JP2021135334A - 膜形成装置、膜形成方法、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置のＤＯＦに基板の露光領域を収めるために有利な技術を提供する。【解決手段】基板上の組成物に光を照射して基板上に組成物の膜を形成する膜形成装置であって、基板上に光の積算光量の分布を形成する光変調部と、光変調部を制御する制御部と、を備え、制御部は、組成物の残膜率特性と、後続工程で用いられる型の結像面の湾曲形状および基板上に形成された下地膜の表面形状の少なくとも一方とに基づいて、光変調部の積算光量の分布を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、膜形成装置、膜形成方法、および物品の製造方法に関する。

半導体デバイス等の物品の製造において、フォトリソグラフィー技術が利用されている。フォトリソグラフィー技術は、基板の上に配置されたフォトレジスト膜に露光装置を使って原版（レチクル）のパターンを転写して潜像パターンを形成し、これを現像することによってレジストパターンを形成する工程を含む。露光装置の解像度の進化にともなって露光装置の投影光学系の焦点深度が極端に狭くなっている。例えば、５〜７ｎｍのラインアンドスペースパターンを形成するために用いられる走査露光装置では、露光スリット内に要求される凹凸精度は、４ｎｍ以下である。そこで、基板の表面に存在する下地パターンの上に平坦化膜が形成され、その上にフォトレジスト膜が配置されうる。

特許文献１には、ウエハ上に紫外線硬化型レジストの密度を変化させてジェッティングし、その上に平面の基準となる透明の薄板を押し付け、レジストが過渡的なリフロー状態となっている間に紫外線を照射して硬化させる方法が提示されている。

米国特許第９４１５４１８号明細書

フォトリソグラフィー工程において使用される露光装置は、最小解像寸法の縮小のために投影光学系の高ＮＡ化が進んでいて、これによって投影光学系の焦点深度（ＤＯＦ）が縮小している。例えば、ＮＡが０．３３の投影光学系を有するＥＵＶ露光装置では、照明条件によるが、ＤＯＦは１１０ｎｍ〜３００ｎｍである。ＮＡが０．５５となる次の世代においては、照明条件によるが、ＤＯＦは４０ｎｍ〜１６０ｎｍ程度になりうる。

デフォーカスは種々の要因によって発生するので、ＤＯＦの全てを基板の表面の凹凸（高低差）が使い切ることはできない。したがって、ＮＡが０．５５の世代であっても、全ての照明条件においてＤＯＦを満足するためには、基板の表面の凹凸は、例えば、４ｎｍ以下に抑えられるべきである。

表１には、フォトリソグラフィー工程においてデフォーカスを発生させる要因が示されている。要因１〜９の合計を露光装置のＤＯＦに収める必要がある。要因１〜７は、レチクルを含む露光装置側の要因である。要因８、９は、ウエハ要因である。４５ｎｍノード以降の半導体プロセスにおいて一般的に使用されているＳＯＣ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ）層は、要因８、９を改善する技術である。

ＳＯＣ層を使ったプロセスウエハの平坦化の事例としては、凹凸を有する下地の上にＳＯＣ層、平坦化ＳＯＧ中間（ＨＭ）層、フォトリソグラフィー工程用のフォトレジスト層を積層した３層構造が知られている。平坦化されたフォトレジスト層は、露光装置を用いたフォトリソグラフィー工程によってパターニングされる。ＳＯＣ層の平坦度の改善例としては、パターニングされたウエハの表面上に熱硬化型又は紫外線硬化型のレジストをスピンコートし、概ね２００℃環境下でのベーキングを行う。そして、レジストのリフローが平衡状態に達した後に再加熱またはＵＶ光の照射によって硬化させる方法がある。

ＤＯＦの狭小化に伴い、表１に掲げられた個々の要因を改善することが求められている。しかしながら、露光装置起因の要因については、既に可能な限り低減されており、従来のようにプロセスウエハの表面の平坦化を追求するアプローチには限界がある。

本発明は、露光装置のＤＯＦに基板の露光領域を収めるために有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基板上の組成物に光を照射して前記基板上に前記組成物の膜を形成する膜形成装置であって、前記基板上に前記光の積算光量の分布を形成する光変調部と、前記光変調部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記組成物の残膜率特性と、後続工程で用いられる原版の結像面の湾曲形状および前記基板上に形成された下地膜の表面形状の少なくとも一方とに基づいて、前記光変調部の積算光量の分布を制御することを特徴とする。

本発明によれば、露光装置のＤＯＦに基板の露光領域を収めるために有利な技術が提供される。

第１実施形態に係る膜形成装置および膜形成方法において製造される構造を例示的に示す模式図である。 焦点補償膜３を形成するための従来例を示す図である。 第１実施形態に係る膜形成装置の構成例を示す概略図である。 膜形成装置の像面形状の一例を示す等高線図である。 膜形成装置の像面形状の他の例を示す等高線図である。 第１実施形態に係る焦点補償膜形成プロセスを説明する図である。 焦点補償膜形成に用いるレジストの残膜率曲線の一例を示す図である。 制御部のソフトウェア構成の一例を示す概略図である。 第１実施形態に係る露光プロファイルを作成する処理のフローチャートである。 第２実施形態に係る焦点補償膜形成プロセスを説明する図である。 第２実施形態に係る露光プロファイルを作成する処理のフローチャートである。 第３実施形態に係る焦点補償膜形成プロセスを説明する図である。 第３実施形態に係る露光プロファイルを作成する処理のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る膜形成装置および膜形成方法において製造される構造を例示的に示す模式図である。プロセスウエハ（プロセス基板）４は、表面に凹凸を有する。本明細書においては、このようなプロセスウエハ４表面の凹凸なども下地膜と呼ぶ。凹凸表面の凹凸は、プロセスウエハ４が有するパターンに依存しうる。プロセスウエハ４は、例えば、後にエッチングによってパターニングされる層を有しうる。プロセスウエハ４の上に焦点補償膜３が形成されうる。焦点補償膜３は、例えば、６０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚さを有しうるが、他の厚さを有してもよい。

焦点補償膜３の上には、任意的な要素として、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜２が配置されうる。ＳＯＧ膜２は、焦点補償膜３の下の層をエッチングする際のハードマスクとして利用されうる。焦点補償膜３またはＳＯＧ膜２の上には、レジスト層（フォトレジスト層）１が形成されうる。レジスト層１には、露光装置を用いて実施される露光工程において、レチクル（原版）のパターンが潜像パターンとして転写され、その後、現像工程を経てレジストパターンに変換されうる。図１において、２本の点線は、レジスト層１に対する露光工程において露光装置のＤＯＦを示している。２本の線で示されるＤＯＦの範囲内に露光装置のベストフォーカス面が位置することが好ましい。

デバイスアプリケーションの一側面において、メモリデバイスの積層化に伴ってプロセスウエハ４のデバイスパターン起因の凹凸（例えば、８０〜１００ｎｍ）が増長される傾向にある。一方、露光装置は、投影光学系の高ＮＡ化に伴ってＤＯＦが狭小化している。ＮＡが０．３３の投影光学系を有するＥＵＶ露光装置では、照明条件によるが、ＤＯＦは１１０ｎｍ〜３００ｎｍである。ＮＡが０．５５となる次の世代においては、照明条件によるが、ＤＯＦは４０ｎｍ〜１６０ｎｍ程度になりうる。これに従うと、ＮＡ＝０．５５世代であってもすべての照明条件でＤＯＦを満足するためには、プロセスウエハ４の表面凹凸は４ｎｍ以下に抑える必要があり、プロセスウエハ表面のみを平坦化しただけでは不十分な場合がある。即ち、プロセスウエハ４、後続工程で用いられるレチクル（透過型または反射型）等の型、および投影光学系の３者間で補正アイテムのトレードオフを行ってＤＯＦ要件を満たすアプローチが必要となる。なお、ここで、後続工程とは、プロセスウエハ４上にパターンを転写する工程である。

本実施形態では、レチクル等を含む後続の工程で用いられる装置起因のパターン投影像の平面からの乖離分（以降、「スキャン像面」という）を事前に計測し、その計測結果に基づいたスキャン像面の形状を予めプロセスウエハ上に形成する。これにより、露光工程におけるフォーカス性能の向上を図る。言い換えると、レチクル等を含む後続工程で用いられる装置のＤＯＦにプロセスウエハ４のレジスト層１が収まるように、後続工程で用いられる装置の像面形状に応じた表面形状を有する焦点補償膜３が形成される。本実施形態では、究極的には、後続の装置の像面形状にレジスト層１の中心が倣うように、焦点補償膜３のポジション毎の膜厚分布が調整される。

ここで、露光装置の像面形状は、例えば、像面湾曲として評価されうる形状である。露光装置等の半導体製造装置の投影レンズによるレチクル像の結像面は、理想的には平面となるように設計・調整されている。しかしながら、レチクルパターン面の設計上の平面からの乖離、レンズ収差の補正残などの要因によって像高（投影像のＸＹ位置座標）によって平面から外れる量が存在し、高次変形成分を含めてこれを像面湾曲と呼んでいる。

ステッパーとして構成された露光装置においては、ショット一内括露光なので、ショット内の結像面の平面からのずれが像面湾曲と同一になる。これは、例えば、テストパターンを露光したショット露光結果において、ベストフォーカス面からのずれを計測することで求めることができる。スキャン露光装置の場合は、ショットサイズよりも小さい露光スリットの結像面の平面からのずれ成分が像面湾曲に相当する。さらにステッパーと同様にテストパターンを露光したショット露光結果のベストフォーカス面からのずれを計測したものを、像面湾曲とは区別してスキャン像面と呼んでいる。しかるにスキャン露光方向に対しては露光スリット短手方向の像面湾曲は平均化され、スキャンステージの位置制御誤差要因が像面湾曲劣化要因に加わる。

図２は、焦点補償膜３を形成するための従来例を示す図である。このような従来例は、後続の露光工程（パターンの転写工程）におけるＤＯＦ確保を行うために露光スリット内における絶対的な平面をターゲット像面と想定し、そこからの起伏成分をならして平らにするするという指標のもとに対策されている。即ち、スキャン像面の想定を曲面とするＤＯＦ改善対策は従来例では行われていなかった。即ち、スキャン像面の想定を曲面とするＤＯＦ改善対策は従来例では行われていなかった。露光スリット内のデフォーカス要因は、以下のようなものがある。（１）露光装置等の装置要因（投影光学系、本体変形、ウエハチャック平面度、フォーカス制御残渣、センサ精度）、（２）レチクル平面度、（３）プロセスウエハ要因（ショット内の設計上のパターン凹凸、ウエハ面内の凹凸むら）等。ＤＯＦのマージンが十分ある場合は、要因毎に絶対平面を目指した従来対策は有効である。一方、ＤＯＦマージンが十分与えられていない場合には、これらのバジェット配分が成立しなくなるため、本実施形態が有効な対策となる。

図３は、第１実施形態に係る膜形成装置５の構成例を示す概略図である。膜形成装置５は、プロセスウエハ４を吸着保持するウエハチャック３０３と、ウエハチャック３０３が搭載されたウエハステージ３０４（基板保持部）と、を備える。ウエハステージ３０４は、膜形成装置５内において、平面方向に移動可能である。

膜形成装置５は、アライメントスコープ３０５を備えうる。アライメントスコープ３０５は、ベース定盤３０２に結合されたブリッジ３０１によって支持されうる。プロセスウエハ４がウエハチャック３０３に搬送され、ウエハチャック３０３によって保持された後、アライメントスコープ３０５を使ってプロセスウエハ４の位置が計測されうる。アライメントスコープ３０５は、ブリッジ３０１を基準にウエハの位置を計測する。アライメントスコープ３０５によって計測されたプロセスウエハ４の位置は、露光位置駆動時のウエハステージ３０４の目標値に反映される。

膜形成装置５は、さらに光源３０７を備えうる。光源３０７から放射される露光光は露光領域内における照度分布を任意のプロファイルに変更可能なＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）モジュール３０６で反射され、さらに折り曲げられてプロセスウエハ４に照射される。プロセスウエハ４は、アライメントスコープ３０５によって計測されたプロセスウエハ４の位置に基づいて、露光時にＤＭＤモジュール３０６で露光プロファイル変更された光束３０８がウエハ上のパターン合うように位置合わせされる。膜形成装置５によって、プロセスウエハ４を露光する場合の光束３０８の露光プロファイルは図４に示される。図４は、膜形成装置５の像面形状の一例を示す等高線図である。なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ａ’線における基板（ここでは、プロセスウエハ４、焦点補償膜３、ＳＯＧ膜２およびレジスト層１を含む構造体）の断面構造の模式図である。

膜形成装置５によって、プロセスウエハ４を露光する場合の光束３０８の露光プロファイルの等高線は、図４（Ａ）に示すような分布を持つ。また、パターン転写工程で用いられる露光装置は、照明系の照明モードやレチクル個体差、およびスキャン露光におけるスキャン方向によっても像面湾曲形状が変わることが知られている。図５は、膜形成装置５の像面形状の他の例を示す等高線図である。こうしたケースにおいてもショットごとにＤＭＤモジュール３０６の露光プロファイルをあらかじめ用意して切り替えて露光に使うことができるので、ハードウエアの変更なしに対応可能である。

図３に戻り、ＤＭＤモジュール３０６は、ＤＭＤ制御部３１０によって制御されうる。ＤＭＤ制御部３１０は、後述の制御部３０９から受け取った露光プロファイルに基づいて、ＤＭＤモジュール３０６を制御する。

膜形成装置５は、さらに制御部３０９を備えうる。制御部３０９は、ＣＰＵやメモリなどを含みうる。ＣＰＵは、例えば、メモリからロードしたコンピュータプログラムに従い、膜形成装置５の全体（膜形成装置５の各部）を制御する。制御部３０９は、例えば、組成物の残膜率特性と、後続工程で用いられるレチクル等を含む型の結像面の湾曲形状およびプロセスウエハ４上に形成された下地膜の表面形状の少なくとも一方とに基づいて、ＤＭＤモジュール３０６の積算光量の分布を制御する。制御部３０９の詳細な構成については後述する。

本実施形態の光束３０８は、ショットごとにプロセスウエハ４に対して照射され、ショット内における露光光積算照度マップ（＝露光プロファイル）はショットごとに変更可能である。露光プロファイルは、焦点補償膜３表面の平坦化、または、後続の露光装置の像面湾曲に合わせた曲面を形成することを目的としてレジストに与える積算露光量を定義したものである。したがって、照度をコントロールする実現可能な手段として、露光光の照度のみならず、露光時間（露光光の照射時間）、複数波長光源を用いる場合はそれぞれの波長感受性に対応した積算露光量の合算値が制御ノブとなりえる。ＤＭＤモジュール３０６の場合は、ＵＶ光源３０７からの照射光を反射している時間と遮光している時間の割合を変化させることによって、積算露光量（＝照度＊照射時間）をピクセルごとにコントロールし、図４に示したような露光プロファイルを実現している。即ち、ＤＭＤモジュール３０６は、プロセスウエハ４上に露光光の積算光量の分布を形成する光変調部でありうる。そして、プロセスウエハ４上の形成される前記積算露光量の分布は、照度、波長、および、照射時間の少なくとも１つを調節することにより制御される。

図３で示した膜形成装置５は、一例として、ショットごとにあらかじめ定めた露光プロファイルをプロセスウエハ４上に照射するステップ・アンド・リピート方式である。即ち、図３で示す膜形成装置５は、プロセスウエハ４上の複数のショット領域について、ショット領域毎に焦点補償膜３を形成する処理を行う。しかし、生産性を向上させるために、膜形成装置５に複数ショットを１回で露光させたり、ウエハ全体を一括で露光する同等な広画角の照明機能をもたせたりすることも可能である。即ち、膜形成装置５は、プロセスウエハ４上の複数のショット領域について一括して焦点補償膜３の形成する処理を行うことも可能である。また、ショットごとの露光プロファイル（ＤＭＤレシピ）が同一ウエハ内で固定したパターンが許容される場合は、通常のステッパーにグレースケールトーンが描画されたレチクルをロードして同様な露光処理を行ってもよい。

なお、実施形態に係る膜形成装置５に用いるレジストは、露光光に対して感度を有する現像型レジストであれば、ポジ型であってもネガ型であっても良い。

図６は、第１実施形態に係る焦点補償膜形成プロセスを説明する図である。図６（Ａ）〜（Ｆ）は、時系列順にプロセスウエハ上の１ショットに着目した焦点補償膜形成の順序を示している。図６（Ａ）は、凹凸パターンが形成されたプロセスウエハの下地（下地膜）４０１である。図６（Ｂ）の工程でＳＯＣをスピンコートし、ＳＯＣ層４０２を形成する。このＳＯＣ層４０２は、プロセスウエハの凹凸周期の短い成分を平滑化することを狙ったものである。ＳＯＣによる平坦化は、凹凸周期の長い成分は不得意である(例えば凹部４０４)。ＳＯＣによる平坦化では、ＸＹ方向の幅５μｍを超える凹部は図６（Ｂ）のＳＯＣ層４０２の断面図に示すようにウエハパターンの周期の低い凹凸形状にＳＯＣ層４０２の表面形状が倣ってしまうことにより、表面形状の平坦性が十分補償できない問題がある。そこで、図６（Ｃ）に示す工程においてレジスト４０３をスピンコーターや真空蒸着などの手段を用いて塗布する。なお、ＳＯＣ層４０２は、最終的に求められるレジスト層１の表面プロファイルの要求精度によっては必ずしも必須なものではない。

図７は、焦点補償膜形成に用いるレジスト４０３の残膜率曲線の一例を示す図である。本実施形態では、一例として、化学増幅型レジストと溶解阻害型レジストを用いる。レジストの残膜率が露光量で制御できるという特性を利用すれば、ウエハ（ショット）内の各位置において露光量を制御することで、ウエハ上に残す現像後のレジスト膜厚を任意の位置で所望の厚みにコントロールすることができる。レジストの残膜率曲線がなだらかなである程、現像後の膜厚を制御しやすい。即ち、化学増幅型レジストよりも溶解阻害型レジストを用いることが好ましい。

図６の説明に戻り、図６（Ｄ）に示す工程では、レジスト４０３を塗布したプロセスウエハの各ショットに対して、所定の露光プロファイルを形成した露光光を照射する。所定の露光プロファイルの形成は、概ね均一な照度むらを持った光源３０７の露光光を反射・制御するＤＭＤ３０６に対して、現像後の残膜量が所望の厚み分布になるような積算露光量プロファイルを与えることによって実現される。本実施形態において、露光プロファイルは２次元である。

本実施形態では、図６（Ｄ）に示す工程において、表面を平坦化しようとした場合はレジストが塗布されたｉ）およびｉｖ）の部分は現像による残膜率を低く、ｉｉ）はそれよりも厚く、ｉｉｉ）はｉｉ）よりもさらに厚く残す必要がある。そのためには図７に示す例のような、レジスト４０３の積算露光量と残膜率特性に基づいて、ＳＯＣ層４０２の表面凹凸を埋める厚み分布となるように、ショット内における局所ごとの最適な積算露光量を求めておく。ＳＯＣ層４０２の表面凹凸は、例えば、あらかじめ計測または計算して用意しておく。

指定された露光プロファイル４１０で露光されたウエハは、図６（Ｅ）に示すように、現像されると、レジスト表面に積算露光量分布に基づいた表面プロファイルが現れる。本実施形態では平面となる。さらにこれを図６（Ｆ）に示すようにエッチバックすることで膜厚を所望の厚さに調整できる。かくして、プロセスウエハの下地４０１の表面段差の起伏ピッチが細かい成分(例えば、５μｍ未満)は、ＳＯＣで平坦化される。そのうえで残った緩やかな起伏ピッチの残差は、図６（Ｄ）に示す工程によって任意の膜厚分布の焦点補償膜３が形成されることで最終的に平坦化される。即ち、プロセスウエハ４上に平坦化膜が形成される。

図８は、制御部３０９のソフトウェア構成の一例を示す概略図である。制御部３０９は、トポグラフ計算部１１０４と、プロファイル計算部１１０５とを含みうる。制御部３０９は、外部計測器及び後続の工程で用いられる装置における自己計測値の少なくとも一方に基づいて、露光プロファイル、即ちＤＭＤレシピ１１０６を生成する。プロセスウエハ４の凹凸情報は、本実施形態ではプロセスウエハ４に対してＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を使ってウエハ内複数ショット計測した計測情報を用いるものと想定している。ＡＭＦで計測したプロセスウエハ４の凹凸情報は、ショット間で共通なパターン起因成分と、エッチング深さのウエハ面内ばらつき等によって発生するショット間で異なる成分に分かれる。前者はプロセスウエハのショット地形情報１１０２、後者はウエハ面のエッチング深さの分布情報１１０１としてトポグラフ計算部１１０４に与えられる。一方、次工程で用いる露光装置のスキャン像面は、例えば露光装置ごと、レチクルごと、照明モードごと、スキャン方向ごとに異なるものとして与えられる（１１０３）。これらの変動要因に対して共通の枠組みとして使うならば、トポグラフ計算部１１０４の入力はショットごとに変更できるスキャン像面として扱えることが望ましい。トポグラフ計算部１１０４において、計算処理をおこなうと、ショットごとの焦点補償膜３の厚みマップが得られる。その値とレジスト４０３の積算露光量と残膜率特性、および制御対象となるＤＭＤモジュール３０６の入力インターフェース及び制御性能に基づいて、プロファイル計算部１１０５がショット内積算露光量プロファイルの計算を行う。これにより、ショットごとに定義されたＤＭＤレシピ１１０６を出力される。

図９は、第１実施形態に係る露光プロファイルを作成する処理のフローチャートである。このフローチャートで示す各動作（ステップ）は、制御部３０９よって実行されうる。本実施形態では、制御部３０９は、組成物の残膜率特性と、プロセスウエハ４の凹凸情報、即ち、プロセスウエハのショット地形情報１１０２およびウエハ面のエッチング深さの分布情報１１０１に基づいて、ＤＭＤモジュール３０６の積算光量の分布を制御する。

Ｓ１００１では、例えば、外部機器によってパターン起因の地形図情報を事前計測し、制御部３０９はこれを取得する（Ｓ１００３）。ウエハ表面の凹凸は、ショット単位で繰り返す回路パターン起因の段差と、ショット内同一ポジションでショットの位置がウエハ中心付近とウエハエッジ付近で異なるエッチング起因の段差が知られている。表面段差の情報を求めるには、例えば、下地レイヤーのマスクパターンとエッチングプロセスパラメータに基づいて計算で求める方法と、ＡＦＭや断面ＳＥＭの画像からプロセスウエハを直接計測する方法が挙げられる。ここで得られたプロセスウエハ表面の凹凸情報に基づいて、制御部３０９はこれを平坦化するための凹凸補正情報（補正量）を計算する（Ｓ１００２）。この計算工程において、０次、１次成分等の除去をおこなう。

Ｓ１００３では、制御部３０９は、Ｓ１００２で得られた凹凸補正量に基づいて、焦点補償膜の形状の目標値を計算する。その後、Ｓ１００４では、制御部３０９は、図７に例示したレジスト４０３の積算露光量と残膜率特性に基づいて必要とされるＤＭＤ照明系の露光プロファイルを計算する。そして、制御部３０９は、計算した露光プロファイルをＤＭＤ制御部３１０に渡し、Ｓ１００７で露光処理が行われる。その後、Ｓ１００８において現像処理が行われ、処理が終了する。

本実施形態によれば、基板上における周期の長い凹凸についても平坦化することが可能となり、露光装置のＤＯＦに基板の露光領域を収める点で有利となる。

なお、本実施形態において、後続工程、即ち、プロセスウエハ４上にパターンを形成する工程で用いられる装置は、膜形成装置５とは異なる装置であることを想定しているが同一の膜形成装置５によって、後続工程を実施してもよい。また、パターン起因成分など、ショット間で共通なプロセスウエハ４表面の凹凸を平坦化する場合には、光変調部としてプロセスウエハ４の表面形状に応じたマスクを用いることも可能である。また、ＤＭＤモジュール３０６と上述のマスクを併用してもよい。さらに、制御部３０９とＤＭＤ制御部３１０は、別体である必要はなく、ひとつの制御部であっても良い。

また、膜形成装置５は、形成された焦点補償膜３の表面形状および厚みの少なくとも一方を計測する計測部を備えていてもよい。この場合、例えば、制御部３０９は計測部による計測結果に基づいて、露光プロファイルや、焦点補償膜３のレジストの膜厚にフィードバックをする。このような構成とすることで、プロセスウエハ４の表面の平坦化制度を向上することが可能となり、露光装置のＤＯＦに基板の露光領域を収める点でさらに有利となる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態では、制御部３０９は、組成物の残膜率特性と、転写で用いられるレクチル等の結像面の湾曲形状に基づいて、ＤＭＤモジュール３０６の積算光量の分布を制御する。第２実施形態では、第１実施形態と異なる点について、主に説明をする。

図１０は、第２実施形態に係る焦点補償膜形成プロセスを説明する図である。図１０（Ａ）〜（Ｅ）は、時系列順にプロセスウエハ上の１ショットに着目した焦点補償膜形成の順序を示している。

第２実施形態は、プロセスウエハの平坦化ではなく、プロセスウエハの表面に後続の工程で用いる露光装置のスキャン像面にならった曲面を形成することを目的としたプロセスである。プロセスウエハに焦点補償膜を形成したあとは、図１において説明したレジスト層１を塗布し、露光装置によるパターン転写を行う。

図１０（Ａ）の工程は、レジストを塗布する前のプロセスウエハ５０１の状態であり、表面状態は例えばウエハエッチングを行う前、または、図６に示したプロセスによって表面が平坦化された状態を想定している。図１０（Ｂ）の工程では、平坦化されたプロセスウエハ５０１上にレジスト４０３を塗布する。図１０（Ｃ）に示す工程では、塗布されたレジスト４０３に対してあらかじめ用意した露光プロファイルに基づいた露光光を照射する。露光プロファイル５１０である積算露光量マップは、後続の露光装置におけるパターンの転写工程で用いるスキャン像面湾曲と、レジストの露光量と残膜率の特性(図７に示す)と、に基づいて計算され、ＤＭＤ制御部３１０に渡される。露光プロファイルは、ショット内局所ごとの積算露光量目標値を定義した目標値データ群である。本実施形態に示したレジスト４０３は、一例として、露光エネルギーを与えたところの残膜率は少なく、露光しない部分の残膜率が多くなる関係にあるものを用いる。よって、ＤＭＤモジュール３０６に与えられる露光プロファイル５１０は、得たいウエハ表面の起伏プロファイルの逆相の目標値となる。

図１０（Ｄ）に示す工程では、上記露光済みのウエハの現像を行い、図１０（Ｅ）に示す工程では最薄部のレジストの膜厚が所望の高さになるまでエッチバックする。上記説明したように、図１０（Ａ）のプロセスウエハ５０１の表面状態は本第２実施形態を適用するにあたって平坦化されていることが前提となっている。パターニングされたウエハを平坦化する方法は、上述の第１実施形態に開示した方法を用いてもよい。また、平坦化基準となるガラス平板のスーパーストレートと呼ばれる型を、レジストを塗布したウエハに押し当ててレジストのリフローを起こさせる。そして、レジストがガラス基板の表面に倣った状態に達した時点でＵＶ光を照射してレジスト硬化させ、スーパーストレートを離型する方法を用いても良い。さらにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ＳＯＣなどの技術を用いても良い。即ち、パターン形成されたプロセスウエハの処理として、（１）平坦化（２）次工程のスキャン像面に合わせた起伏形成の順番に適用することで、本来の目的である狭ＤＯＦシステムに対するフォーカスマージンの確保が実現できる。

図１１は、第２実施形態に係る露光プロファイルを作成する処理のフローチャートである。このフローチャートで示す各動作（ステップ）は、制御部３０９よって実行されうる。図９に示すステップと同様のステップについては同一のステップ番号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態の処理を適用するためには、次工程で用いる露光装置及びレチクルをあらかじめ特定しておくことが必要である。

Ｓ２００１では、制御部３０９は、特定した、即ち後続の工程で用いられる露光装置とレチクルの組み合わせによるベストフォーカス面を求める。

Ｓ２００２では、制御部３０９は、平面と仮定したウエハ表面がスキャン像面に倣うための補正量を計算する。具体的には、制御部３０９は、Ｓ２００１で求めたベストフォーカス面からサーボ追従で補正される０次、１次成分、後続の露光装置におけるスキャン方向に関する低次非平面成分（例えば２次まで）を差し引きスキャン像面とする。Ｓ１００３〜Ｓ１００６については、図９と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態によれば、後続工程で用いられる装置の像面形状に応じた表面形状を有する焦点補償膜を形成することができ、露光装置のＤＯＦに基板の露光領域を収めることが可能となる。

〔第３実施形態〕
第３実施形態は、プロセスウエハの平坦化ではなく、プロセスウエハの表面にパターンを基板上に転写する後続の工程で用いる露光装置のスキャン像面にならった曲面を形成することを目的としたプロセスである。プロセスウエハに焦点補償膜形成を形成したあとは、図１において説明したレジスト層１を塗布し、露光装置によるパターン転写を行う。

図１２は、第３実施形態に係る焦点補償膜形成プロセスを説明する図である。図１２（Ａ）〜（Ｆ）は、時系列順にプロセスウエハ上の１ショットに着目した焦点補償膜形成の順序を示している。

図１２（Ａ）は、凹凸パターンが形成されているプロセスウエハの下地４０１を示す図である。図１２（Ｂ）の工程でＳＯＣをスピンコートしてＳＯＣ層４０２を形成する。このＳＯＣ層４０２は、第１実施形態の図６に示すものと同じであって、プロセスウエハ４の凹凸周期の短い成分を平滑化することを狙ったものである。このＳＯＣ層４０２は、プロセスウエハの凹凸周期の短い成分を平滑化することを狙ったものであるが、図６と同様、最終的に求められるレジスト層１の表面プロファイルの要求精度によっては必ずしも必須なものではない。図１２（Ｃ）に示す工程において、レジスト４０３も図６で説明したものと同じであり、スピンコーターや真空蒸着などの手段を用いて塗布する。

図１２（Ｄ）に示す工程では、レジストを塗布したプロセスウエハの各ショットに対して、所定の露光プロファイルを形成した露光光を照射する。所定の露光プロファイルの形成は概ね均一な照度むらを持った光源３０７の露光光を反射・制御するＤＭＤモジュール３０６に対して、現像後の残膜量が所望の厚み分布になるような積算露光量プロファイルを与えることによって実現される。本実施形態において、露光プロファイルは２次元である。第１実施形態の図６と、第３実施形態では、露光プロファイルが異なる。第３実施形態の露光プロファイル６１０は、ＳＯＣ層４０２の表面に残った周期の長い凹凸を補正するための露光プロファイル４１０と、後続の工程で用いる露光装置のスキャン像面に合わせた起伏を作成するための露光プロファイル５１０の合算値になっている。図１２（Ｅ）に示す工程では、上記露光済みのウエハの現像を行い、図１２（Ｆ）に示す工程では最薄部のレジスト膜厚が所望の高さになるまでエッチバックする。

図１３は、第３実施形態に係る露光プロファイルを作成する処理のフローチャートである。このフローチャートで示す各動作（ステップ）は、制御部３０９よって実行されうる。図９および図１１に示すステップと同様のステップについては同一のステップ番号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態の処理を適用するためには、次工程で用いる露光装置及びレチクルをあらかじめ特定しておくことが必要である。

本実施形態においてのフローでは、Ｓ１００１〜１００２と、２００１〜Ｓ２００２の両方の工程が行われる。なお、Ｓ１００１〜１００２と、Ｓ２００１〜Ｓ２００２とは、並行して行われて良い。詳細な説明については図９および図１１と同様であるため省略する。Ｓ１００３〜Ｓ１００６についても、図９と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態によれば、第１実施形態の図６に示したプロセスウエハの平坦化と、第２実施形態に示した後続の工程で用いる露光装置のスキャン像面に合わせた起伏を作成する工程を一度の焦点補償膜の形成プロセスで対応できる。

以上、述べたように上述の実施形態は、ＡｒＦ液浸露光装置、ＥＵＶ露光装置のようなＤＯＦの狭いリソグラフィ装置における露光処理にさきがけて行うものである。上述の実施形態は、露光対象となるプロセスウエハのプロセス起因の表面段差を平坦化し、それに加えて上記のリソグラフィ装置の再現性のあるスキャン像面成分を補償する曲面形状の薄膜(焦点補償膜)をあらかじめ形成する。そして、その上にフォトレジスト層を形成することによって、リソグラフィ装置側のデフォーカス要因をフィードフォワード補正するものである。特に焦点補償膜の形成にあたっては、吸収した露光エネルギーに対して比例的に変化する区間がＳＯＣよりも長いレジストを使う。そして、同レジストを露光する積算露光量を局所ごとに変更し、任意の膜厚を形成することによって上記フィードフォワードすべきウエハ表面形状を形成するものである。

〔物品の製造方法の実施形態〕
以下、本発明の一実施形態に係る物品製造方法を説明する。該物品製造方法は、上記の膜形成装置または膜形成方法によって基板の上に膜を形成する工程と、基板の上の前記膜の上にフォトレジスト膜を配置する工程とを含みうる。該フォトレジスト膜は、例えば、スピンコーター等の塗布装置を使って該膜の上に配置されうる。また、該物品製造方法は、前記フォトレジスト膜を露光および現像プロセスによってパターニングしてフォトレジストパターンを形成する工程と、該フォトレジストパターンを使って基板を処理する工程とを含みうる。該フォトレジスト膜の露光は、露光装置、好ましくは走査露光装置を用いてなされうる。該物品製造方法では、以上の工程を経た基板Ｓから物品が製造される。

〔その他の実施形態〕
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

また、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

４ プロセスウエハ
５ 膜形成装置
３０６ ＤＭＤモジュール
３０９ 制御部
３１０ ＤＭＤ制御部

Claims (14)

1. 基板上の組成物に光を照射して前記基板上に前記組成物の膜を形成する膜形成装置であって、
   前記基板上に前記光の積算光量の分布を形成する光変調部と、
   前記光変調部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記組成物の残膜率特性と、後続工程で用いられる原版の結像面の湾曲形状および前記基板上に形成された下地膜の表面形状の少なくとも一方とに基づいて、前記光変調部の積算光量の分布を制御することを特徴とする膜形成装置。
2. 前記後続工程は、露光装置によって、前記原版のパターンを前記基板に転写する工程であることを特徴とする請求項１に記載の膜形成装置。
3. 前記制御部は、前記結像面の湾曲形状に基づいて、前記基板上に前記結像面の湾曲形状に応じた膜を形成するように、前記積算光量の分布を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の膜形成装置。
4. 前記結像面の湾曲形状に応じた膜は、平坦化膜の上に形成されることを特徴とする請求項３に記載の膜形成装置。
5. 前記制御部は、前記基板上に形成された前記下地膜の表面形状に基づいて、前記基板上に平坦化膜を形成するように、前記積算光量の分布を制御することを特徴とする請求項１に記載の膜形成装置。
6. 前記制御部は、少なくとも前記光の照度、波長、および、照射時間の少なくとも1つを用いて前記積算光量を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の膜形成装置。
7. 前記基板の複数のショット領域について一括してまたは前記ショット領域毎に前記膜を形成する処理を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の膜形成装置。
8. 前記基板上に形成された前記組成物の膜の表面形状および厚みの少なくとも一方を計測する計測部を備え、
   前記制御部は、前記計測部による計測結果に基づいて、前記積算光量を補正することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の膜形成装置。
9. 前記制御部は、前記基板上に形成された前記下地膜の表面の凹凸の深さに基づいて前記積算光量を制御する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の膜形成装置。
10. 前記組成物は、溶解阻害型レジストを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜形成装置。
11. 前記組成物のパターンが形成された前記基板を保持して移動する基板保持部を備え、
    前記制御部は、前記パターンの形状と、前記基板上に形成する前記積算光量の分布と、に基づいて前記基板保持部を制御することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の膜形成装置。
12. 前記光変調部は、デジタルミラーデバイス、および、前記積算光量の分布を形成するためのマスクのいずれか一方を含む請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の膜形成装置。
13. 基板上の組成物に光を照射して前記基板上に前記組成物の膜を形成する膜形成方法であって、
    前記基板上に前記光の積算光量の分布を形成する工程を含み、
    前記積算光量の分布は、前記組成物の残膜率特性と、後続工程で用いられる原版の結像面の湾曲形状および前記基板上に形成された下地膜の表面形状の少なくとも一方に基づいて、決定されることを特徴とする膜形成方法。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の膜形成装置によって基板の上に組成物の膜を形成する工程と、
    前記膜の上にフォトレジスト膜を配置する工程と、
    前記フォトレジスト膜を露光および現像プロセスによってパターニングしてフォトレジストパターンを形成する工程と、
    前記フォトレジストパターンを使って前記基板を処理する工程と、を含み、前記基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。

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