、露光装置１４の球面収差の検出方法について説明する。まず、ダミーウエハＷの表面にレジスト膜を形成する。次に、図７（ｃ）に示すように、不透過領域９６内に設けられた透過領域９５の線幅が異なる５つの領域Ｒ_１〜Ｒ_５を有するテストパターンを用い、露光量を一定とし、フォーカス値を変えて逐次露光する。なお、ここでは領域Ｒ_１は形成されるレジストパターンの目標線幅を１００ｎｍ、領域Ｒ_２は目標線幅を１１０ｎｍ、領域Ｒ_３は目標線幅を１２０ｎｍ、領域Ｒ_４は目標線幅を１３０ｎｍ、領域Ｒ_５は目標線幅を１４０ｎｍに設定したものを用いている。この露光処理における露光量やフォーカス値の設定も、先に説明したステップ１０２と同様である。

続いて、露光が終了したウエハＷを現像処理し、その後に形成されたレジストパターンを線幅測定装置（ＯＤＰ）を用いて測定する。本例では、１ショットの露光エリアＳ内に領域Ｒ_１〜Ｒ_５に由来する５つのパターン部分が存在するので、露光エリアＳ毎に各パターン領域の中心部における線幅を測定する。これにより、図１２に示すようにテストパターンの領域Ｒ_１〜Ｒ_５毎に折れ線（またはスムージングされた曲線）が描かれる。

この図１２に示されるように、スキャテロメトリ技術を用いた線幅測定装置（ＯＤＰ）によれば、各線において線幅の極小値を与えるフォーカス値の最小値と最大値を求めることが容易である。これらのフォーカス値の差が球面収差となるので、この球面収差の幅が狭くなるように、工程管理者は、露光装置１４の光学系を調整すればよい。これにより、球面収差の発生を最小限に抑えることができる。なお、図１７に、参考例として、測長ＳＥＭによる線幅測定結果を示す。各線において線幅の極小値を与えるフォーカス値の最小値と最大値の判定は容易ではなく、また、観察者によって球面収差の値の判断が異なるおそれのあることがわかる。

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、同期精度検出方法において、ダミーウエハを用いた例を示したが、製品ウエハにおける製品領域の外側に、テストパターンで露光を行い、製品ウエハを現像処理することによって得られるレジストパターンの穴形状を線幅測定装置（ＯＤＰ）により測定してもよい。また、楕円形の孔部がレジスト膜に形成されるような透過／不透過パターンが形成されたテストパターンを用いてもよく、この場合にもレジスト膜に形成された孔部のスキャテロメトリ技術による測定形状（大きさ、変形の具合）から、同期精度の良・不良を検出することができる。

また、スキャテロメトリ技術によれば、レジストパターンの線幅（パターンの上面の線幅）のみでなく、レジストパターンの底部の幅や側面の傾斜角を測定することもできるので、これらの測定値を基準に各種収差を求めて、露光装置１４の光学系を調整することもできる。

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。なお、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の製造に好適であり、特に穴径や線幅が１６０ｎｍ以下微細パターンを形成するための露光装置の調整に有効である。

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。 同期精度検出方法のフローチャート。 像面湾曲の検出方法を示すフローチャート 収差の検査に用いられるフォトマスクのパターンを示す図。 複数の露光エリアとフォーカス値の設定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。 測定点毎の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。 Ｘ方向とＹ方向におけるそれぞれの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。 フォトマスクのパターン線幅毎の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。 円形パターンの同期精度不良によるパターン変形を模式的に示す図。 楕円パターンのＬＥＲによるパターン変形を模式的に示す図。 像面湾曲を調べるための、測長ＳＥＭによる線幅（ＣＤ）とフォーカス値との関係を示すグラフ。 非点収差を調べるための、測長ＳＥＭによる線幅（ＣＤ）とフォーカス値との関係を示すグラフ。 球面収差を調べるための、測長ＳＥＭによる線幅（ＣＤ）とフォーカス値との関係を示すグラフ。

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 (4)

1. 基板にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜をテストパターンが形成されたフォトマスクを用いて露光処理する工程と、
   前記基板を現像処理する工程と、
   前記テストパターンに由来して形成される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、
   前記テストパターンの形状に対する前記レジストパターンの変形度に基づいて露光装置の同期不良の有無を検出する工程と、
   を有することを特徴とする露光装置の同期精度検出方法。
2. 前記テストパターンは円形パターンまたは楕円形のパターンであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の同期精度検出方法。
3. 基板にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜を露光装置のレンズ収差を測定するためのテストパターンが形成されたフォトマスクを用い、露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて前記レジスト膜の異なる領域に逐次露光する工程と、
   前記基板を現像処理する工程と、
   前記テストパターンに由来して形成されるレジストパターンの形状を、１ショット露光領域毎に、かつ、前記露光領域の複数箇所で、スキャテロメトリ技術により測定する工程と、
   得られたレジストパターンの形状データに基づいて、像面、非点、球面の少なくとも１つの収差を評価する工程と、
   を有することを特徴とする露光装置の収差検出方法。
4. 前記テストパターンは、一定の線幅の透過領域と不透過領域とが線状に交互に並べられたパターンであることを特徴とする請求項３に記載の露光装置の収差検出方法。

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