JP2007335610A - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】専用マークではなく、実素子のレジストパターンを用いて露光の際のフォーカス量或いはドーズ量を管理できる技術の実現。
【解決手段】レチクルを介して基板を露光する露光装置は、異なるフォーカス量及び／又は露光量で転写パターンが露光された検査用基板に対して、異なる光学条件で特徴データを計測する計測手段と、計測された前記特徴データを用いて光学条件毎にフォーカス量及び／又は露光量を演算し、前記光学条件毎に求められたフォーカス量及び／又は露光量の推定誤差を算出する誤差算出手段と、前記フォーカス量の推定誤差が最小となる光学条件及び／又は前記露光量の推定誤差が最小となる光学条件を決定する決定手段と、決定された前記光学条件で露光用基板に転写パターンを露光し、当該露光用基板から求めた露光ショットのフォーカス量及び露光量を用いて、装置の光学条件を制御する露光制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レチクルを介して基板を露光する際のフォーカス量や露光量を管理する技術に関する。

以下に、従来のリソグラフィ工程におけるフォーカス量或いは露光量（以下、ドーズ(dose)量）を管理する方法について説明する。

先ず、「条件出し工程」において、所定のレジストパターン（レジスト）形状が得られるフォーカス量とドーズ量を見つける作業を行う。この作業は、新規プロセスの着工の際等にショット（１回の露光単位）毎にフォーカス量やドーズ量を変更してパターンを焼き付けたＦＥＭ(Focus Exposure Matrix)と呼ぶウェハを作成する。そして、各ショットのレジストパターン（レジスト）の寸法を計測し、ウェハを切断して断面形状を調べる。

この「条件出し工程」によって、マージンがより広く取れるドーズ量E0及びフォーカス値F0が決定され、その決定された条件に基づいて量産ウェハの露光（量産）が行われる。

ここで、種々のプロセス変動（レジストの感光感度の変化、レジスト下の反射防止膜の膜厚変動、露光装置の各種センサのドリフト等）によって、「条件出し工程」で決定した条件E0,F0では所定のレジストパターン（レジスト）形状が得られない場合がある。このため、以下のようにプロセス変動を定量的に検知して補正を行う各種の試みがなされている。

第１の方法は、プロセス変動によって引き起こされるレジスト形状の変化をドーズ量を補正することによって補償する手法である。

レジストパターン（レジスト）は、半導体ウェハ等の基板上に感光材であるレジストを所定の厚さで塗布し、露光装置を用いてレチクルパターンを投影露光した後に現像することで形成される。

このレジストパターン（レジスト）は、測長機能付きの走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ又はＣＤ−ＳＥＭ）で寸法がチェックされる。従来の測長ＳＥＭでの処理内容は、例えば、寸法精度が厳しい部位を含む領域の電子線像を取得した後（工程１）、寸法が計測され（工程２）、寸法が基準を満たすか否かの判定を行い（工程３）、満たさない場合には露光装置のドーズ量を変更する（工程４、ドーズ量の補正量はΔＥ）。例えば、ポジ型レジストの場合、レジスト寸法が大きすぎればドーズ量を増やし、レジスト幅が小さすぎればドーズ量を減らすことが行われる。

第２の方法は、フォーカス量とドーズ量の双方の変動をモニタリングする手法である。

これは、ＣＣＤカメラ等の撮像装置で取り込んだデジタル画像を用いてウェハに転写されたマークのドーズ量或いはフォーカス量を検査するものである。代表的な検査装置として、米KLA-Tencor社の重ね合わせ（overlay）検査装置「Archer」シリーズであるインラインでのフォーカス量及びドーズ量の監視が可能な「MPX」がある（例えば、特許文献１参照）。

上記「MPX」は、図７（ａ）に示す独自のデュアルトーンラインエンドショートニング（Dual Tone Line End Shortening Target（ＬＥＳ：線端後退））・ターゲットを解析し、高精度でフォーカス量及びドーズ量を分離してモニタリングする。そして、そのデータを基に露光装置のデフォーカス量、ドーズ量を管理し、装置の変動の把握とその原因の特定を迅速に行えるようになる。上記「MPX」を使用することで、ユーザはフォーカスに関わる歩留りの低下を抑え、年間数百万ドルものコストを節約できるとされている。

以上のように、従来では、フォーカス量或いはドーズ量は、ＦＥＭウェハに対して管理用の専用マークを予め焼き付け、専用マークのレジストパターン（レジスト）を計測し、ライブラリー化することで管理している。そして、量産時には、量産ウェハに焼き付けた管理用の専用マークのフォーカス量或いはドーズ量の各推定値に基づいて、露光装置のフォーカス量或いはドーズ量の補正を行っている。
米国特許第５９７６７４０号明細書

ところで、プロセス変動に起因するレジストパターン形状変化によりドーズ量を補正する上記第１の方法では、以下のように焦点深度を劣化させる問題がある。

即ち、ドーズ量或いはフォーカス量が変化すると線幅が変化し、レジストの断面形状が変化する。上述のように、レジストの断面形状が変化すればエッチング後の膜パターンの形状にも影響を及ぼすため、従来のようにフォーカス変動を検出できない場合には、エッチング後の膜パターンの形状不良が大量に発生することになりかねない。

上述のようにドーズ量を補正するのみでは、フォーカスのずれを補正できないため、レジストの断面形状は正常とはならない。また、焦点深度の中心でのドーズ量とならないため、深度不足の要因となり、エッチング後の膜パターンの形状不良が大量に発生する場合がある。

また、フォーカス量とドーズ量の双方の変動をモニタリングする上記第２の方法では、ウェハに転写されたマークは、図７（ａ）に示す抜きのグレーティングマークと残しのグレーティングマークの両方から構成されている。

従来は、図７（ａ）に示す間隔CD1及び間隔CD2を計測し、フォーカス量とドーズ量を推定している。そして、上記間隔CD1或いは間隔CD2の挙動がフォーカス量に対して図７（ｂ）のように変化することを利用してデフォーカス量を推定している。図７（ｂ）は、あるドーズ量E=E0のときのCD1,CD2とフォーカス量との関係を示しており、縦軸にCD1或いはCD2を、横軸にフォーカス量をとっている。Z0は最適フォーカス量であり、フォーカス量Z0でCD1或いはCD2は最小となる。しかしながら、間隔CD1或いは間隔CD2は、CDの極小のフォーカス量Z0を中心としてデフォーカス量に対し偶関数的に変化するためデフォーカスの絶対値は推定できるが方向までは推定できない。

従来の方法では、上記のような問題があることに加え、本来管理すべき実素子のレジストパターンではなく、専用マークを用いてフォーカス量或いはドーズ量を管理している。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、専用マークではなく、実素子のレジストパターンを用いて露光の際のフォーカス量或いはドーズ量を管理できる技術を実現することである。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の露光装置は、レチクルを介して基板を露光する露光装置であって、異なるフォーカス量及び／又は露光量で転写パターンが露光された検査用基板に対して、異なる光学条件で特徴データを計測する計測手段と、計測された前記特徴データを用いて光学条件毎にフォーカス量及び／又は露光量を演算し、前記光学条件毎に求められたフォーカス量及び／又は露光量の推定誤差を算出する誤差算出手段と、前記フォーカス量の推定誤差が最小となる光学条件及び／又は前記露光量の推定誤差が最小となる光学条件を決定する決定手段と、決定された前記光学条件で露光用基板に転写パターンを露光し、当該露光用基板から求めた露光ショットのフォーカス量及び露光量を用いて、装置の光学条件を制御する露光制御手段と、を備える。

また、本発明の露光方法は、レチクルを介して基板を露光する露光方法であって、異なるフォーカス量及び／又は露光量で転写パターンが露光された検査用基板に対して、異なる光学条件で特徴データを計測する計測ステップと、計測された前記特徴データを用いて光学条件毎にフォーカス量及び／又は露光量を演算し、前記光学条件毎に求められたフォーカス量及び／又は露光量の推定誤差を算出する誤差算出ステップと、前記フォーカス量の推定誤差が最小となる光学条件及び／又は前記露光量の推定誤差が最小となる光学条件を決定する決定ステップと、決定された前記光学条件で露光用基板に転写パターンを露光し、当該露光用基板から求めた露光ショットのフォーカス量及び露光量を用いて、装置の光学条件を制御する露光制御ステップと、を備える。

また、本発明のデバイス製造方法は、上記露光装置を用いてレチクルを介して基板を露光するステップと、露光された前記基板を現像するステップと、現像された前記基板を加工してデバイスを製造するステップと、を備える。

本発明によれば、例えば、専用マークではなく、実素子のレジストパターンを用いて露光の際のフォーカス量或いはドーズ量を管理できるので、露光条件の変動が発生した場合に従来よりも精度の良いフォーカス量及び／又はドーズ量で露光できる。

以下に、図面を参照して本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものである。

また、本発明は、後述する実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を露光装置に供給し、そのコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。

［本発明の概要］
以下に、本発明の概要について図面を参照しながら説明する。

先ず、フォーカス量とドーズ量の影響でレジストパターン（レジスト）がどのように変化するかについて説明する。

KLA-Tencor社発行の「Yield Management Solutions」のFall 2001号及びWinter 2002号によると、プラスフォーカスのレジストの断面形状とマイナスフォーカスのレジストの断面形状とは異なる。そして、デフォーカス量が大きいほど、この傾向は顕著である。図８（ａ）及び図９（ａ）は、デフォーカス量の絶対値が等しい、プラスフォーカスとマイナスフォーカスの各レジストの断面形状を示す模式図であり、図８（ａ）はマイナスフォーカス、図９（ａ）はプラスフォーカスである。

プラスフォーカスとマイナスフォーカスの各レジストの断面形状は、輪郭や高さ等が異なっている。更に、ドーズ量でもレジストの断面形状に違いがあり、ベストドーズ量との差が大きいほど、この傾向は顕著である。図８（ｂ）は、デフォーカス量が図８（ａ）と等しく、ドーズ量が図８（ａ）よりも大きいレジストの断面形状を示す模式図である。また、図９（ｂ）は、デフォーカス量が図９（ａ）と等しく、ドーズ量が図９（ａ）よりも大きいレジストの断面形状を示す模式図である。

図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、レジストの断面形状は、図８（ａ）及び図９（ａ）に対して輪郭が縮小している。

以上のように、レジストパターン（レジスト）の断面形状は、フォーカス量とドーズ量に依存して変化する。

本発明では、上記フォーカス量とドーズ量の変化による実素子のレジストの断面形状の違いを、実素子のレジストパターン（以下、実素子レジスト）からの反射強度の違いとして捉えている。つまり、実素子レジストからの反射強度の違いを利用して、フォーカス量とドーズ量を計測する。

＜露光装置の説明＞
図１は、本発明に係る実施形態の露光装置の構成を示す図である。

図１において、エキシマレーザー等の光源４から出た光は、照明光学系５で露光に最適なスリット形状の露光光に成形されて、レチクル１下面に形成されたパターンを照明する。レチクル１のパターン面には露光すべきＩＣ回路等のパターンが形成されており、上記パターンを透過した光は投影光学系２を通過して、ウェハ３の上面近傍に結像されてパターン像を形成する。

上記レチクル１は一方向（Ｙ方向）に往復走査可能なレチクルステージＲＳ上に載置されている。

ウェハ３はＸ，Ｙ及びＺ方向に駆動可能且つ傾き（チルト）を補正可能なウェハステージＷＳ上に載置されている。

上記レチクルステージＲＳとウェハステージＷＳを露光倍率の比率の速度で相対的にＹ方向に走査させることでレチクル１上のショット領域の露光を行う。ワンショット露光の終了後に、ウェハステージＷＳは次のショット領域へステップ移動し、先程とは逆方向に走査露光を行い次のショット領域が露光される。このような動作をステップ・アンド・スキャンと呼び、これを繰り返すことでウェハ全域についてショット露光する。

フォーカスドーズ検出系６は、ウェハ表面に対して高入射角度で光束を入射させ、反射光の反射強度をＣＣＤ等の受光素子で検出する。

７はウェハステージＷＳの位置を検出するレーザー干渉計である。８はレーザー干渉計７の検出結果に基づいてレチクルステージＲＳ及びウェハステージＷＳを位置決めするリニアモータ等からなるステージ駆動系である。９はフォーカスドーズ検出系６で受光された反射光の電気信号の信号処理等を行う演算処理器である。１０は露光装置全体を統括して制御する制御系である。

図２は、本実施形態のウェハの反射強度を検出するフォーカスドーズ検出系を示す図である。

図２に示すように、フォーカスドーズ検出系６は、計測光の波長、計測光のウェハに対する入射角度、計測光の偏光状態（Ｐ偏光、Ｓ偏光、或いは無偏光）の少なくとも１つの光学パラメータの種類と値（以下、光学条件）が可変である。

ハロゲンランプ等のブロードバンド計測光源１３から出た光は、計測光用レンズ１４により平行光となり、複数のバンドパスフィルタ１５を選択して使用することにより通過する波長が選択され、偏光板１６の回転又は抜き差しにより偏光状態を選択する。

実素子ウェハ１２に到達した光は、実素子レジスト１１からの反射光と実素子ウェハ１２の下地からの反射光との合成光となり、結像用レンズ１７によりＣＣＤ等の撮像素子１８に結像される。

また、入射角１９は、上記光源１３から出た光の光軸（光源１３、計測光用レンズ１４、バンドパスフィルタ１５、偏光板１６の各光軸）と実素子ウェハ１２の角度を変更することで調整される。同様に、実素子ウェハ１２と結像用レンズ１７及び撮像素子１８の角度も入射角１９を変更することにより調整される。

実素子ウェハ１２の反射強度は、上記合成光の撮像素子１８の出力強度とDarkとの加算値となる。即ち、ある光学条件での実素子ウェハ１２の反射強度Mwは、実素子レジスト１１の反射強度Reと、フォーカスドーズ検出系のシステムオフセットであるDarkと、実素子ウェハ１２の下地の反射強度Gの線形和として下記式１のように表わせる。

添え字のshot(i)は、ウェハ内のshot番号である。また、(x,y)は、shot内座標である。

図３は、本実施形態の露光装置により実素子パターンが形成されたレチクルをレジストの塗布されたウェハ上に露光する際に、「条件出し工程」によってフォーカス量及びドーズ量を変更して露光する様子を示している。

図３において、実素子ウェハ１２上に横方向にドーズ量の設定値を所定のピッチで変化させて（E1からE7まで）露光し、縦方向にフォーカス量の設定値を所定のピッチで変化させて（F1からF7まで）露光する。その後、レジストを現像して実素子ウェハ１２のレジストパターンを生成する。

上記実素子ウェハ１２のレジストパターンを、ＣＤ−ＳＥＭで計測し、線幅の許容範囲２２を決定する（例えば、ターゲット線幅の±１０％）。その後、線幅許容範囲２２の中心ショット２３に当たる最適露光量Eop（ベストドーズ量）と最適フォーカス値Fop（ベストフォーカス量）を決定する。図３では、Eop=E5、Fop=F3となる。尚、図３では、説明を簡単にするために、ＦＥＭの設定ピッチ上にEop,Fopがあるが、ＦＥＭのピッチより細かい分解能でEop,Fopを決定しても良い。

以上より、露光装置のドーズ量設定値Eetとフォーカス設定値Fetとして、(Eet,Fet)=(E5,F3)の値を適用して「量産工程」を開始する。量産工程において、ウェハの反射強度から、例えば、現在の露光量E'とフォーカス値F'が、(E',F')=(E6,F4)と計測された場合は、最適露光量（ベストドーズ量）Eopと最適フォーカス値（ベストフォーカス量）Fopに戻すように、露光装置の設定値を(Eet,Fet)=(2×E5-E6,2×F3-F4)に変更（補正）する。

図４は、shot内座標(x,y)を例示し、図３のshot２１を例示している。３１はｘ軸を、３２はｙ軸を夫々示している。

＜実施形態１＞
実施形態１は、上記式１のDarkが無く、実素子ウェハの下地の反射強度Gがウェハ内で一定の場合に、実素子レジストの反射強度Reを、実素子ウェハの反射強度Mwから一定値である実素子ウェハの下地の反射強度Gを減算した値とした場合である。

本実施形態の実素子レジストの各shotの反射強度は、下記式２で表せる。

よって、上記ＦＥＭ実素子ウェハの各shotの反射強度は、各shotでのＦＥＭ実素子ウェハの反射強度から一定値である実素子ウェハの下地の反射強度Gを減算した値とした。上記量産ウェハのshotの反射強度は、量産ウェハのshotの反射強度から一定値である実素子ウェハの下地の反射強度Gを減算した値とした。

以下に、その手順をSTEP順に説明する。

STEP0：フォーカス量及びドーズ量を変えて複数shot露光した実素子ウェハ（以下、ＦＥＭ実素子ウェハ）を作成する（図５のS401）。

STEP1：ＦＥＭ実素子ウェハの各shotの反射強度を、図２に示すフォーカスドーズ検出系で光学条件を変えて複数回計測する（図５のS402）。

STEP2：回帰に用いる光学条件を１つ又は複数選択し、選択した光学条件でＦＥＭ実素子ウェハを露光した時の各shotのフォーカス量（以下、ＦＥＭのフォーカス量）に対応する推定フォーカス値、及び／又は、選択した光学条件でＦＥＭ実素子ウェハを露光した時の各shotのドーズ量（以下、ＦＥＭのドーズ量）に対応する推定ドーズ値を求める（図５のS403）。

STEP3：光学条件を変えて複数回計測した結果（SETP1）を用いて、推定フォーカス値の推定誤差が最小になる光学条件（以下、フォーカス回帰用光学条件）、及び／又は、推定ドーズ値の推定誤差が最小になる光学条件（以下、ドーズ回帰用光学条件）を決定する（図５のS404,S405）。

STEP4：量産ウェハの反射強度をSTEP3で決定したフォーカス回帰用光学条件で計測し、STEP2と同様の方法で推定フォーカス値を求める。また、量産ウェハの反射強度をSTEP3で決定したドーズ回帰用光学条件で計測し、STEP2と同様の方法で推定ドーズ値を求める（図６のS501,S502,S503,S504）。

STEP5：STEP4で算出した推定フォーカス値と推定ドーズ値とから、量産ウェハのベストフォーカス値からのズレ量とベストドーズ値からのズレ量を夫々算出する（図６のS505）。ベストフォーカス値は、ＦＥＭ実素子ウェハの最適露光条件のshotの反射強度の上記STEP3で決定した光学条件での推定値である。同様に、ベストドーズ値は、ＦＥＭ実素子ウェハの最適露光条件のshotの反射強度の上記STEP3で決定した光学条件での推定値である。

最適露光条件のshotとは、「条件出し工程」で算出される線幅許容範囲の中心shotであり、例えば、図３のshot23である。

STEP6：STEP5で算出したズレ量に基づき露光装置のフォーカス量或いはドーズ量を変更する。

上記STEP2の推定フォーカス値を求める工程は、以下のSTEP2F-1〜STEP2F-3を有する。

STEP2F-1：選択した光学条件の各光学パラメータとその値毎に、ＦＥＭ実素子ウェハの平均的な反射強度を以下のShot全面で求める方法、或いは、shotの部分領域から求める方法で算出する。

Shot全面で求める方法は、以下の手順１１と手順１２により算出する。

手順１１：上記STEP1のＦＥＭ実素子ウェハの各shotの反射強度をウェハ上の設計位置にそれぞれを対応させた値を算出し、ＦＥＭ実素子ウェハの反射強度とする。

手順１２：shot全面での上記手順１１でのＦＥＭ実素子ウェハの反射強度の平均値或いは中央値を実素子ウェハの平均的な反射強度とする。

shotの部分領域から求める方法は、以下の手順２１と手順２３により算出する。

手順２１：上記手順１１を行う。

手順２２：shotの任意の数箇所で、任意のサイズの部分領域のＦＥＭ実素子ウェハの反射強度を取得する。図４では、shot２１のA,B,C,或いはD（A,B,C,Dのサイズは同じでなくてもよい。）における反射強度を取得する。

手順２３：手順２２で取得したshotの部分領域の反射強度の平均値或いは中央値を算出し、実素子ウェハの平均的な反射強度とする。図４では、AとBの反射強度を手順２２で取得した場合、AとBの反射強度の平均値或いは中央値を実素子ウェハの平均的な反射強度とする。

STEP2F-2：選択した光学条件で、目的変数をＦＥＭのフォーカス量、説明変数を上記選択した光学条件の各光学パラメータとその値に対応するＦＥＭ実素子ウェハの平均的な反射強度として回帰を行う。

STEP2F-3：選択した光学条件でのSTEP2F-2の回帰結果を用いて、上記ＦＥＭのフォーカス量に対する推定フォーカス値を算出する。

上記STEP4の量産ウェハのフォーカス推定値を求める工程は、以下のSTEP4F-1とSTEP4F-2を有する。

STEP4F-1：選択した光学条件の各光学パラメータとその値毎に、ＦＥＭ実素子ウェハの平均的な反射強度を以下のshot全面で求める方法、或いは、shotの部分領域から求める方法で算出する。

Shot全面で求める方法は、以下の手順３１で算出する。

手順３１：shot全面での量産ウェハの反射強度の平均値或いは中央値を実素子ウェハの平均的な反射強度とする。

shotの部分領域から求める方法は、以下の手順３２と手順３３で算出する。

手順３２：shotの任意の数箇所で、任意のサイズの部分領域の量産ウェハの反射強度を取得する。

手順３３：手順３２で取得したshotの部分領域の反射強度の平均値或いは中央値を算出し、実素子ウェハの平均的な反射強度とする。

STEP4F-2：選択した光学条件での上記STEP2F-2の回帰結果を用いて、上記ＦＥＭのフォーカス量に対する推定フォーカス値を算出する。

また、上記STEP2の推定ドーズ値を求める工程は、以下のSTEP2D-1〜STEP2D-3を有する。

STEP2D-1：選択した光学条件の各光学パラメータとそのパラメータ値毎に、ＦＥＭ実素子ウェハの平均的な反射強度を上記STEP2F-1で説明したShot全面で求める方法、或いは、shotの部分領域から求める方法で算出する。

STEP2D-2：選択した光学条件で、目的変数をＦＥＭのドーズ量、説明変数を上記選択した光学条件の各光学パラメータとそのパラメータ値に対応するＦＥＭ実素子ウェハの平均的な反射強度として回帰を行う。

STEP2D-3：選択した光学条件でのSTEP2F-2の回帰結果を用いて、上記ＦＥＭのドーズ量に対する推定ドーズ値を算出する。

上記STEP4の量産ウェハのドーズ推定値を求める工程は、STEP4D-1とSTEP4D-2を有する。

STEP4D-1：選択した光学条件の各光学パラメータとそのパラメータ値毎に、ＦＥＭ実素子ウェハの平均的な反射強度を以下のShot全面で求める方法、或いは、shotの部分領域から求める方法で算出する。

shot全面で求める方法は、上記手順３１で算出する。

shotの部分領域から求める方法は、上記手順３２と上記手順３３で算出する。

STEP4D-2：選択した光学条件での上記STEP2D-2の回帰結果を用いて、上記ＦＥＭのドーズ量に対する推定ドーズ値を算出する。

尚、光学系によって照度むらがある場合は、Si基板ウェハを計測して照度むらを算出し、実素子ウェハの反射強度から取り除く。照度むらは、下記式３で算出できる。

Si基板ウェハの反射強度Msi、既知の値であるSi基板ウェハの反射率Siである。

＜実施形態２＞
本実施形態では、上記式１のDarkが無い場合に、実素子レジストの反射強度Reが実素子ウェハの反射強度Mwから実素子ウェハの下地の反射強度Gを減算した値の場合である。

本実施形態の実素子レジストの各shotの反射強度は、下記式４となる。

具体的な手順は、実施形態１と同じであるが、各STEPにおいて、ＦＥＭ実素子ウェハの各shotの反射強度を、各shotでのＦＥＭ実素子ウェハの反射強度からウェハの下地の反射強度を減算した値とした。また、各STEPにおいて、量産ウェハのshotの反射強度を、量産ウェハのshotの反射強度からウェハの下地の反射強度を減算した値とした。

実際の計測では、実素子ウェハの反射強度Mwに占める実素子ウェハの下地の反射強度Gの割合が非常に高い（SNが非常に低い）。実素子ウェハの下地の反射強度Gは、近傍領域ではその値に極端な差はない。このことから、ウェハ全面では、実素子ウェハの下地の反射強度Gは、滑らかな曲面と捉えることができる。更に、実素子ウェハの反射強度Mwと実素子ウェハの下地の反射強度Gの差は、SNが非常に低いため、実素子ウェハの反射強度Mwのダイナミックレンジに比べ非常に小さい。これにより、実素子ウェハの下地の反射強度Gの近似である曲面は、実素子ウェハの反射強度Mwの曲面近似と捉えた。

ウェハの下地の反射強度は、以下のSTEPで算出される。

STEP31：ＦＥＭ実素子ウェハの各shotの反射強度をウェハの設計位置に対応させる。

STEP32：STEP31の近似曲面を算出し、ウェハの下地の反射強度とする。

尚、光学系によって照度むらがある場合は、実施形態１の式２を用いて実素子ウェハの反射強度から取り除く。

＜実施形態３＞
本実施形態では、上記式１の照度むら強度Iと実素子ウェハの下地の反射強度Gが無く、実素子レジストの反射強度Reを。実素子ウェハの反射強度MwからDarkを減算した値とした場合である。

本実施形態の実素子レジストの各shotの反射強度は、下記式５となる。

具体的な手順は、実施形態１と同じであるが、各STEPにおいて、ＦＥＭ実素子ウェハの各shotの反射強度を、各shotでのＦＥＭ実素子ウェハの反射強度からDarkを減算した値とした。また、各STEPにおいて、量産ウェハのshotの反射強度を、量産ウェハのshotの反射強度からDarkを減算した値とした。

Darkは、撮像素子を用いた場合の暗電流を考慮したときの出力強度を計測する。

尚、光学系によって照度むらがある場合は、実施形態１の式２を用いて実素子ウェハの反射強度から取り除く。

＜実施形態４＞
本実施形態では、実素子レジストの反射強度Reを、実素子ウェハの反射強度MwからDark及び実素子ウェハの下地の反射強度Gを減算した値とした場合である。

本実施形態の実素子レジストの各shotの反射強度は、下記式６となる。

具体的な手順は、実施形態１と同じであるが、各STEPにおいて、ＦＥＭ実素子ウェハの各shotの反射強度を、各shotでのＦＥＭ実素子ウェハの反射強度からDark及び実素子ウェハの下地の反射強度を減算した値とした。また、各STEPにおいて、量産ウェハのshotの反射強度を、量産ウェハのshotの反射強度からDark及び実素子ウェハの下地の反射強度を減算した値とした。

Darkは、撮像素子を用いた場合の暗電流を考慮したときの出力強度を計測する。

実素子ウェハの下地の反射強度は、実施形態２の方法で算出する。

尚、光学系によって照度むらがある場合は、実施形態１の式２を用いて実素子ウェハの反射強度から取り除く。

以上の実施形態によれば、従来の専用マークではなく、実素子を管理することで、露光条件の変動が発生した場合でも、従来よりも精度の良い最適ドーズ量、最適フォーカス値で露光できる。

更に、従来では、線幅の近傍の狭い領域を高解像度の撮像素子を用いて計測し、高解像度画像から演算コストのかかる画像処理を行い、レジストのCD、角度、高さ等を算出し、ライブラリ化していた。つまり、従来はライブラリー作成に時間がかかっていた。これに対して、本発明では、shot領域を従来よりも低中解像度の撮像素子を用いて計測し、低中解像度画像を用いて、低演算コストである近似曲面算出等の処理を行うので、ライブラリ作成を迅速に行うことができる。

［機能ブロックの説明］
図１０は、本実施形態の露光装置のブロック図である。

図１０において、制御系１０は、上述の各実施形態で説明したSTEPを実行する、誤差算出部６１、光学条件決定部６２、露光制御部６３を備える。

誤差算出部６１では、フォーカスドーズ検出系６の検出結果から得られた反射強度を用いて光学条件毎にフォーカス量及び／又はドーズを推定演算し、光学条件毎に求められた推定フォーカス値及び／又は推定ドーズ値の各誤差を算出する（図５のS402-S404）。

光学条件決定部６２では、上記推定フォーカス誤差が最小となるフォーカス光学条件及び／又は上記推定ドーズ誤差誤差が最小となるドーズ光学条件を決定する（図５のS405）。

露光制御部６３では、上記光学条件決定部６２で決定されたフォーカス光学条件及び／又はドーズ光学条件でウェハに回路パターンを露光し、このウェハをフォーカスドーズ検出系６により計測する（図６のS501）。

更に、露光制御部６３では、上記計測結果から演算された推定フォーカス量とベストフォーカス値とのズレ量及び／又は推定ドーズ量とベストドーズ値とのズレ量を算出し（図６のS502-S505）、これらズレ量を補正するように露光系の光学条件を変更する。

［デバイス製造方法］
次に、上述した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。

図１１は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。Ｓ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。Ｓ２（レチクル製作）では設計した回路パターンに基づいてレチクルを作製する。一方、Ｓ３（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。Ｓ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記レチクルとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィー技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。次のＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、Ｓ４によって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）等の工程を含む。Ｓ６（検査）ではＳ５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、これが出荷（Ｓ７）される。

図１２は上記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。Ｓ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。Ｓ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。Ｓ１３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によって形成する。Ｓ１４（イオン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。Ｓ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。Ｓ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウェハに焼付露光する。Ｓ１７（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。Ｓ１９（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って、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

本発明に係る実施形態の露光装置の構成を示す図である。 （ａ）は本実施形態により光学条件が変更可能な実素子ウェハのフォーカスドーズ検出系の構成を示す図、（ｂ）は本実施形態のフォーカス量或いはドーズ量の算出方法を実現する機能ブロック図である。 本実施形態の露光装置により実素子パターンが形成されたレチクルをウェハ上に露光する際に、「条件出し工程」によってフォーカス量及びドーズ量を変更して露光する様子を示す図である。 shot内座標(x,y)とshot内の任意の領域を示す図である。 推定フォーカス値誤差或いは推定ドーズ誤差が最小と光学条件を決定する手順を示すフローチャートである。 ベストフォーカス値に対する推定フォーカス値のズレ量或いはベストドーズ値に対する推定ドーズ値のズレ量を算出する手順を示すフローチャートである。 （ａ）は従来の計測マーク、（ｂ）はフォーカス量とCD1或いはCD2との関係を示す図である。 （ａ）はマイナスフォーカスのレジストの断面形状、（ｂ）はフォーカス量が（ａ）と等しく、ドーズ量が（ａ）よりも大きいレジストの断面形状を夫々示す模式図である。 （ａ）はプラスフォーカスのレジストの断面形状、（ｂ）はフォーカス量が（ａ）と等しく、ドーズ量が（ａ）よりも大きいレジストの断面形状を夫々示す模式図である。 本実施形態の露光装置のブロック図である。 デバイス製造方法を示す図である。 ウェハプロセスを示す図である。

符号の説明

１ レチクル
２ 投影光学系
３ ウエハ
４ レーザー光源
５ 照明光学系
６ フォーカスドーズ検出系
ＲＳ レチクルステージ
ＷＳ ウエハステージ
７ レーザー干渉計
８ ステージ駆動系
９ 演算処理器
１０ 制御系
１１ ＦＥＭ実素子ウェハの実素子レジストパターン
１２ ＦＥＭ実素子ウェハの下地
１３ ブロードバンド計測光源
１４ 計測光用レンズ
１５ バンドパスフィルタ
１６ 偏光板
１７ 結像用レンズ
１８ 撮像素子
１９ 入射角
２１ ＦＥＭ実素子ウェハの１つのshot
２２ 線幅許容範囲
２３ 最適露光条件のshot
３１ shot内座標のｘ軸
３２ shot内座標のｙ軸

Claims (15)

1. レチクルを介して基板を露光する露光装置であって、
   異なるフォーカス量及び／又は露光量で転写パターンが露光された検査用基板に対して、異なる光学条件で特徴データを計測する計測手段と、
   計測された前記特徴データを用いて光学条件毎にフォーカス量及び／又は露光量を演算し、前記光学条件毎に求められたフォーカス量及び／又は露光量の推定誤差を算出する誤差算出手段と、
   前記フォーカス量の推定誤差が最小となる光学条件及び／又は前記露光量の推定誤差が最小となる光学条件を決定する決定手段と、
   決定された前記光学条件で露光用基板に転写パターンを露光し、当該露光用基板から求めた露光ショットのフォーカス量及び露光量を用いて、装置の光学条件を制御する露光制御手段と、を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記計測手段は、異なる光学条件で前記検査用基板の各露光ショットの反射強度を前記特徴データとして複数回計測することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記誤差算出手段は、少なくとも１つの光学条件を選択し、選択した光学条件にて検査用基板を露光した時の各露光ショットのフォーカス量及び／又は露光量の推定値を算出することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記決定手段は、前記誤差算出を複数回実行した結果を用いて、前記フォーカス量の推定誤差が最小になる光学条件及び／又は前記露光量の推定誤差が最小になる光学条件を決定することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 前記露光制御手段は、前記決定手段により決定された光学条件で前記露光用基板を計測して得られた特徴データを用いて、フォーカス量及び／又は露光量の推定値を算出する手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 前記露光制御手段は、前記露光用基板から推定されたフォーカス量と、前記検査用基板から推定された誤差が最小となるフォーカス量とのズレ量及び／又は前記露光用基板から推定された露光量と、前記検査用基板から推定された誤差が最小となる露光量とのズレ量を算出する手段と、
   前記露光用基板のフォーカス量及び／又は露光量のズレ量を補正するように前記装置の光学条件を変更する手段とを更に有することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記検査用基板の各露光ショットの反射強度は、当該検査用基板を計測して得られる反射強度から当該検査用基板の下地の反射強度を減算することにより算出され、
   前記露光用基板の各露光ショットの反射強度は、当該露光用基板を計測して得られる反射強度から当該露光用基板の下地の反射強度を減算することにより算出されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
8. 前記計測手段は、前記検査用基板から得られる反射強度を各露光ショットの設計位置に対応させ、
   前記検査用基板の下地の反射強度を、前記設計位置に対応する反射強度を曲面近似することにより求めることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記検査用基板の各露光ショットの反射強度は、当該検査用基板を撮像して得られる反射強度から、撮像素子の暗電流を考慮した出力強度を減算することにより算出され、
   前記露光用基板の各露光ショットの反射強度は、当該露光用基板を撮像して得られる反射強度から、撮像素子の暗電流を考慮した出力強度を減算することにより算出されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
10. 前記検査用基板の各露光ショットの反射強度は、当該検査用基板を撮像して得られる反射強度から、当該検査用基板の下地の反射強度と撮像素子の暗電流を考慮した出力強度とを減算することにより算出され、
    前記露光用基板の各露光ショットの反射強度は、当該露光用基板を撮像して得られる反射強度から、当該露光用基板の下地の反射強度と撮像素子の暗電流を考慮した出力強度とを減算することにより算出されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
11. 前記検査用基板の各露光ショットの反射強度は、当該検査用基板を撮像して得られる反射強度から、反射強度を計測する光学系の照度むら強度を除去することにより算出され、
    前記露光用基板の各露光ショットの反射強度は、当該露光用基板を撮像して得られる反射強度から、反射強度を計測する光学系の照度むら強度を除去することにより算出されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
12. 前記露光用基板の反射強度を計測する光学系の照度むら強度は、前記検査用基板と同一の異なる光学条件で複数回計測して求めた前記露光用基板の各露光ショットの反射強度を、前記露光用基板の反射率の基準値で除算することにより算出されることを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 前記光学条件は、前記反射強度を計測する計測光の波長、基板に対する前記計測光の入射角度、前記計測光の偏光状態及び偏光の有無のいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の露光装置。
14. レチクルを介して基板を露光する露光方法であって、
    異なるフォーカス量及び／又は露光量で転写パターンが露光された検査用基板に対して、異なる光学条件で特徴データを計測する計測ステップと、
    計測された前記特徴データを用いて光学条件毎にフォーカス量及び／又は露光量を演算し、前記光学条件毎に求められたフォーカス量及び／又は露光量の推定誤差を算出する誤差算出ステップと、
    前記フォーカス量の推定誤差が最小となる光学条件及び／又は前記露光量の推定誤差が最小となる光学条件を決定する決定ステップと、
    決定された前記光学条件で露光用基板に転写パターンを露光し、当該露光用基板から求めた露光ショットのフォーカス量及び露光量を用いて、装置の光学条件を制御する露光制御ステップと、を備えることを特徴とする露光方法。
15. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の露光装置を用いてレチクルを介して基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像するステップと、
    現像された前記基板を加工してデバイスを製造するステップと、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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