JP3776008B2

JP3776008B2 - 露光条件出し方法

Info

Publication number: JP3776008B2
Application number: JP2001197350A
Authority: JP
Inventors: 和生坂本; 秀明柏木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP2002093697A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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において、露光条件出しを行うための露光条件出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、半導体ウエハ（ウエハ）の表面にレジスト膜を形成した後、レジスト膜に所定のパターンで露光し、そして、露光されたウエハを現像処理することにより、ウエハ上に所定のパターンが形成される。
【０００３】
この露光処理を行うに先立って、通常、露光量とフォーカス値を最適な値に定める露光条件出しという作業が行われる。これは、露光装置のコンディション、例えば、光源強度や安定性、光路長等が微小に変化しており、そのために露光装置の操作パネル上での設定値を一定としても、その結果として必ずしもウエハ上にいつも同じ形状精度を有する現像パターンが得られるとは限らないためである。従って、この露光条件出しは、所定のパターンを製品に形成するために必要不可欠な作業であり、例えば、１週間や１日といった間隔で定期的に行われる。
【０００４】
一般的な露光条件出しは、例えば、以下の工程に従って行われる。つまり、最初に、レジスト膜が形成された１枚のウエハに、所定のパターンが形成されているマスク（レチクル）を用いて、列方向で露光量を変え、行方向でフォーカス値を変える等してマスクのパターンで露光する。次に、露光処理されたウエハをベーク処理し、さらに現像処理を施して、得られた現像パターンを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等により観察する。そして、この観察結果から最も良好な現像パターンを与える露光条件を決定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マスクまたはウエハ上の微細パターンの線幅測定等を測長ＳＥＭを用いて行う露光条件出しにおいては、測定者の測長ＳＥＭの操作への習熟が必要であり、また、測定者によって測定値の判断に要する時間が異なる。このため、最適露光条件の決定に長時間を要し、生産効率を高めることが困難である。また、測定者によって最適露光条件の選択判断が異なり露光条件が逐次変更される等によっても、生産効率の向上が妨げられている。
【０００６】
さらに、近年、露光処理の複雑化によって露光条件出しの工数が増大して、露光条件出しが長時間化していることから、露光条件出し時間を短縮することが望まれている。さらにまた、露光装置の故障やコンディションの変化を迅速に発見して製品の品質を高く保つことおよび歩留まり向上を図るために、フォトリソグラフィー工程において得られる現像パターンが、所定の形状精度を有しているかどうかをリアルタイムに確認することが望まれている。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、露光条件出しの自動化により工数を削減して生産効率を高めることを可能とし、また、製品の品質を保つことを可能ならしめる露光条件出し方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、フォトリソグラフィー工程における露光条件出し方法であって、所定パターンが形成されたマスクを用いて前記所定パターンで基板の異なる複数の位置を異なる露光量とフォーカス値で露光する第１準備工程と、前記基板を現像して基準現像パターンを形成する第２準備工程と、前記基準現像パターンをＳＥＭ観察して前記基準現像パターンの形状情報を得る第３準備工程と、前記基準現像パターンの所定範囲に一定強さの光を照射してその反射光強度を測定する第４準備工程と、前記形状情報と前記第４準備工程で得られた反射光強度とを関連付けした基準データを作成する第５準備工程と、を有する準備工程と、前記第１準備工程と前記第２準備工程と同様の工程にしたがって基板に所定の現像パターンを形成する第１工程と、前記現像パターンの所定範囲に一定強さの光を照射してその反射光強度を測定する第２工程と、前記第２工程で得られた反射光強度を前記基準データと照合することによって前記第１工程における露光量とフォーカス値の組合せの中から最適露光量と最適フォーカス値を決定する第３工程と、を有する主工程と、からなり、前記所定パターンは、線状および／または柱状および／または穴状の透過部分と遮光部分との一定幅内における幅比率が異なる複数の領域を有し、前記第３準備工程においては、前記透過部分に基づく露光部分と前記遮光部分に基づく非露光部分との解像が前記ＳＥＭ観察によって可能と判断される露光領域に対応する前記所定パターンにおける前記透過部分の幅比率の上下限値の組合せを露光条件ごとに１組の幅比率として記録し、前記第４準備工程においては、前記露光部分と前記非露光部分との解像が不可能と判断される露光領域の反射光強度の上下限値を各露光条件について記録し、前記第５準備工程においては、露光条件ごとに前記反射光強度の上下限値間の範囲の反射光強度を有する露光領域が前記１組の幅比率の上下限値を与える露光領域と一致するように前記反射光強度の上下限値と前記１組の幅比率の上下限値とを組み合わせることを特徴とする露光条件出し方法、が提供される。
【００１８】
このような本発明によれば、従来はＳＥＭ観察結果から人間の判断により行われていた露光条件出しを、反射光強度を用いて自動で行うことが可能となるため、工数を削減して生産効率を向上させることが可能となる。また、例えば、従来の１日〜１週間に１回といった露光条件出しに加えて、数時間間隔といった所定のタイミングで露光条件のチェックを行うことが容易となり、製品の品質を高く保持することが可能となる。さらに、露光条件出しにおいて得られる反射光強度が予め測定された基準データからかけ離れているときには、一連の処理を行うレジスト塗布・現像処理システムの故障、または露光条件出しを行う露光条件出し装置に故障が生じていることが示唆されるため、反射光強度に基づいてこれら各種装置の故障を早期に発見して対処することが可能となる。
【００１９】
露光条件出しを行う露光条件出し装置は、レジスト塗布や現像処理を行う処理部と同一の箱体内に配置したり、レジスト膜が形成された基板に露光処理を行う露光装置内に配置することができる。こうしてレジスト塗布処理等と並行してリアルタイムでの現像パターンの形成状態の監視を行うことが可能となるため、製品の品質を高く保つことができる。検出される反射光強度と基準データとの差が大きい場合等に警報を発する構成としておけば、いち早く装置の故障を発見することが可能となり、無駄に処理する基板の数が低減される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、半導体ウエハ（ウエハ）のフォトリソグラフィー工程を例として図面を参照しながら説明することとする。図１は、本発明に係る露光条件出し装置を用いた露光条件出しの工程を示すフローチャートである。本発明の露光条件出し方法は、準備工程（図１左欄）と、実際の製品に露光処理を施す前に露光装置のコンディションを確認して最適な現像パターンを与える露光条件を決定する主工程（図１右欄）と、から構成されている。
【００２１】
最初に準備工程から説明する。露光条件出しを行うにあたって、先ずレジスト膜が形成されたウエハを準備する。ウエハにレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）等を必要に応じて施した後に、ウエハにレジスト液を塗布し、ウエハ表面にレジスト膜を形成する（ステップ１）。このレジスト膜の形成は、例えば、スピンチャックにウエハを吸着固定してスピンチャックを所定の回転数で回転させながらウエハの中心部にレジスト液を供給し、遠心力によってレジスト液をウエハの周縁に向けて拡げる方法を用いて行われる。ウエハの裏面や周縁部に付着したレジストを除去した後に、ウエハは加熱処理され、次いで冷却されて、レジスト膜の定着が行われる。
【００２２】
レジスト膜が形成されたウエハを用いて最適露光条件を決定するためのテスト露光を行う（ステップ２）。このテスト露光は、露光装置（ステッパー）を用いて、マスク（レチクル）に形成された所定のテストパターンでウエハの異なる位置に異なるフォーカス値と露光量で逐次露光していくことで行われる。例えば、図２に示すように、１１列×１１行の格子状マトリックス９５を設定して、列方向でフォーカス値（Ｙ１〜Ｙ１１）を変え、行方向では露光量（Ｘ１〜Ｘ１１）を変えて、格子状マトリックス９５の各セグメント９０に異なる露光条件によって、図３に示すテストパターン６０を転写する。
【００２３】
図３に示すテストパターン６０は、パターンＡ〜Ｇという異なるパターン（領域）を有しており、パターンＡ〜Ｇは、一定幅Ｎ内において、線状の遮光部分６１の幅比率をＰとし、透過部分６５の幅比率をＱ（ＰとＱの和は１００）としたときに、図３に示すように、その比率をＰ：Ｑ＝９５：５〜５：９５の範囲で７段階に変えたものである。例えば、一定幅Ｎは０．５μｍとすることができる。遮光部分６１の幅比率Ｐと透過部分６５の幅比率Ｑとの比率は、図３に示した値に限られず、任意の比率で複数段階に形成することができる。各幅比率Ｐ・Ｑの分割段階を多くしてより多くのサブパターンを設けることで、より正確で精密な露光条件出しを行うことができる。
【００２４】
なお、ステップ２のテスト露光で用いられるテストパターンは、図３に示した線状パターンに限定されるものではない。図３に示したテストパターン６０におけるパターンＡ〜Ｇにはそれぞれ縦方向にのみ線状の透過部分６５が形成されているが、図４（ａ）に示す柱状パターン６０ａのように、パターンＡａ〜Ｇａのそれぞれに四角形状の複数の遮光部分６１ａがマトリックス状に形成され、これら遮光部分６１ａの間に透過部分６５ａが形成されたパターンを用いることもできる。また、図４（ｂ）に示す穴状パターン６０ｂのように、遮光部分６１ｂ中に所定形状の透過部分６５ｂが所定位置に配置され、かつ、透過部分６５ｂの占有面積が変化するように形成されたパターン等を用いることもできる。
【００２５】
次に、テストパターン６０を用いてテスト露光が終了したウエハの現像処理を行う（ステップ３）。現像処理は、例えば、スピンチャックにウエハを吸着固定して、ウエハ上に現像液を液盛りし、所定時間経過後にウエハ上の現像液をウエハを回転させることによって振り切り、さらにリンス液でウエハ上の現像液の残渣を洗い流す方法を用いて行われる。
【００２６】
現像処理が終了したウエハを乾燥した後、得られた現像パターンの形状観察を、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や測長ＳＥＭを用いて観察し、最適な露光条件を決定する（ステップ４）。このＳＥＭ観察では、パターンＡ〜Ｇに形成された透過部分６５を透過した光によって露光された部分（露光部分）と、遮光部分６１により露光する光が遮られて露光されなかった部分（非露光部分）との解像（識別）が可能な範囲が広く、しかも、現像パターンの形状がテストパターン６０に近くなるように、精度よく現像パターンが形成されている露光条件を探索する。
【００２７】
ここで、ウエハ上に実際に形成された現像パターンは、必ずしもマスクに形成されたパターン６０と一致するものではない。このことについて、レジストとしてポジ型レジストが用いられていた場合を例として以下に詳しく説明する。
【００２８】
図５はテストパターンの透過部分および遮光部分と得られる反射光強度の信号レベルとの関係およびその際のテストパターンに対応する現像パターンを示す説明図であり、図６は露光量が適切な値である場合にフォーカス値の変化によって得られる現像パターンがどのように変化するかを示した説明図であり、図７はフォーカス値が適切な値である場合に露光量の変化によって得られる現像パターンがどのように変化するかを示した説明図である。
【００２９】
ポジ型レジストの場合には、露光する光が照射された部分は現像により溶解することから、図５に示すように、光が照射された部分ではウエハＷの表面が露出して凹部６６が形成される。一方、露光する光が照射されなかった部分はレジストが残留するために凸部６２となる。従って、テストパターン６０中のあるパターンがそのまま転写された場合には、遮光部分６１が凸部６２に一致し、透過部分６５が凹部６６と一致する。
【００３０】
しかしながら、フォーカス値および露光量が適切であっても、露光する光の波長やマスクに形成されたパターンの実際の幅（長さ）等に依存して、図６または図７に示すように、必ずしもパターンＡ〜Ｇに基づく全ての露光領域Ａ１〜Ｇ１にパターンＡ〜Ｇ通りの現像パターンが形成されるわけではない。つまり、図６・図７のセグメント９０ｂに示されるように、適正フォーカス値・適正露光量であっても、パターンＡ・Ｂでは、透過部分６５の実寸幅が狭いために露光する光がマスクを透過することができずに、パターンＡ・Ｂによる露光領域Ａ１・Ｂ１には凹部６６が形成されずに全体がレジスト膜からなる凸部６２が形成されることとなる。また、透過部分６５を透過できる光量が少ないために現像処理により溶解するほどにレジストを感光することができない場合にも、同様にパターンＡ・Ｂによる露光領域Ａ１・Ｂ１には凹部６６は形成されない。
【００３１】
一方、透過部分６５の線幅が広いパターンＧでは、マスクを透過する光量が多くなるために、パターンＧによる露光領域Ｇ１全体でレジストが感光してしまい、ウエハの表面が全面に露出した状態（凸部６２が形成されない状態）となる。また、透過部分６５を透過した光が拡散する等することによっても、パターンＧによる露光領域Ｇ１全体でウエハの表面が全面に露出した状態となる。こうして実際にテストパターン６０を用いた場合に、露光部分と非露光部分の解像が可能であった露光領域は、フォーカス値と露光量の両方が適切であっても、例えば、パターンＣ〜Ｆに基づく露光領域Ｃ１〜Ｆ１という結果が得られることとなる。
【００３２】
図６のセグメント９０ｄ・９０ｅは、それぞれアンダーフォーカス値の場合とオーバーフォーカス値の場合に得られる現像パターンを示している。いずれの場合においても、露光量は適切であるがフォーカス値が適切でないために、パターンＡ〜Ｇを透過する光が拡散等して、パターンＡ〜Ｇの転写するときの形状精度が低下している状態を示している。具体的には、図６のセグメント９０ｄ・９０ｅは、露光領域Ａ１・Ｂ１のみならず露光領域Ｃ１にも凹部６６が形成されなくなり、一方、露光領域Ｆ１には凸部６２が形成されなくなった状態を示している。こうして、結果的に露光領域Ｄ１・Ｅ１のみで解像が可能となり、解像が可能な範囲が適切な露光条件によるセグメント９０ｂの場合よりも狭くなっている。
【００３３】
これに対して、図７のセグメント９０ａに示されるように、フォーカス値が適切な値であっても露光量が少ない場合（アンダー露光量）には、解像が可能なパターンは透過部分６５の実寸幅が広い方へシフトする。例えば、パターンＤ〜Ｆに基づく露光領域Ｄ１〜Ｆ１で解像可能な範囲となる。一方、セグメント９０ｃに示されるように、露光量が多い場合（オーバー露光）には、解像が可能なパターンは透過部分６５の実寸幅が狭い方へシフトするので、例えば、パターンＢ〜Ｅに基づく露光領域Ｂ１〜Ｅ１が解像可能な範囲となる。
【００３４】
このようにフォーカス値が適切に設定されている場合には、解像が可能な範囲が透過部分６５の幅が狭い方向または広い方向へシフトすることとなるが、露光量が異なると、パターンＡ〜Ｇにおける透過部分６５の実寸幅と得られた現像パターンにおける凹部６６の実寸幅との値に差が生ずる。
【００３５】
例えば、パターンＤに基づく露光領域Ｄ１で見てみると、パターンＤにおける幅比率Ｐ・Ｑの比率は、Ｐ：Ｑ＝５０：５０であるから、セグメント９０ｂに示されるように、露光領域Ｄ１には同等幅の凸部６２と凹部６６が形成されていることが好ましい。
【００３６】
しかしながら、アンダー露光量（セグメント９０ａ）の場合には凹部６６の幅が凸部６２の幅よりも狭まり、一方、オーバー露光量（セグメント９０ｃ）の場合には凹部６６の幅が凸部６２の幅よりも広がり、所望する現像パターンが得られなくなる。
【００３７】
以上のことから、ステップ４のＳＥＭ観察においては、このようなフォーカス値と露光量の組合せが、現像パターンの形状へ及ぼす影響を考慮し、また、テストパターン６０における各パターンＡ〜Ｇの設定寸法を考慮して、最適な露光条件を決定する。例えば、図６・図７の例では、解像範囲が広く、しかもパターンＤに基づく露光領域Ｄ１に形成された凸部６２と凹部６６の幅が同等であるセグメント９０ｂの状態が得られるフォーカス値と露光量を最適フォーカス値と最適露光量、つまり最適露光条件として決定する。
【００３８】
図６および図７に従い、以下、ＳＥＭ観察による最適露光条件は、テストパターン６０を用いた場合には、セグメント９０ｂの現像パターンが得られる露光条件とする。また、露光部分と非露光部分との解像が可能である露光領域Ｃ１〜Ｆ１を形成するパターンＣ〜Ｆにおける透過部分６５の幅比率Ｑの最小値と最大値の組合せを１組の最適幅比率Ｃｂと定義する。なお、この１組の最適幅比率および後述する１組の幅比率は、遮光部分６１の幅比率Ｐを用いて決定することも可能である。セグメント９０ｂでは、パターンＣの幅比率Ｑの値である３０が最小値となり、パターンＦの幅比率Ｑの値である８０が最大値となるので、１組の最適幅比率Ｃｂを、「Ｃｂ（３０・８０）」と表すこととする。
【００３９】
上述したステップ４のＳＥＭ観察による露光条件出し方法は、従来の露光条件出し方法と同じであり、本発明においても準備工程の中の１工程として行う必要がある。
【００４０】
しかしながら、本発明の露光条件出し方法では、例えば、次回の露光条件出しを行う際には、この作業を必要としないものとするために、この準備工程において、ＳＥＭ観察に加えて、少なくとも最適露光条件により得られた現像パターンの光情報の収集を行って、得られた光情報を規格化し（ステップ５）、この規格化された光情報とＳＥＭ観察により決定された露光条件との関連付けを行う（ステップ６）。
【００４１】
光情報としては、例えば、現像パターンに所定の強さの光を照射したときの反射光強度（反射率）、干渉縞の模様等を用いることができるが、本実施の形態においては、光情報として反射光強度を用いるものとする。この場合には、ステップ５とステップ６は、図２に示された格子状マトリックス９５の各セグメント９０の各露光領域Ａ１〜Ｇ１についてＳＥＭ観察を行うことによって得られる現像パターンの状態（形態、形状）という情報を、反射光強度の規格値に変換する工程となる。
【００４２】
ＳＥＭ観察による最適露光条件である図６と図７のセグメント９０ｂを改めて図８に記載し、この図８を参照しながら、反射光強度の測定と得られた測定値の規格化について説明する。
【００４３】
最初に、セグメント９０ｂ全体またはパターンＡ〜Ｇに基づく露光領域Ａ１〜Ｇ１のそれぞれについて所定の強さの光を照射し、露光領域Ａ１〜Ｇ１内の設定範囲Ｓの反射光強度の測定を行う。なお、このときに用いられる装置（露光条件出し装置）の構成の詳細については、後に説明する。
【００４４】
露光領域Ａ１・Ｂ１は、ともにレジスト膜のみの凸部６２からなることがＳＥＭ観察の結果から明らかとなっている。このため露光領域Ａ１・Ｂ１の反射光強度はほぼ同じ値を示す。露光領域Ｃ１では凹部６６が形成されてウエハの表面の一部が露出しており、また、ウエハ表面からの光の反射率がレジスト膜表面からの光の反射率よりも高いことから、露光領域Ｃ１の反射光強度は露光領域Ａ１・Ｂ１の反射光強度よりも大きくなる。
【００４５】
さらに、露光領域Ｄ１から露光領域Ｆ１へ向かうにつれて、ウエハの露出面積が大きくなるために、測定される反射光強度は大きくなり、レジスト膜が全て溶解してウエハの表面が完全に露出してしまっている露光領域Ｇ１で最も大きな反射光強度が得られる。
【００４６】
露光領域Ｇ１の反射光強度はウエハの反射光強度を示すものであるから、この値を不変的な値と仮定して、露光領域Ｇ１の反射光強度を基準に、露光領域Ａ１〜Ｇ１の反射光強度の値を規格化する。例えば、図８に併記されるように、測定された反射光強度の規格化は露光領域Ｇ１の反射光強度を１００とすることによって行い、露光領域Ａ１〜Ｇ１でそれぞれ２０・２０・５５・６０・６５・７０・１００という規格値（以下「規格化強度」という）が得られる。
【００４７】
次に、得られた規格化強度の値とパターンＡ〜Ｇにおける透過部分６５の幅比率Ｑとの関連付けを行う。図９はこの関連付けの形態を示す説明図である。この作業を行うために、図９から凸部６２のみからなる露光領域と凸部６２および凹部６６が混在している露光領域との境界、または凸部６２および凹部６６が混在している露光領域と凹部６６のみからなる露光領域との境界を判断する指標として、規格化強度の「下しきい値（Ｌｂ）」および「上しきい値（Ｌｔ）」を設定する。
【００４８】
そして、下しきい値（Ｌｂ）と上しきい値（Ｌｔ）との間の規格化強度を有する露光領域を形成するパターンにおいて、透過部分６５の幅比率Ｑの最も小さい値を下幅比率（Ｑｂ）とし、最も大きい値を上幅比率（Ｑｔ）とする。さらに、下幅比率（Ｑｂ）と上幅比率（Ｑｔ）との組合せを１組の幅比率Ｃとして、この１組の幅比率ＣをＣ（Ｑｂ・Ｑｔ）と表すこととする。これらの値は、露光条件出しの主工程に用いられるものである。
【００４９】
セグメント９０ｂについてのＳＥＭ観察結果との矛盾が生じないように、下しきい値（Ｌｂ）は露光領域Ｂ１・Ｃ１の規格化強度の間で、また上しきい値（Ｌｔ）は露光領域Ｆ１・Ｇ１の規格化強度の間で、それぞれ定める。例えば、下しきい値（Ｌｂ）は２０超５５以下の範囲で定めることができるが、そのほぼ中間の値である４０に下しきい値（Ｌｂ）を設定することができる。セグメント９０ｂの場合には、規格化強度が４０以上であってしかも最も値が小さい規格化強度５５を示した露光領域Ｃ１を形成するパターンＣの幅比率Ｑ（＝３０）が下幅比率となる（Ｑｂ＝３０）。
【００５０】
また、上しきい値（Ｌｔ）は７０以上１００未満の範囲で定めることができるが、例えば、上しきい値（Ｌｔ）を８０に設定すると、規格化強度が８０以下であってしかも最も値が大きい規格化強度７０を示した露光領域Ｆ１を形成するパターンＦの幅比率Ｑ（＝８０）が上限幅比率（Ｑｔ＝８０）となる。
【００５１】
このようにして、セグメント９０ｂについて得られる下幅比率（Ｑｂ）と上幅比率（Ｑｔ）との組合せである１組の幅比率Ｃ（Ｑｂ・Ｑｔ）は、当然に、前述したＳＥＭ観察により決定された１組の最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）に一致する。
【００５２】
なお、規格化強度の最も小さい値（図８の場合には、露光領域Ａ１・Ｂ１に相当する規格化強度の値（＝２０））は、例えば、形成されるレジスト膜の厚み等の微小な変化によって変化することがある。このため、設定した下しきい値（Ｌｂ）が小さいために、後の主工程において、実際にはウエハの表面が全く露出していない露光領域を形成するパターンが、凹部６６と凸部６２との解像が可能な範囲内に含まれるという判断が起こらないように、下しきい値Ｌｂを設定する際には注意する。
【００５３】
以上のステップ１〜６により、下しきい値（Ｌｂ）、上しきい値（Ｌｔ）、１組の最適幅比率Ｃｂ（下幅比率（Ｑｂ）・上幅比率（Ｑｔ））が決定され、これらの値が次回以降の露光条件出しにおけるデータ解析の判断基準となる（ステップ７）。また、ＳＥＭ観察によって決定された最適露光条件（フォーカス値と露光量）は、露光条件出しに要する時間を短縮して行う場合に、反射光強度の測定を開始する初期条件として用いることができる。
【００５４】
次に、前述した図２に示す格子状マトリックス９５の各セグメント９０について、つまり全露光条件について、パターンＡ〜Ｇに基づく露光領域Ａ１〜Ｇ１の反射光強度を測定して規格化し、先に定めた下しきい値Ｌｂ（＝４０）に対する下幅比率Ｑｂと上しきい値Ｌｔ（＝８０）に対する上幅比率Ｑｔとを求めて、図２と同様にマトリックス状に表示したデータを作成する（ステップ８）。
【００５５】
ここで、ＳＥＭ観察についても図２に示す格子状マトリックス９５の各セグメント９０について行うことが好ましい。つまり、このステップ８の作業は、ＳＥＭ観察の結果と反射光強度の測定による露光条件出し方法との相関を確認する意味で行うものであり、準備工程において必ずしも必要とされるものではないが、本発明に係る反射光強度の測定を用いた露光条件出し方法の信頼性を確認する意味で重要であり、そのために行われる。
【００５６】
図１０はステップ８によるデータをマトリックスとして示したものである。図１０（ａ）・（ｂ）から、例えば、露光量Ｘ５・フォーカス値Ｙ５の露光条件では、下幅比率（Ｑｂ）が５０であり、上幅比率（Ｑｔ）が７０であることから、パターンＤ・Ｅに基づく露光領域Ｄ１・Ｅ１に凸部６２および凹部６６が存在し、露光領域Ａ１〜Ｃ１は凸部６２のみが存在し、露光領域Ｆ・Ｇでは凹部６６のみが存在していることがわかる。この状態は、先に図６に示したセグメント９０ｄまたはセグメント９０ｅと同じ状態にあることを示している。
【００５７】
また、露光量Ｘ７・フォーカス値Ｙ６の露光条件では、上幅比率（Ｑｔ）が７０であり、下幅比率（Ｑｂ）が２０であるから、パターンＢ〜Ｅによる露光領域Ｂ１〜Ｅ１で凸部６２および凹部６６が形成され、露光領域Ａ１では凸部６２のみが存在し、露光領域Ｆ１・Ｇ１では凹部６６のみが存在していることがわかる。この状態は、先に図７に示したセグメント９０ｃの同じ状態にあることを示している。
【００５８】
このように、得られた現像パターンをＳＥＭ観察することによってパターンＡ〜Ｇの中で露光部分と非露光部分との解像が可能であったパターンの範囲を、各セグメント９０について、図１０（ａ）・（ｂ）から、即座に知ることができる。ＳＥＭ観察の結果からは、図６に示したセグメント９０ｂの状態を与える露光条件が最適な露光条件であることから、下幅比率（Ｑｂ）が３０で上幅比率（Ｑｔ）が８０である露光条件を、図１０（ａ）・（ｂ）から検索すると、フォーカス値Ｙ６・露光量Ｘ６が、最適露光条件であることがわかる。
【００５９】
図１０（ａ）・（ｂ）からの最適露光条件を探し出すことを容易とするために、図１０（ｃ）に示すように、各セグメント９０について、図１０（ｂ）の値から図１０（ａ）の値を引いた値を示したマトリックスを準備する。図５と図６を用いて先に説明したように、フォーカス値が適切であれば、露光部分と非露光部分の解像が可能なパターンの数が多くなるので、図１０（ｃ）に示される値が大きい場合の露光条件が、適切な条件に近いものと判断することができる。こうして露光条件の絞り込みが容易となる。
【００６０】
例えば、図１０（ｃ）では、５０という値が最も大きい値であるから、最適露光条件は、フォーカス値がＹ６で、露光量がＸ６〜Ｘ８の範囲にあると容易に絞り込まれる。しかしながら、例えば、１組の幅比率Ｃが、Ｃ（３０・８０）の場合とＣ（２０・７０）の場合とでは、その差はともに５０となる。
【００６１】
従って、図１０（ｃ）中の最大値が同じ場合には、図１０（ａ）・（ｂ）の値から、１組の最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）が得られている露光条件を選択する。つまり、図１０（ｃ）の場合には、１組の幅比率Ｃ（Ｑｂ・Ｑｔ）が１組の最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）に一致するものは、露光量がＸ６の場合のみであり、こうして最適露光条件を定めることが可能となる。
【００６２】
以上の説明から明らかなように、ステップ１からステップ８までの工程は、ＳＥＭ観察により決定される現像パターンの状態を反射光強度という情報に変換し、さらに規格化されたデータ（以下、「基準データ」という）を作成するものであり、この基準データから最適な露光条件の検索が可能となる。
【００６３】
ここで、上述した準備工程における基準データの作成および後に説明する主工程において用いられる露光条件出し装置の構成の形態について説明する。図１１は、本発明の露光条件出し装置８０の構成の一実施形態を示す説明図である。この露光条件出し装置８０は、大別して、ウエハＷに形成された現像パターンの一定範囲に一定強さの光を照射する光照射部８１と、光が照射されたウエハＷの所定範囲の反射光強度を測定する検出部８２と、検出部８２で得られる反射光強度を処理する演算処理部８３と、から構成されている。
【００６４】
光照射部８１は、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、蛍光灯、白熱灯等から発せられる光の狭帯域波長、例えば４００〜６００ｎｍの波長の光のみを照射可能な光源およびリフレクタ等を備えた光源装置８４と、光源装置８４からの光をウエハＷへ導く光ファイバ８５を有しており、光ファイバ８５から照射される光は光路調整部８６に備えられた図示しないミラーおよびレンズにより集光等されて、ウエハＷの一定範囲、例えば、１箇所のセグメント９０全体に照射される。
【００６５】
このとき、ウエハＷは、例えば図示しないＸ−Ｙステージ上に載置されており、光が照射される範囲にウエハＷの所定範囲が納まるように、面内で平行に移動することが可能となっている。
【００６６】
検出部８２は、一定光量が照射された一定範囲の中の設定範囲Ｓ（図８に示した設定範囲Ｓを指す。図１１に図示せず）の反射光強度を測定するための装置として、例えば、ＣＣＤカメラまたはラインセンサ８７を有し、ＣＣＤカメラまたはラインセンサ８７に写された映像情報を、ＣＣＤカメラまたはラインセンサ８７に接続されたエレキボード８８等の信号変換装置を用いて反射光強度に変換する。こうして、設定範囲Ｓの反射光強度を得ることができる。
【００６７】
なお、ラインセンサはＣＣＤ素子を直線的に一列に並べて走査させるカメラであり、ＣＣＤカメラと同様の情報を取得することが可能である。また、先に示した図５に併記したように、反射光強度の信号レベルはウエハＷの表面が露出する凹部６６の部分で大きく、逆にレジストで被覆された凸部６２の部分で小さくなる。
【００６８】
得られた反射光強度は、演算処理部８３において計算処理されて、規格化強度が算出される。演算処理部８３の具体例はパーソナルコンピュータである。ウエハＷの移動（Ｘ−Ｙステージの駆動）、エレキボード８８による信号の読み取りは、この演算処理部８３からの信号により自動で行うことができる。
【００６９】
例えば、ウエハＷに形成された１つのセグメント９０の反射光強度を読み取った後に、演算処理部８３からの信号によりウエハを所定量ほど移動させて再び別の露光領域の反射光強度を測定するといった作業を繰り返すことができる。演算処理部８３では反射光強度を規格化する処理を、反射光強度の測定と並行して行うことができる。
【００７０】
このような露光条件出し装置８０を用いて得られた規格化強度を、前述した準備工程において決定された上しきい値（Ｌｔ）と下しきい値（Ｌｂ）と比較することにより、その規格化強度を与える設定範囲Ｓの状態、すなわち、露光部分と非露光部分の解像の可否を知ることができる。こうして、反射光強度の測定が行われたウエハＷについて、先に図１０（ａ）・（ｂ）に示したような下幅比率（Ｑｂ）と上幅比率（Ｑｔ）の組合せの情報を得ることができる。
【００７１】
次に、本発明の露光条件出し方法の主工程について説明する。この主工程では、上述した露光条件出し装置と前述した準備工程で決定された基準データを用いるが、ＳＥＭ観察を要しない。
【００７２】
図１の右欄に示すように、先ず、製品となるウエハの露光処理を開始するに先立って、テスト用のウエハ（テストウエハ）にレジスト膜を形成し（ステップ９）、次いで、図２に示したように、テストウエハ上において格子状マトリックス９５を構成する複数のセグメント９０のそれぞれに、テストパターン６０を用いて異なるフォーカス値と露光量で露光し（ステップ１０）、その後にテストウエハを現像、乾燥して、現像パターンを形成する（ステップ１１）。
【００７３】
次に、露光条件出し装置８０を用いて、各セグメント９０について、テストパターン６０の各パターンＡ〜Ｇに基づく露光領域Ａ１〜Ｇ１について反射光強度の測定とその規格化を行う（ステップ１２）。このとき、得られた規格化強度の値が下しきい値（Ｌｂ＝４０）以上、上しきい値（Ｌｔ＝８０）以下であれば、露光部分と非露光部分との解像が可能であったと判断する。また、このような解像が可能な露光領域を形成するパターンの透過部分の幅比率Ｑから、下幅比率（Ｑｂ）および上幅比率（Ｑｔ）を求める（ステップ１３）。
【００７４】
なお、テストウエハに形成されたレジスト膜は、準備工程でウエハに形成されたレジスト膜と、同じ種類のレジスト液を用いて同等の厚みに形成されている必要がある。基準データは、使用するレジスト液が複数ある場合と形成するレジスト膜の厚みが異なる場合の各条件に対応した複数のものを、適宜、ステップ１〜ステップ８にしたがって準備する。
【００７５】
全てのセグメント９０について、これら下幅比率（Ｑｂ）および上幅比率（Ｑｔ）の値とその差を求め、準備工程で得られた最適露光条件を示す１組の最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）を示す露光条件を検出し、新たな最適な露光条件を決定することができる（ステップ１４）。
【００７６】
ステップ９〜ステップ１４にしたがって全てのセグメント９０について反射光強度の測定を行うと、自動化が可能であるとしても、露光条件出しに長い時間を費やすことは避けられない。そこで、露光装置のコンディションは経時的に変化はするものの、極端に大きく変化するものではないという露光装置の特性に着目して、前述したステップ１２においては、先に準備工程で決定された最適露光条件に近い露光条件により形成された現像パターンの存在するセグメント９０についてのみ反射光強度の測定を行う。このような方法によっても、一般的に、最適露光条件を検出することが可能であり、露光条件出しに要する時間を短縮することができる。
【００７７】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、フォーカス値Ｙ６・露光量Ｘ６の近傍の１５の露光条件について、ステップ９〜ステップ１４を行い、下幅比率（Ｑｂ）および上幅比率（Ｑｔ）とその差を求めた結果を示している。
【００７８】
これら１５の露光条件に対応するセグメント９０について自動で反射光強度を測定して規格化し、得られた規格化強度の値を上しきい値（Ｌｔ）および下しきい値（Ｌｂ）と比較して、露光部分と非露光部分の解像が可能な範囲にある露光領域を与えるパターンの上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）の値を決定する。最適露光条件を与える１組の最適幅比率ＣｂはＣｂ（３０・８０）であるから、図１２（ａ）〜（ｃ）により、その条件を満足するフォーカス値Ｙ５・露光量Ｘ７が、最適露光条件となっていることがわかる。
【００７９】
このように複数のセグメント９０について上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）をマッピングする方法の他に、ある１つの露光条件から出発して、最適露光条件を検索する方法もある。例えば、準備工程で決定された最適露光量／最適フォーカス値を、主工程の露光条件出しにおいて反射光強度の測定を行うべき露光領域を絞るための初期条件とし、逐次、初期条件に変わる暫定条件を定めていき、その暫定条件が変わらないならば、その暫定条件が実際の最適露光条件であるとする方法である。
【００８０】
このような方法においては、初期条件の最適露光量／最適フォーカス値のいずれか一方、例えば最適露光量を暫定露光量として仮に固定し、所定範囲のフォーカス値による露光領域の反射光強度の測定を行って、得られた反射光強度から最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）に近い１組の幅比率Ｃ′（Ｑｔ・Ｑｂ）を決定する。続いて決定された１組の幅比率Ｃ′（Ｑｔ・Ｑｂ）を与える露光条件におけるフォーカス値を暫定フォーカス値として固定し、露光量を変化させた複数の露光領域の反射光強度の測定を行い、最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）に近い１組の幅比率Ｃ″（Ｑｔ・Ｑｂ）を決定する。
【００８１】
ここで、１組の幅比率Ｃ′（Ｑｔ・Ｑｂ）と１組の幅比率Ｃ″（Ｑｔ・Ｑｂ）の条件が同じ場合であって、最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）となる場合に、この１組の幅比率Ｃ′（Ｑｔ・Ｑｂ）を与える露光条件が最適露光条件となる。また、１組の幅比率Ｃ′（Ｑｔ・Ｑｂ）と１組の幅比率Ｃ″（Ｑｔ・Ｑｂ）の条件が異なる場合には、１組の幅比率Ｃ″（Ｑｔ・Ｑｂ）を与える露光条件の露光量を暫定露光量として更新し、初期条件から１組の幅比率Ｃ′（Ｑｔ・Ｑｂ）を求め、さらに１組の幅比率Ｃ″（Ｑｔ・Ｑｂ）を求めた方法を繰り返すことで、最適露光条件を絞り込むことができる。
【００８２】
図１３（ａ）〜（ｃ）はこのような方法によって最終的に得られる下幅比率（Ｑｂ）および上幅比率（Ｑｔ）とその差をマッピングした結果を示している。準備工程で得られた最適露光条件は、フォーカス値Ｙ６・露光量Ｘ６であったから、例えば、最初にフォーカス値をフォーカス値Ｙ６に固定して、露光量Ｘ４〜Ｘ８の範囲で変化させて、反射光強度の測定と規格化強度の算出、ならびに上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）の決定を行う。
【００８３】
こうして規格化強度を算出した範囲で１組の最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）を有する条件が得られればその時点で露光条件出しは終了する。しかし、１組の最適幅比率Ｃｂがない場合には、上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）の差が大きい条件を与える露光量について、今度は、フォーカス値を変えて上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）を決定する。
【００８４】
図１３（ａ）・（ｂ）の場合では、露光量Ｘ６の場合と露光量Ｘ７の場合が該当するが、例えば、準備段階での最適露光量である露光量Ｘ６の場合について、フォーカス値Ｙ４〜Ｙ７の範囲で変えて、上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）を求める。ところが、露光量Ｘ６の場合に上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）との差が５０である露光条件がなかったために、次に、例えば、露光量Ｘ６の場合に２番目に上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）の差が大きくなるフォーカス値Ｙ５について、例えば露光量Ｘ５〜Ｘ９の範囲で、再び上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）を求める。
【００８５】
するとフォーカス値Ｙ５の場合には、露光量Ｘ７・Ｘ８の２条件で上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）との差が５０となり、このうちフォーカス値Ｙ５・露光量Ｘ７の露光条件における１組の幅比率Ｃ（Ｑｔ・Ｑｂ）が１組の最適幅比率Ｃｂ（３０・８０）と一致することから、この露光条件が最適露光条件であることがわかる。
【００８６】
なお、例えば、最適露光条件であるフォーカス値Ｙ５・露光量Ｘ７の近傍の露光条件、例えば、フォーカス値をＹ４として、露光量をＸ７、Ｘ８とした場合の規格化強度を求めて上幅比率（Ｑｔ）と下幅比率（Ｑｂ）を求めることにより、フォーカス値Ｙ５・露光量Ｘ７の露光条件が最適露光条件であることを確認することができる。
【００８７】
上述した各種の方法によって定められた最適露光条件により形成されたパターンＡ〜Ｇに基づく露光領域Ａ１〜Ｇ１の規格化強度の各値が、準備工程で決定された最適露光条件により求められた規格化強度の値に近接しているかどうかを確認することが好ましい。例えば、準備工程において得られたセグメント９０ｂでは、露光領域Ｃ１〜Ｆ１の規格化強度は、５５以上７０以下の範囲に納まっていたことから、上述した主工程で求められた最適露光条件であるフォーカス値Ｙ５・露光量Ｘ７により形成されたセグメントにおける露光領域Ｃ１〜Ｆ１の規格化強度が、５５以上７０以下の範囲にほぼ納まっているかどうかを確認することにより、露光条件出しの精度を高めることが可能となる。
【００８８】
また、主工程で求められたフォーカス値Ｙ５・露光量Ｘ７により形成されたセグメントにおける露光領域Ｃ１〜Ｆ１の規格化強度が、５５以上７０以下の範囲に納まっていた場合であっても、極端に狭い値の範囲、例えば６０以上６５以内や６５以上７０以内という狭い範囲に納まっているような場合には、露光領域Ｃ１〜Ｆ１に形成された凸部６２と凹部６６の実寸が、パターンＣ〜Ｆの遮光部分６１と透過部分６５の実寸とずれている可能性が大きくなる。
【００８９】
このような状況を検出するために、準備工程に準拠すれば、下幅比率（Ｑｂ）を与えるパターンに基づく露光領域の規格化強度は５０以上、より厳しくは５０以上６０以下であるとい制限を設け、この条件を満足しない場合には警報を発するように、露光条件出し装置８０を構成することも好ましい。
【００９０】
また、上幅比率（Ｑｔ）を与えるパターンに基づく露光領域の規格化強度は７５以下、より厳しくは６５以上７５以下であるという制限を設け、この条件を満足しない場合にも警報を発するように露光条件出し装置８０を構成すると、本発明に係る露光条件出しの精度をより高めることができ、好ましい。
【００９１】
ところで、レジスト膜の形成やレジスト膜への露光処理、露光されたウエハＷの現像処理や、露光条件出し装置８０が正常に動作している場合には、以上に述べた主工程における露光条件出し方法によって、準備工程で定めた最適露光条件と同じ露光条件を求めることができる。しかし、例えば、露光条件出しのためにテストウエハに形成された露光条件の異なる複数のセグメントの中に、準備工程で決定された最適露光条件による現像パターンと同等の形状を有する現像パターンが検出されない事態も想定される。
【００９２】
このような事態が生ずる原因としては、露光装置における光源や光学系の調整不具合、マスクの損傷等、露光装置における種々の故障が考えられ、一方、露光条件出し装置８０の光源装置８４やＣＣＤカメラまたはラインセンサ８７の不調や故障も考えられるので、逆に、本発明の露光条件出し方法の結果から、使用される露光装置および露光条件出し装置の点検を行って、その使用状態を良好に維持することも可能となる。このような事態が生じている場合にも、例えば、警報を発する等の対策を採ることができる。
【００９３】
以上、本発明の露光条件出し装置および露光条件出し方法について説明してきたが、本発明の露光条件出し装置は、単体として使用することが可能であるばかりでなく、例えば、露光装置に併設させることが可能である。また、露光条件出し装置は、レジスト塗布・現像処理システムの内部に設けることも可能であり、現像処理後のウエハが露光条件出し装置に搬送され、自動で露光条件出しが行われるような構成とすることも可能である。
【００９４】
例えば、図１４は、露光条件出し装置８０を備えたレジスト塗布・現像処理システム１を示す概略平面図、図１５はその側面図である。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１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられる露光装置５０との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイス部１２と、を具備している。
【００９５】
カセットステーション１０は、被処理体としてのウエハＷを複数枚、例えば２５枚単位でウエハカセットＣＲに搭載された状態で、他のシステムからレジスト塗布・現像処理システム１へ搬入し、またはレジスト塗布・現像処理システム１から他のシステムへ搬出する等、ウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。
【００９６】
カセットステーション１０においては、図１４に示すように、載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、この突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて一列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが垂直方向（Ｚ方向）に配列されている。また、カセットステーション１０は、載置台２０と処理ステーション１１との間に位置するウエハ搬送機構２１を有している。
【００９７】
ウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷの配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用アーム２１ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２１ａにより、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可能となっている。また、ウエハ搬送用アーム２１ａは、図１４中に示されるθ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｍ_３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００９８】
一方、処理ステーション１１は、ウエハＷへ対して塗布・現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、これらによりウエハＷが１枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１４に示すように、中心部にウエハ搬送路２２ａを有しており、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが垂直方向（Ｚ方向）に沿って多段に配置されている。
【００９９】
主ウエハ搬送機構２２は、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９はモータ（図示せず）の回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置４６も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これらの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【０１００】
また、図１４に示すように、この実施の形態においては、４個の処理部Ｍ_１・Ｍ_２・Ｍ_３・Ｍ_４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されている。これらのうち、第１および第２の処理部Ｍ_１・Ｍ_２はレジスト塗布・現像処理システム１正面（図１４において手前）側に並列に配置され、第３の処理部Ｍ_３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｍ_４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。
【０１０１】
レジスト塗布・現像処理システム１においては、図１４に示されるように、ウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置された４個の処理部Ｍ_１・Ｍ_２・Ｍ_３・Ｍ_４に加えて、装置の背面部に第５の処理部Ｍ_５が配置可能となっており、この第５の処理部Ｍ_５の位置に、露光条件出し装置８０が取り付けられた構造となっている。こうして、現像が終了したウエハＷを、保持部材４８を用いて露光条件出し装置８０においてウエハＷが載置されるＸ−Ｙテーブル（図示せず）との間で受け渡しすることが可能となっている。
【０１０２】
第５の処理部Ｍ_５は、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっており、従って、第５の処理部Ｍ_５を設け、その場に露光条件出し装置８０を配置した場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【０１０３】
第１の処理部Ｍ_１では、コータカップ（ＣＰ）内でウエハＷをスピンチャック（図示せず）に乗せて所定の処理を行う２台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｍ_２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【０１０４】
第３の処理部Ｍ_３においては、例えば、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットを多段に配置することができる。例えば、冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、露光処理前や露光処理後、さらには現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行うホットプレートユニット（ＨＰ）を順に重ねて配置することができる。
【０１０５】
第４の処理部Ｍ_４も、オーブン型の処理ユニットを多段に重ねて構成される。例えば、クーリングユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、およびホットプレートユニット（ＨＰ）を重ねて配置することができる。
【０１０６】
インターフェイス部１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１４、図１５に示すように、このインターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配置され、中央部にはウエハ搬送機構２４が配置されている。このウエハ搬送機構２４はウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ・ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。
【０１０７】
ウエハ搬送用アーム２４ａは、θ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｍ_４に配置されるエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置５０のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。また、露光条件出し装置８０の配置位置は第５の処理部Ｍ_５に限定されるものではなく、例えば、露光装置５０内に、または露光装置５０に隣接して配置することが可能であり、さらにレジスト塗布・現像処理システム１内に配置された各種のウエハ搬送機構によりウエハを搬送することができる場所であれば、どの部分に配置しても構わない。
【０１０８】
上述したレジスト塗布・現像処理システム１を用いた露光条件出しの工程においては、先ず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用アーム２１ａが載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして１枚のウエハＷ（テストウエハ）を取り出し、第３の処理部Ｍ_３に配置されたエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【０１０９】
ウエハＷは、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置４６により処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｍ_３に配置されたアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６によりクーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【０１１０】
なお、使用されるレジストの種類によっては、このＨＭＤＳ処理を行わずに、直接にウエハＷをレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送する場合がある。例えば、ポリイミド系レジストを用いる場合が挙げられる。
【０１１１】
アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理が終了し、クーリングユニット（ＣＯＬ）で冷却されたウエハＷまたはアドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理を行わないウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置４６によりレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこでレジストが塗布され、塗布膜が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは、第３または第４の処理部Ｍ_３・Ｍ_４のいずれかに配置されたホットプレートユニット（ＨＰ）内でプリベーク処理され、その後いずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却される。
【０１１２】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｍ_３に配置されたアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部Ｍ_４に配置されたエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイス部１２に搬送される。
【０１１３】
インターフェイス部１２では、周辺露光装置２３により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイス部１２に隣接して設けられた露光装置５０により、前述したテストパターン６０を用いて、ウエハＷのレジスト膜に最適露光条件を決定するためのテスト露光処理が施される。
【０１１４】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイス部１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｍ_４に配置されたエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、ホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されて、ポストエクスポージャーベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により冷却される。
【０１１５】
その後、ウエハＷは現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像終了後、ウエハＷはいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により冷却される。このような一連の処理が終了した後、ウエハＷは第５の処理部Ｍ_５に配置された露光条件出し装置８０に搬送され、そこで反射光強度の測定に基づく最適露光条件の決定が行われ、その結果が露光装置５０にフィードバックされて露光装置５０の動作条件が再設定され、製品たるウエハＷの処理が開始される。
【０１１６】
なお、テストウエハは、第３の処理部Ｍ_３に配置されたエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【０１１７】
このようなレジスト塗布・現像処理システム１を用いれば、製品の処理の途中に、適宜、テストウエハをレジスト塗布・現像処理システム１内に搬送して、適宜、露光条件の更正やレジスト塗布・現像処理システム１の故障診断を行うことが可能である。
【０１１８】
また、上述した露光条件出し方法を用いれば、例えば、製品としてのウエハＷに形成される現像パターンの特定範囲について、良好な形状に現像パターンが形成されたものについて反射光強度の測定とその規格化を行って得られた規格化強度を基準値とし、逐次処理されるウエハＷについてその特定範囲について反射光強度の測定を行い、その結果を予め定めた基準値と比較することにより、全てのウエハＷについて現像パターンの形成状態を確認しながら、処理を行うという処理方法も可能となる。このような露光条件出し方法を用いれば、製品の品質管理をより徹底して行うことが可能となり、信頼性が向上する。
【０１１９】
以上、本発明について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、露光条件出しに用いたテストパターン６０においては、パターンＡ〜Ｇの７段階で遮光部分６１と透過部分６５の幅比率Ｐ・Ｑを変化させたが、より多段階にパターンを形成することにより、さらに露光条件出しの精度を向上させることが可能となる。
【０１２０】
テストパターン６０では、パターンＡ〜Ｇは、遮光部分６１と透過部分６５が０．５μｍの一定幅Ｎの範囲で形成されていたが、一定幅Ｎはこのような値に限定されるものではない。さらに、例えば、遮光部分６１と透過部分６５の幅比率Ｐ・Ｑが同じで、一定幅Ｎが異なる２通りのパターンを並べて形成し、ある露光条件で得られる露光領域の現像パターンの形態をさらに細かく限定することも可能である。
【０１２１】
また、図３に示した線状のテストパターン６０に代えて、図４（ａ）・（ｂ）の各図に示した柱状、穴状のテストパターン６０ａ・６０ｂを用いることができる。さらに、これらのテストパターン６０・６０ａ・６０ｂは、遮光部分６１と透過部分６５との境界を直線を用いて形成したパターンであるが、遮光部分６１と透過部分６５との境界は曲線を用いて形成してもよい。例えば、図４（ｂ）に示される透過部分６５の形状を正方形に代えて円形等とすることができる。
【０１２２】
露光条件出し装置８０においては、複数の光源を具備するものを用いることも好ましい。例えば、波長領域が異なる複数の狭帯域波長光源を具備する光源を用いて、テストパターンに形成された透過部分の幅等の実際の寸法等に応じて、複数の狭帯域波長光源の中から適切な１の狭帯域波長光源を選択して用いることで、ウエハに形成された現像パターンの形状をより忠実に反映した反射光強度に関する情報を得ることができる。例えば、テストパターンに形成された透過部分の幅が狭い場合には、この透過部分を透過できるように波長の短い光を用いる。複数の狭帯域波長光源を具備する光源を具備する露光条件出し装置を用いた場合には、多層膜に対する反射光強度の測定をより正確に行うことが可能となるという利点もある。
【０１２３】
露光条件出し装置８０は、決定された露光条件を露光装置５０にフィードバックして露光装置５０における露光条件を最適条件に変更するように用いることができるのみならず、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）や現像ユニット（ＤＥＶ）における処理条件を変更するように用いることも可能である。
【０１２４】
図１６は、露光条件出し装置８０を用いてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）と現像ユニット（ＤＥＶ）の処理条件を変更するシステムの構成を示す説明図である。例えば、露光装置５０における露光条件が固定されているときに得られる現像パターンが、露光条件を変更することなく、最適露光条件によって形成される現像パターンと同等となるように、露光条件出し装置８０は、現像ユニット制御装置９８に、現像処理時間を変更したり、または現像液の温度を変更する等の指令を送り、現像ユニット制御装置９８はこの指令に従って、現像処理時間等を変更する。
【０１２５】
また、露光条件出し装置８０は、レジスト塗布ユニット制御装置９９に、レジスト液をウエハ全体に拡げるためのウエハの回転数の変更やレジスト液の温度変更等の指令を送り、レジスト塗布ユニット制御装置９９はこの指令に従って、ウエハの回転数等を変更する。こうして、ウエハに良好な現像パターンを形成することが可能となる。上記説明では基板として半導体ウエハを用いた露光条件出しについて説明したが、例えば、ＬＣＤ基板の露光条件出しにも、本発明を有効に用いることができる。
【０１２６】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、従来はＳＥＭ観察結果から人間の判断により行われていた露光条件出しを、反射光強度を用いて自動で行うことが可能となるため、工数を削減して生産効率を向上させることが可能となるという顕著な効果が得られる。また、例えば、従来の１日〜１週間に１回といった露光条件出しに加えて、数時間間隔といった所定のタイミングで露光条件のチェックを行うことが容易となり、製品の品質を高く保持することが可能となる効果も得られる。
【０１２７】
さらに、露光条件出しにおいて得られる反射光強度が事前データからかけ離れている場合には、露光装置や一連の処理を行うレジスト塗布・現像処理システムの故障または露光条件出し装置に故障が生じていることが示唆されるため、反射光強度を測定することで、これら各種装置の故障を早期に発見して対処することが可能となる。さらにまた、露光条件出し装置は、レジスト塗布や現像処理を行う処理部と同一の箱体内に配置したり、露光装置内に配置することができる。こうしてレジスト塗布処理等と並行してリアルタイムでの現像パターンの形成状態の監視を行うことが可能となるため、製品の品質を高く保つことができる。検出される反射光強度と基準データとの差が大きい場合等に警報を発する構成としておけば、いち早く装置の故障を発見することが可能となり、無駄に処理する基板の数が低減される効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る露光条件出し装置を用いた露光条件出しの工程の一実施形態を示す説明図（フローチャート）。
【図２】列方向でフォーカス値を変え、行方向で露光量を変えた格子状マトリックスおよびセグメントを示す説明図。
【図３】露光に用いるマスク上のテストパターンの一実施形態を示す平面図。
【図４】露光に用いるマスク上のテストパターンの別の実施形態を示す平面図。
【図５】テストパターンの透過部分および遮光部分と、得られる反射光強度の信号レベルとの関係および、その際のテストパターンに対応する現像パターンを示す説明図。
【図６】露光量が適切な値である場合にフォーカス値を変化させることで得られる現像パターンを示す説明図。
【図７】フォーカス値が適切な値である場合に露光量を変化させることで得られる現像パターンを示す説明図。
【図８】図６・図７に示したセグメント９０ｂを示す説明図。
【図９】規格化強度の値とテストパターンにおけるパターンＡ〜Ｇの透過部分の幅比率との関連付けを示す説明図。
【図１０】各露光条件において求められた下幅比率と上幅比率およびその差をマトリックス状に示した説明図。
【図１１】本発明の露光条件出し装置の構成の一実施形態を示す説明図。
【図１２】露光条件の一部について下幅比率と上幅比率およびその差を求めたマトリックスを示す説明図。
【図１３】露光条件の一部について下幅比率と上幅比率およびその差を求めたマトリックスを示す別の説明図。
【図１４】本発明の露光条件出し装置を具備するレジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す平面図。
【図１５】図１４に示したレジスト塗布・現像処理システムの側面図。
【図１６】本発明の露光条件出し装置によるレジスト塗布・現像処理システムの制御構成を示す説明図。
【符号の説明】
１；レジスト塗布・現像処理システム
６１；遮光部分
６２；凸部
６５；透過部分
６６；凹部
８０；露光条件出し装置
８１；光照射部
８２；検出部
８３；演算処理部
８４；光源装置
８５；光ファイバ
８６；光路調整部
８７；ＣＣＤカメラまたはラインセンサ
８８；エレキボード

Claims

フォトリソグラフィー工程における露光条件出し方法であって、
所定パターンが形成されたマスクを用いて前記所定パターンで基板の異なる複数の位置を異なる露光量とフォーカス値で露光する第１準備工程と、
前記基板を現像して基準現像パターンを形成する第２準備工程と、
前記基準現像パターンをＳＥＭ観察して前記基準現像パターンの形状情報を得る第３準備工程と、
前記基準現像パターンの所定範囲に一定強さの光を照射してその反射光強度を測定する第４準備工程と、
前記形状情報と前記第４準備工程で得られた反射光強度とを関連付けした基準データを作成する第５準備工程と、
を有する準備工程と、
前記第１準備工程と前記第２準備工程と同様の工程にしたがって基板に所定の現像パターンを形成する第１工程と、
前記現像パターンの所定範囲に一定強さの光を照射してその反射光強度を測定する第２工程と、
前記第２工程で得られた反射光強度を前記基準データと照合することによって前記第１工程における露光量とフォーカス値の組合せの中から最適露光量と最適フォーカス値を決定する第３工程と、
を有する主工程と、
からなり、
前記所定パターンは、線状および／または柱状および／または穴状の透過部分と遮光部分との一定幅内における幅比率が異なる複数の領域を有し、
前記第３準備工程においては、前記透過部分に基づく露光部分と前記遮光部分に基づく非露光部分との解像が前記ＳＥＭ観察によって可能と判断される露光領域に対応する前記所定パターンにおける前記透過部分の幅比率の上下限値の組合せを露光条件ごとに１組の幅比率として記録し、
前記第４準備工程においては、前記露光部分と前記非露光部分との解像が不可能と判断される露光領域の反射光強度の上下限値を各露光条件について記録し、
前記第５準備工程においては、露光条件ごとに前記反射光強度の上下限値間の範囲の反射光強度を有する露光領域が前記１組の幅比率の上下限値を与える露光領域と一致するように前記反射光強度の上下限値と前記１組の幅比率の上下限値とを組み合わせることを特徴とする露光条件出し方法。
前記１組の幅比率として、前記透過部分の幅比率に代えて前記遮光部分の幅比率を用いることを特徴とする請求項１に記載の露光条件出し方法。
前記第３準備工程では、ＳＥＭ観察による最適露光条件を決定し、
前記第４準備工程では、前記第３準備工程で決定された最適露光条件によって露光された露光領域の反射光強度の測定を行い、
前記第５準備工程では、前記第４準備工程で得られた反射光強度の値から最適露光条件における１組の幅比率を決定し、
前記第２工程では、前記第３準備工程で決定された最適露光条件および前記最適露光条件に近い数種の露光条件と同じ露光条件によって露光された露光領域について反射光強度の測定を行い、
前記第３工程では、前記第２工程で測定された反射光強度の値から各露光条件について１組の幅比率を求め、かつ、前記最適露光条件における１組の幅比率と同じかまたは近接する１組の幅比率が得られた露光条件を暫定露光条件として、前記最適露光条件を示す１組の幅比率が得られるまで、前記暫定露光条件に近い露光条件によって露光された露光領域についての反射光強度の測定と測定された反射光強度の値に基づく１組の幅比率の決定および暫定露光条件の更新を繰り返して露光条件を絞り込むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光条件出し方法。
前記第４準備工程および前記第２工程においては、各露光条件について各幅比率に対応する露光領域の反射光強度を測定し、
前記第３工程においては、前記第２工程で得られた反射光強度を前記第４準備工程で得られた反射光強度の上下限値と比較することにより、前記各露光条件における１組の幅比率を決定し、前記１組の幅比率が最適露光量および最適フォーカス値を示す予め決定された１組の幅比率と一致または近接する露光条件を最適露光条件として決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光条件出し方法。
前記第２工程における反射光強度の測定は、従前に決定された最適露光条件における露光量およびフォーカス値に近い露光量およびフォーカス値を組み合わせた１以上３０以下の露光条件によって形成された各現像パターンに対して行うことを特徴とする請求項４に記載の露光条件出し方法。
前記第３準備工程におけるＳＥＭ観察の結果により決定された最適露光条件について、前記第４準備工程により得られる露光部分と非露光部分との解像が可能と判断される露光領域の反射光強度の上下限値を警報値として設定し、
前記第３工程により決定された最適露光条件における、露光部分と非露光部分との解像が可能と判断される露光領域の反射光強度の範囲が、前記警報値の範囲から外れたときに警報を発することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の露光条件出し方法。
前記現像パターンに照射する光の光源として狭帯域波長光源を用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の露光条件出し方法。
前記現像パターンに照射する光の光源として波長領域の異なる複数の狭帯域波長光源を用い、前記所定パターンに応じて前記複数の狭帯域波長光源の中から適切な１の狭帯域波長光源を選択して用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の露光条件出し方法。