JP4090986B2

JP4090986B2 - 線幅測定方法，基板の処理方法及び基板の処理装置

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Publication number: JP4090986B2
Application number: JP2003426905A
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Inventors: 道夫田中; 剛秀山下
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Filing date: 2003-12-24
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Description

本発明は，基板上のレジスト膜に形成されたパターンの線幅を測定するための線幅測定方法，基板の処理方法及び基板の処理装置に関する。

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，例えばウェハ表面にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理，ウェハ上のレジスト膜に所定パターンの光を照射してウェハを露光する露光処理，現像液により露光されたレジスト膜を選択的に溶解する現像処理等の複数の処理が順次行われて，ウェハ上のレジスト膜に所定のパターンが形成される。

ウェハ上にパターンが形成されると，当該パターンが適正に形成されているか否かを確認するため，当該パターンの線幅を測定する線幅測定が行われている。

上記線幅測定には，近年，光を用いて線幅を測定する光学式の線幅測定方法が用いられている。この光学式の線幅測定方法によれば，従来行われていた電子式のように電子がウェハに衝突することがないので，ウェハ上のパターンの収縮を抑制できる点で優れている。

上述の光学式の線幅測定は，いわゆるスキャテロメトリ（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）技術を用いて行われている（例えば，特許文献１，２参照。）。スキャトロメトリ技術とは，任意の形状のパターンに対して計算上の複数の光強度分布を算出してそのライブラリを予め作成しておき，線幅測定時には，測定対象である実際のパターンに光を照射し，そのパターンから反射する反射光の強度分布を測定し，その測定結果と上記ライブラリの計算上の光強度分布とをマッチングし，光強度分布が適合したライブラリ内のパターンの線幅を，ウェハＷ上の実際のパターンの線幅と推定するものである。

上記スキャテロメトリ技術において，任意のパターンに対する光強度分布を算出してライブラリを作成するためには，ウェハ表面材料であるレジスト膜の屈折率，消衰係数等の光学定数が必要になる。このため従来の光学式の線幅測定では，例えば材料メーカなどから与えられた，レジスト材料の屈折率や消衰係数を用いて任意のパターンに対する光強度分布を算出していた。

しかしながら，実際にレジスト材料がウェハ上に塗布され，ウェハに複数の処理が施されると，ウェハ上のレジスト膜の光に対する特性は変動する。また，その変動は，処理状態の僅かなばらつきにより各ウェハ間でも異なる。このため，実際に線幅が測定されるときに光が照射されるレジスト膜の光学定数は，処理前と異なり，さらに各ウェハ同士間でも異なっている。したがって，ライブラリ内の光強度分布は，実際の測定時のレジスト膜の光学定数と異なる値に基づいて算出されたものであり，当該ライブラリ内の光強度分布とマッチングして定められるパターンの線幅は，正確なものとは言えなかった。

パターンの正確な線幅が測定されないと，実際に適正な線幅のパターンが形成されていない場合であってもそれが検出されず，この結果，不良となるウェハが大量に製造される恐れがある。特に，極めて微細なパターン形状が要求される近年において，線幅をより正確に測定しないと，不良のウェハが検出できなくなっている。

特開２００２−２６０９９４号公報特開２００３−２０９０９３号公報

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，スキャテロメトリ技術を用いて行われる光学式の線幅測定において，より正確に線幅を測定するための線幅測定方法，ウェハなどの基板の処理方法，それを実現するための基板の処理装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，基板上のレジスト膜に形成された所定のパターンの線幅を測定する方法であって，基板上に前記所定のパターンが形成された後に，前記レジスト膜の所定の光学定数を測定する工程と，線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する工程と，前記基板上の実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する工程と，前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とする工程と，を有し，前記実際の前記所定のパターンに対する光強度分布の測定は，基板上のチップ形成領域内のパターンに対して行い，前記レジスト膜の光学定数の測定は，基板上のチップの形成領域以外の領域に形成されている平坦な光学定数測定用のパターンに対して行うことを特徴とする。なお，光強度分布には，光の波長順に光の強度を示すスペクトルも含まれる。

本発明によれば，基板上のレジスト膜に所定のパターンが形成された後に，レジスト膜の光学定数を測定し，その測定値を用いて仮想パターンに対する複数の光強度分布を算出し記憶する。そして，その記憶された各光強度分布と実際測定された前記所定のパターンの光強度分布とを照合し，光強度分布が適合する仮想パターンの線幅を前記所定のパターンの線幅とする。かかる場合，パターン形成後にレジスト膜の光学定数が測定され，それが仮想パターンの計算上の光強度分布に反映されるので，例えばパターン形成工程において基板の処理条件がばらつきレジスト膜の光学定数が変動しても，その変動に対応した線幅測定を行うことができる。したがって，仮想パターンの光強度分布の算出に用いる光学定数を予め定められた一定値にしていた従来に比べて，正確な線幅測定を行うことができる。なお，前記光学定数は，屈折率と消衰係数であってもよい。

既に所定のパターンが形成されるレジスト膜の光学定数を測定する場合，そのパターン形状によっては，光学定数の測定が困難な場合がある。本発明によれば，光学定数の測定に適した専用のパターンに対して光学定数の測定が行われるので，光学定数を簡単かつ正確に測定できる。

本発明によれば，基板のフォトリソグラフィー工程において，基板上のレジスト膜に所定のパターンが形成された後に，前記レジスト膜の所定の光学定数を測定する工程と，線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する工程と，前記基板上の実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する工程と，前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とすることによって，前記所定のパターンの線幅を測定する工程と，を有し，前記フォトリソグラフィー工程において基板上のチップの形成領域以外の領域に平坦な光学定数測定用のパターンを形成し，前記実際の前記所定のパターンに対する光強度分布の測定は，基板上のチップの形成領域内のパターンに対して行い，前記レジスト膜の光学定数の測定は，前記基板上のチップの形成領域以外の領域の前記光学定数測定用のパターンに対して行うことを特徴とする基板の処理方法が提供される。

この発明によれば，基板のフォトリソグラフィー工程において，基板上のレジスト膜に所定のパターンが形成された後に，レジスト膜の光学定数を測定し，当該光学定数の測定値を用いて，仮想パターンに対する複数の光強度分布を算出することができる。そして，その算出された各光強度分布と，実際に測定された前記所定のパターンの光強度分布とを照合し，光強度分布が適合する仮想パターンの線幅を前記所定のパターンの線幅とすることによって，所定のパターンの線幅を測定することができる。かかる場合，パターン形成後にレジスト膜の光学定数が測定され，それが仮想パターンの計算上の光強度分布に反映されるので，フォトリソグラフィー工程中にレジスト膜の光学定数が変動しても，その変動に対応した線幅測定を行うことができる。したがって，従来と比べて正確な線幅測定を行うことができる。なお，前記光学定数は，屈折率と消衰係数であってもよい。

また，レジスト膜の光学定数の測定を，基板上に形成された測定用のパターンを用いて行うことができるので，基板上のパターンの形状に左右されず，正確に光学定数を測定することができる。

前記レジスト膜の光学定数の測定と前記所定のパターンに対する光強度分布の測定とを異なる装置で行ってもよい。また，前記フォトリソグラフィー工程において基板の現像処理の後に加熱処理，冷却処理を順次行い，前記冷却処理の際に前記レジスト膜の光学定数の測定を行うようにしてもよい。この場合，レジスト膜に所定のパターンが形成されて直ぐにレジスト膜の光学定数が測定される。それ故，比較的早い段階で光学定数が測定されるので，上述したように当該測定された光学定数を用いて仮想パターンの計算上の光強度分布が算出されている間に，例えば基板を光強度分布が測定される装置に搬送したり，基板に対する他の検査を行うことができる。したがって，線幅測定を伴う一連の基板処理を効率的に行うことができる。

なお，前記レジスト膜の光学定数の測定と前記所定のパターンに対する光強度分布の測定とを同じ装置内で行ってもよい。

前記レジスト膜の光学定数の測定の後に，基板に対する他の測定を行い，その後，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うようにしてもよい。この場合，光学定数の測定値を用いて光強度分布を算出している間に，基板に対し他の測定を行うことができるので，線幅測定以外の測定を含めた一連の測定工程を効率的に行うことができる。なお，前記他の測定には，基板の欠陥検査ための測定，基板のレジスト膜の膜厚測定及び露光の重ね合わせ測定等が含まれる。
別の観点による本発明によれば，基板のフォトリソグラフィー工程において，基板上のレジスト膜に所定のパターンが形成された後に，前記レジスト膜の所定の光学定数を測定する工程と，線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する工程と，前記基板上の実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する工程と，前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とすることによって，前記所定のパターンの線幅を測定する工程と，を有し，前記フォトリソグラフィー工程において基板の現像処理の後に加熱処理，冷却処理を順次行い，前記冷却処理の際に，前記レジスト膜の光学定数の測定を行い，前記冷却処理の後に，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うことを特徴とする基板の処理方法が提供される。
前記基板の処理方法は，前記冷却処理の後に，基板に対する他の測定を行い，その後，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うようにしてもよい。
また，前記基板の処理方法は，前記フォトリソグラフィー工程において基板上に前記光学定数の測定用のパターンを形成し，前記測定用のパターンに対して，前記レジスト膜の光学定数の測定を行うようにしてもよい。
また，前記レジスト膜の光学定数の測定と前記所定のパターンに対する光強度分布の測定とを異なる装置で行うようにしてもよい。

本発明は，基板上のレジスト膜に所定のパターンを形成する基板の処理装置であって，所定のパターンが形成されたレジスト膜の所定の光学定数を測定する光学定数測定機構と，線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する制御機構と，実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する光強度分布測定機構と，を備え，前記制御機構は，前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とすることによって，前記所定のパターンの線幅を測定でき，さらに前記光強度分布測定機構は，前記実際の前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を，基板上のチップ形成領域内のパターンに対して行い，前記光学定数測定機構は，前記レジスト膜の光学定数の測定を，基板上のチップの形成領域以外の領域に形成されている平坦な光学定数測定用のパターンに対して行うことを特徴とする。

本発明によれば，基板上のレジスト膜に所定のパターンが形成された後に，レジスト膜の光学定数を測定し，その測定値を用いて仮想パターンに対する複数の光強度分布を算出し記憶できる。そして，その記憶された各光強度分布と実際測定された前記所定のパターンの光強度分布とを照合し，光強度分布が適合する仮想パターンの線幅を前記所定のパターンの線幅とすることによって，所定のパターンの線幅を測定できる。かかる場合，パターン形成後にレジスト膜の光学定数を測定し，それを仮想パターンの計算上の光強度分布に反映できるので，例えばパターン形成工程において基板の処理条件がばらつきレジスト膜の光学定数が変動しても，その変動に対応した線幅測定を行うことができる。したがって，仮想パターンの光強度分布の算出に用いる光学定数を予め定められた一定値にしていた従来に比べて，正確な線幅測定を行うことができる。なお，前記光学定数は，屈折率と消衰係数であってもよい。
別の観点による本発明は，基板上のレジスト膜にフォトリソグラフィー工程により所定のパターンを形成する基板の処理装置であって，所定のパターンが形成されたレジスト膜の所定の光学定数を測定する光学定数測定機構と，線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する制御機構と，実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する光強度分布測定機構と，を備え，前記制御機構は，前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とすることによって，前記所定のパターンの線幅を測定でき，前記フォトリソグラフィー工程において基板の現像処理の後に加熱処理，冷却処理が順次行われ，その冷却処理の際に，前記光学定数測定機構が，前記レジスト膜の光学定数の測定を行い，前記冷却処理の後に，前記光強度分布測定機構が，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うことを特徴とする。
また，前記基板の処理装置において，前記冷却処理の後に基板に対する他の測定が行われた後，前記光強度分布測定機構が，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うようにしてもよい。

前記光学定数測定機構は，基板上に形成されている測定用のパターンに対して前記光学定数の測定を行うことができてもよい。また，前記基板の処理装置は，基板を冷却処理する冷却処理ユニットをさらに備え，前記光学定数測定機構は，前記冷却処理ユニットに設けられていてもよい。この場合，レジスト膜に所定のパターンが形成された後直ちにレジスト膜の光学定数を測定できる。それ故，例えば上述したように当該測定された光学定数を用いて仮想パターンの計算上の光強度分布が算出されている間に，基板を光強度分布が測定される装置に搬送したり，基板に対する他の検査を行うことができる。したがって，線幅測定を伴う一連の基板処理を効率的に行うことができる。

本発明によれば，基板上のレジスト膜に形成された線幅の測定をより正確に行うことができる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，ウェハ上に所定のパターンを形成するフォトリソグラフィー工程が行われる塗布現像処理装置１の構成の概略を示す平面図であり，図２は，塗布現像処理装置１の正面図であり，図３は，塗布現像処理装置１の背面図である。

塗布現像処理装置１は，図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理装置１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，ウェハＷに対し所定の検査を行う検査ステーション３と，塗布現像工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理ユニットを多段配置してなる処理ステーション４と，この処理ステーション４に隣接して設けられている図示しない露光装置との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイス部５とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２では，カセット載置台６上の所定の位置に複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に沿って一列に載置できる。カセットステーション２には，搬送路７上をＸ方向に沿って移動可能なウェハ搬送体８が設けられている。ウェハ搬送体８は，上下方向にも移動可能であり，カセットＣ内に上下方向に配列されたウェハＷに対して選択的にアクセスできる。ウェハ搬送体８は，鉛直方向の軸周り（θ方向）に回転可能であり，後述する検査ステーション３側の受け渡し部１０に対してもアクセスできる。

検査ステーション３には，検査のための複数の測定ユニットが多段に配置された，例えば２つの測定ユニット群Ｈ１，Ｈ２を備えている。第１の測定ユニット群Ｈ１は，例えば検査ステーション３のＸ方向負方向（図１の下方向）側に配置され，第２の測定ユニット群Ｈ２は，例えば検査ステーション３のＸ方向正方向（図１の上方）側に配置されている。検査ステーション３のカセットステーション２側には，カセットステーション２との間でウェハＷを受け渡しするための受け渡し部１０が配置されている。この受け渡し部１０には，例えばウェハＷを載置する載置部１０ａが設けられている。第１の測定ユニット群Ｈ１と第２の測定ユニット群Ｈ２との間には，例えば搬送路１１上をＸ方向に沿って移動可能なウェハ搬送装置１２が設けられている。ウェハ搬送装置１２は，例えば上下方向に移動可能でかつθ方向にも回転自在であり，測定ユニット群Ｈ１，Ｋ２内の後述する各測定ユニット，受け渡し部１０及び処理ステーション４側の第３の処理ユニット群Ｇ３内の後述する各処理ユニットに対してアクセスできる。

第１の測定ユニット群Ｈ１には，例えば図２に示すようにウェハＷ上に形成されたパターンの線幅を測定する線幅測定ユニット２０，ウェハ表面上の欠陥を検査する欠陥検査ユニット２１が下から順に２段に重ねられている。

第２の測定ユニット群Ｈ２には，例えば図３に示すようにウェハＷ上の膜の膜厚を測定する膜厚測定ユニット２２及び露光の重ね合わせのずれを測定する重ね合わせ測定ユニット２３が下から順に２段に重ねられている。

処理ステーション４は，図１に示すように複数の処理ユニットが多段に配置された，例えば５つの処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション４のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には，検査ステーション３側から第１の処理ユニット群Ｇ１，第２の処理ユニット群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション４のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には，検査ステーション３側から第３の処理ユニット群Ｇ３，第４の処理ユニット群Ｇ４及び第５の処理ユニット群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理ユニット群Ｇ３と第４の処理ユニット群Ｇ４の間には，第１の搬送ユニット３０が設けられている。第１の搬送ユニット３０は，第１の処理ユニット群Ｇ１，第３の処理ユニット群Ｇ３及び第４の処理ユニット群Ｇ４に対して選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理ユニット群Ｇ４と第５の処理ユニット群Ｇ５の間には，第２の搬送ユニット３１が設けられている。第２の搬送ユニット３１は，第２の処理ユニット群Ｇ２，第４の処理ユニット群Ｇ４及び第５の処理ユニット群Ｇ５に対して選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

図２に示すように第１の処理ユニット群Ｇ１には，ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理ユニット，例えばウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布ユニット４０，４１，４２，露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティングユニット４３，４４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理ユニット群Ｇ２には，液処理ユニット，例えばウェハＷを現像する現像処理ユニット５０〜５４が下から順に５段に重ねられている。また，第１の処理ユニット群Ｇ１及び第２の処理ユニット群Ｇ２の最下段には，各処理ユニット群Ｇ１及びＧ２内の前記液処理ユニットに各種処理液を供給するためのケミカル室６０，６１がそれぞれ設けられている。

例えば図３に示すように第３の処理ユニット群Ｇ３には，温調ユニット７０，ウェハＷの受け渡しを行うためのトランジションユニット７１，精度の高い温度管理下でウェハＷを加熱処理する高精度温調ユニット７２〜７４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理ユニット７５〜７８が下から順に９段に重ねられている。

第４の処理ユニット群Ｇ４では，例えば高精度温調ユニット８０，レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキングユニット８１〜８４及び現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキングユニット８５〜８９が下から順に１０段に重ねられている。

第５の処理ユニット群Ｇ５では，ウェハＷを熱処理する複数の熱処理ユニット，例えば高精度温調ユニット９０〜９３，露光後のウェハＷを加熱処理するポストエクスポージャーベーキングユニット９４〜９９が下から順に１０段に重ねられている。

図１に示すように第１の搬送ユニット３０のＸ方向正方向側には，複数の処理ユニットが配置されており，例えば図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョンユニット１００，１０１，ウェハＷを加熱処理する加熱処理ユニット１０２，１０３が下から順に４段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置３１のＸ方向正方向側には，例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光ユニット１０４が配置されている。

インターフェイス部５には，例えば図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１１０上を移動するウェハ搬送体１１１と，バッファカセット１１２が設けられている。ウェハ搬送体１１１は，Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり，インターフェイス部５に隣接した図示しない露光装置と，バッファカセット１１２及び第５の処理ユニット群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

次に，上述した線幅測定ユニット２０の構成について詳しく説明する。図４は，線幅測定ユニット２０の構成の概略を示す模式図である。

線幅測定ユニット２０は，例えばウェハＷを水平に載置する載置台１２０を備えている。載置台１２０は，例えばＸ−Ｙステージを構成しており，水平方向のＸ方向とＹ方向に移動できる。載置台１２０の上方には，載置台１２０上に載置されたウェハＷに対して斜方向から光を照射する光照射部１２１と，光照射部１２１から照射されウェハＷで反射した光を検出する検出部１２２が設けられている。検出部１２２で検出した光の情報は，測定部１２３に出力できる。測定部１２３は，取得した光の情報に基づいて，ウェハＷ上に形成されている所定のパターンから反射した反射光の光強度分布を測定する機能と，ウェハＷ上のレジスト膜の光学定数，例えば屈折率ｎと消衰係数ｋを測定する機能を有している。なお，本実施の形態における光照射部１２１，検出部１２２及び測定部１２３は，光強度分布測定機構と光学定数測定機構を構成している。

線幅測定ユニット２０は，線幅を測定するための情報の処理を行う制御機構１２４を備えている。制御機構１２４は，例えば算出部１２５，記憶部１２６及び解析部１２７を有している。測定部１２３で測定された屈折率ｎと消衰係数ｋの測定値は，算出部１２５に出力できる。算出部１２５は，取得した屈折率ｎ，消衰係数ｋの測定値と，予め入力されているパターン形状，構造等の他の既知の情報に基づいて，線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を算出できる。記憶部１２６は，算出部１２５で算出された計算上の各光強度分布を記憶してそのライブラリを作成できる。

測定部１２３で測定されたウェハＷ上の実際のパターンに対する光強度分布は，解析部１２７に出力できる。解析部１２７は，測定部１２３からの実際のパターンの光強度分布と前記記憶部１２６のライブラリ内に記憶されている光強度分布とを照合し，ライブラリから光強度分布が適合する仮想パターンを選択し，その仮想パターンの線幅を実際のパターンの線幅と推定することができる。このように，制御機構１２４では，パターン形成後に測定されたレジスト膜の屈折率ｎと消衰係数ｋを用いて，仮想パターンに対する複数の光強度分布を算出し，その結果を記憶して光強度分布のライブラリを作成することができる。さらに，制御機構１２４は，ウェハＷ上の実際のパターンに対する光強度分布と，前記ライブラリ内の光強度分布とをマッチングし，適合した仮想パターンの線幅を実際のパターンの線幅とすることによって，ウェハＷ上のパターンの線幅を定めることができる。

以上のように構成された塗布現像処理装置１で行われる線幅測定のプロセスを，ウェハＷ上に所定のパターンを形成するウェハ処理のプロセスと共に説明する。

先ず，ウェハ搬送体８によって，カセット載置台６上のカセットＣ内からウェハＷが一枚取り出され，検査ステーション３の受け渡し部１０に受け渡される。受け渡し部１０に受け渡されたウェハＷは，ウェハ搬送装置１２によって処理ステーション４の第３の処理ユニット群Ｇ３に属する温調ユニット７０に搬送される。温調ユニット７０に搬送されたウェハＷは，温度調節された後，第１の搬送ユニット３０によって例えばボトムコーティングユニット４３に搬送され，反射防止膜が形成され，さらに，加熱処理ユニット１０２，高温度熱処理ユニット７５，高精度温調ユニット８０に順次搬送され，各処理ユニットにおいて所定の処理が施される。

その後ウェハＷは，第１の搬送ユニット３０によってレジスト塗布ユニット４０に搬送され，ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されたウェハＷは，プリベーキングユニット８１に搬送され，加熱処理が施された後，第２の搬送ユニット３１によって周辺露光ユニット１０４，高精度温調ユニット９３に順次搬送され，各ユニットにおいて所定の処理が施される。その後，ウェハＷは，ウェハ搬送体１１１によってインターフェイス部５を介して図示しない露光装置に搬送され，レジスト膜に所定のパターンが露光される。このとき，図５に示すように，ウェハＷ上のチップ形成領域Ａ以外の領域Ｂに，レジスト膜の屈折率ｎと消衰係数ｋを測定するための測定用のパターンＬが形成されるように，ウェハＷの露光が行われる。露光処理の終了したウェハＷは，再びインターフェイス部５を介して処理ステーション４内に戻され，第２の搬送ユニット３１によってポストエクスポージャーベーキングユニット９４，高精度温調ユニット９１に順次搬送され，所定の処理が施された後，現像処理ユニット５０に搬送されて現像処理が施される。この現像処理によりレジスト膜が選択的に溶解し，ウェハＷ上のレジスト膜に所定のパターンが形成される。このとき，ウェハＷ上の図５に示す領域Ｂには，測定用の例えば平坦なパターンＬが形成される。

現像処理の終了したウェハＷは，ポストベーキングユニット８５に搬送され加熱処理が施された後，高精度温調ユニット７２に搬送され冷却処理が施される。その後，ウェハＷは，例えばトランジションユニット７１からウェハ搬送装置１２によって検査ステーション３の第１の測定ユニット群Ｈ１に属する線幅測定ユニット２０に搬送される。その後，ウェハＷは，ウェハ搬送装置１２によって例えば欠陥検査ユニット２１，膜厚測定ユニット２２，重ね合わせ測定ユニット２３に順に搬入され，各ユニットにおいて所定の測定，検査が行われる。検査ステーション３における検査が終了したウェハＷは，ウェハ搬送装置１２によって受け渡し部１０に受け渡され，受け渡し部１０からウェハ搬送体８によってカセットＣに戻され，塗布現像処理装置１における一連のプロセスが終了する。

次に，上記線幅測定ユニット２０で行われる線幅測定のプロセスについて詳しく説明する。図６は，この線幅測定プロセスのフローを示す。所定のパターンが形成されたウェハＷが線幅測定ユニット２０内に搬入されると，ウェハＷは載置台１２０上に載置される。ウェハＷが載置台１２０上に載置されると，載置台１２０がＸ方向，Ｙ方向に移動し，光照射部１２１から照射される光の照射領域内にウェハＷ上の測定用のパターンＬが位置するように，ウェハＷの位置合わせが行われる。その後，光照射部１２１から測定用のパターンＬに光が照射され，その反射光が検出部１２２で検出される。その検出情報は，測定部１２３に出力されて処理され，ウェハＷ上のパターンの屈折率ｎと消衰係数ｋが測定される。この屈折率ｎと消衰係数ｋの測定値は，制御機構１２４の算出部１２５に出力される。算出部１２５では，屈折率ｎと消衰係数ｋの測定値を用いて，所定の仮想パターンに対する図７に示すような光強度分布Ｐが算出される。この計算上の光強度分布Ｐは，例えば仮想パターンに光を照射した場合に想定される反射光の波長に対する光強度分布であり，例えば線幅が異なる複数の仮想パターンについて算出される。

算出部１２５において複数の仮想パターンに対する光強度分布Ｐが算出されると，その算出結果が記憶部１２６に記憶される。記憶部１２６では，図８に示すように例えば各仮想パターンの線幅Ｄと，その仮想パターンの計算上の光強度分布Ｐとを対応させて記憶したライブラリが作成される。

制御機構１２４において，計算上の光強度分布Ｐの算出やそのライブラリの作成が行われている間，線幅測定ユニット２０内では，載置台１２０が移動して，例えばウェハＷ上のチップ形成領域Ａ内に光照射部１２１の照射領域が入るように，ウェハＷの位置合わせが行われる。その後，光照射部１２１からウェハＷ上のチップ形成領域Ａに光が照射され，その反射光が検出部１２２で検出される。その検出情報は，測定部１２３に出力されて処理され，ウェハＷ上の実際のパターンに対する光強度分布Ｒが測定される。

ウェハＷ上の実際のパターンの光強度分布Ｒが測定されると，その測定結果は，制御機構１２４の解析部１２７に出力される。解析部１２７では，当該実際の光強度分布Ｒと，記憶部１２６に記憶されているライブラリ内の計算上の各光強度分布Ｐとが照合され，光強度分布が適合する仮想パターンが特定される。当該特定された仮想パターンの線幅がウェハＷの実際のパターンの線幅と推定され，当該パターンの線幅が特定される。

この後，例えば測定された線幅が所定のしきい値内に収まっている場合には，塗布現像処理装置１におけるウェハ処理が継続される。線幅がしきい値を越えている場合には，塗布現像処理装置１内の線幅に影響を及ぼす処理の設定，例えばポストエクスポージャーベーキングユニット９４における加熱温度や加熱時間，現像処理ユニット５０における現像時間，現像液濃度等の調整が行われる。

以上の実施の形態によれば，仮想パターンに対する計算上の光強度分布Ｐを，屈折率ｎ，消衰係数ｋの実測値を用いて算出してそのライブラリを作成し，当該ライブラリと実際のパターンの光強度分布Ｒとを照合させて線幅を特定した。それ故，例えば塗布現像処理装置１内における処理条件のばらつきに起因してウェハＷの処理中にレジスト膜の光学定数が変動しても，その変動に対応したライブラリが作成されるので，より正確な線幅測定を行うことができる。

また，ウェハＷ上のチップ形成領域Ａ以外の領域Ｂに，屈折率ｎや消衰係数ｋの測定用のパターンＬを形成したので，ウェハＷ上のチップ形成領域のパターン形状に関わらず，レジスト膜の光学定数の測定を正確かつ簡単に行うことができる。

以上の実施の形態では，レジスト膜の屈折率ｎ，消衰係数ｋの測定と，光強度分布Ｒの測定を同じユニット内で行っていたが，異なるユニットで行ってもよい。例えば屈折率ｎ及び消衰係数ｋを測定する機構を，ポストベーキング後の冷却処理が行われる冷却処理ユニットとしての高精度温調ユニット７２に設けてもよい。この場合，高精度温調ユニット７２は，例えば図９に示すようにケーシング７２ａ内にウェハＷを冷却する冷却板１４０を備えている。冷却板１４０内には，例えば冷媒が通流する冷却管１４１が内蔵されており，冷却板１４０は，この冷却管１４１に冷媒を通流させることによって所定の温度に維持できる。冷却板１４０には，例えば上下方向に貫通する複数の貫通孔１４２が形成されており，この貫通孔１４２内には，昇降ピン１４３が配置されている。昇降ピン１４３は，例えば昇降駆動部１４４によって上下動自在であり，冷却板１４０の上方でウェハＷを受け取り冷却板１４０に載置したり，冷却板１４０に載置されたウェハＷを持ち上げ，搬送ユニットに渡したりすることができる。冷却板１４０の上方には，例えば冷却板１４０上のウェハＷに対し光を斜方向から照射する光照射部１４５と，ウェハＷの表面で反射した反射光を検出する検出部１４６が設けられている。検出部１４６で検出された反射光の情報は，測定部１４７に出力できる。測定部１４７は，その得られた情報からウェハＷ上のレジスト膜の屈折率ｎと消衰係数を測定できる。

かかる場合における線幅測定のプロセスについて説明すると，先ず，現像処理後の加熱処理が終了したウェハＷが高精度温度ユニット７２に搬送され，ウェハＷが冷却板１４０上で冷却される。この際，光照射部１４５からウェハＷに光が照射され，その反射光が検出部１４６で検出され，その反射光の情報が測定部１４７に出力される。測定部１４７において，レジスト膜の屈折率ｎと消衰係数ｋが測定される。なお，このときの屈折率ｎと消衰係数ｋの測定は，ウェハＷの温度が所定温度以下，例えば常温になってから行われてもよい。

測定部１４７で得られた屈折率ｎと消衰係数ｋの測定値は，例えば線幅測定ユニット２０の制御機構１２４に出力され，上述したように当該測定値を用いて仮想パターンに対する光強度分布Ｐのライブラリが作成される。

線幅測定ユニット２０においてライブラリが作成されている間，高精度温度ユニット７２においてウェハＷの冷却処理が終了すると，ウェハＷは，例えば検査ステーション３の他のユニット，例えば欠陥検査ユニット２１，膜厚測定ユニット２２及び重ね合わせ測定ユニット２３に順次搬送され，各ユニットで所定の測定や検査が行われる。その後ウェハＷは，線幅測定ユニット２０に搬送され，上述したようにウェハＷ上の実際のパターンに対する光強度分布Ｒが測定され，当該光強度分布Ｒとライブラリ内の計算上の光強度分布Ｐと照合することにより，線幅が特定される。

かかる場合，ウェハＷ上に所定のパターンを形成するための最後の処理が行われる高精度温調ユニット７２において，屈折率ｎと消衰係数ｋが測定されるので，比較的早い段階で光学定数の測定が行われる。それ故，線幅測定ユニット２０においてライブラリを作成している間に，ウェハＷに対して他の測定や検査を行うことができる。この結果，ライブラリの作成時間が有効に活用されるので，ウェハＷに対する測定や検査が効率よく行われ，塗布現像処理装置１全体における処理効率も向上する。

なお，レジスト膜の光学定数の測定は，高精度温調ユニット７２に限られず，塗布現像処理装置１内の他のユニットでできるようにしてもよい。例えば処理ステーション４内の他の高精度温調ユニット７３，７４等に，レジスト膜の光学定数を測定する機構を取り付けてもよい。また，図１０に示すように検査ステーション３の第１の測定ユニット群Ｈ１内に，レジスト膜の光学定数を測定する専用の光学定数測定ユニット１５０を設けてもよい。かかる場合，光学定数測定ユニット１５０が第１の測定ユニット群Ｈ１の線幅測定ユニット２０と欠陥検査ユニット２１との間に配置されてもよい。そして，光学定数測定ユニット１５０にウェハＷを搬送し，レジスト膜の屈折率ｎ，消衰係数ｋを測定した後，欠陥検査ユニット２１，膜厚測定ユニット２２等の他の測定や検査を行い，その後線幅測定ユニット２０で光強度分布を測定して線幅の特定してもよい。また，光学定数測定ユニット１５０から直接線幅測定ユニット２０にウェハＷを搬送して線幅を特定してもよい。

上述の例のように，線幅測定ユニット２０に，ウェハＷ上の実際のパターンに対する光強度分布Ｒを測定する機能があれば足りる場合，線幅測定ユニット２０は，例えば光強度分布を検出する光学系に，図１１に示すようにウェハＷに対して光を鉛直下方向に向けて照射し，その反射光を自ら検出する検出部１６０を用いてもよい。かかる場合，例えば検出部１６０で検出された反射光の情報は，測定部１２３に出力でき，測定部１２３は，当該情報に基づいて光強度分布Ｒを測定できる。この場合，上述した斜入射の光学系に比べて場所を取らないので，線幅測定ユニット２０の専有面積を低減することができる。

以上の実施の形態では，各ウェハＷの光学定数である屈折率ｎ，消衰係数ｋを実際に測定して，その実測値を仮想パターンの計算上の光強度分布Ｐのライブラリに反映させていたが，さらに，膜厚などのレジスト膜に関する他のデータを実測してその実測値をライブラリに反映させてもよい。つまり，仮想パターンの計算上の各光強度分布Ｐを，光学定数と膜厚などの他の測定値を用いて算出し，その算出結果を用いてライブラリを作成してもよい。かかる場合，例えばレジスト膜が形成されたウェハＷが図示しない露光装置に搬送されてレジスト膜に所定のパターンが露光される前に，レジスト膜の膜厚を測定し，その測定結果を用いてライブラリを作成してもよい。この場合，各ウェハＷのレジスト膜に関するより細かい情報がライブラリに反映されるので，より正確な線幅測定を行うことができる。なお，この場合の膜厚測定は，膜厚測定ユニット２２を利用して行われてもよいし，別途インターフェイス部５に設けた専用の膜厚測定ユニットを用いて行われてもよい。さらに，膜厚測定は，例えば周辺露光ユニット１０４の中に設けられた膜厚測定機構を用いて行われてもよい。

以上の実施の形態は，本発明の一例を示すものであり，本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば，上記実施の形態における検査ステーション３における測定ユニット，検査ユニットの種類や数は，任意に選択できる。また，上記実施の形態は，ウェハＷを処理する塗布現像処理装置１であったが，本発明は，ウェハ以外の基板，例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板，マスク基板，レクチル基板などの他の基板にも適用できる。

本発明は，基板に形成された所定のパターンの線幅を正確に測定する際に有用である。

本実施の形態における塗布現像処理装置の構成の概略を示す平面図である。図１の塗布現像処理装置の正面図である。図１の塗布現像処理装置の背面図である。線幅測定ユニットの構成の概略を模式的に示す説明図である。測定用のパターンが形成されたウェハの斜視図である。線幅測定プロセスのフロー図である。仮想パターンの計算上の光強度分布の一例を示す説明図である。光強度分布のライブラリの一例を示す説明図である。光学定数の測定機構を備えた高精度温調ユニットの構成の概略を示す縦断面の説明図である。光学定数測定ユニットを備えた塗布現像処理装置の正面図である。鉛直方向に光を照射する線幅測定ユニットの構成の概略を示す説明図である。

符号の説明

１塗布現像処理装置
３検査ステーション
２０線幅測定ユニット
１２１光照射部
１２２検出部
１２４制御機構
１２５算出部
Ｗウェハ

Claims

基板上のレジスト膜に形成された所定のパターンの線幅を測定する方法であって，
基板上に前記所定のパターンが形成された後に，前記レジスト膜の所定の光学定数を測定する工程と，
線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する工程と，
前記基板上の実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する工程と，
前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とする工程と，を有し，
前記実際の前記所定のパターンに対する光強度分布の測定は，基板上のチップ形成領域内のパターンに対して行い，
前記レジスト膜の光学定数の測定は，基板上のチップの形成領域以外の領域に形成されている平坦な光学定数測定用のパターンに対して行うことを特徴とする，線幅測定方法。
前記光学定数は，屈折率と消衰係数であることを特徴とする，請求項１に記載の線幅測定方法。
基板のフォトリソグラフィー工程において，
基板上のレジスト膜に所定のパターンが形成された後に，前記レジスト膜の所定の光学定数を測定する工程と，
線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する工程と，
前記基板上の実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する工程と，
前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とすることによって，前記所定のパターンの線幅を測定する工程と，を有し，
前記フォトリソグラフィー工程において基板上のチップの形成領域以外の領域に平坦な光学定数測定用のパターンを形成し，
前記実際の前記所定のパターンに対する光強度分布の測定は，基板上のチップの形成領域内のパターンに対して行い，
前記レジスト膜の光学定数の測定は，前記基板上のチップの形成領域以外の領域の前記光学定数測定用のパターンに対して行うことを特徴とする，基板の処理方法。
前記レジスト膜の光学定数の測定と前記所定のパターンに対する光強度分布の測定とを異なる装置で行うことを特徴とする，請求項３に記載の基板の処理方法。
前記フォトリソグラフィー工程において基板の現像処理の後に加熱処理，冷却処理を順次行い，
前記冷却処理の際に，前記レジスト膜の光学定数の測定を行うことを特徴とする，請求項４に記載の基板の処理方法。
前記レジスト膜の光学定数の測定と前記所定のパターンに対する光強度分布の測定とを同じ装置内で行うことを特徴とする，請求項３に記載の基板の処理方法。
前記レジスト膜の光学定数の測定の後に，基板に対する他の測定を行い，その後，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うことを特徴とする，請求項３〜６のいずれかに記載の基板の処理方法。
基板のフォトリソグラフィー工程において，
基板上のレジスト膜に所定のパターンが形成された後に，前記レジスト膜の所定の光学定数を測定する工程と，
線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する工程と，
前記基板上の実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する工程と，
前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とすることによって，前記所定のパターンの線幅を測定する工程と，を有し，
前記フォトリソグラフィー工程において基板の現像処理の後に加熱処理，冷却処理を順次行い，
前記冷却処理の際に，前記レジスト膜の光学定数の測定を行い，
前記冷却処理の後に，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うことを特徴とする，基板の処理方法。
前記冷却処理の後に，基板に対する他の測定を行い，その後，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うことを特徴とする，請求項８に記載の基板の処理方法。
前記フォトリソグラフィー工程において基板上に前記光学定数の測定用のパターンを形成し，
前記測定用のパターンに対して，前記レジスト膜の光学定数の測定を行うことを特徴とする，請求項８又は９に記載の基板の処理方法。
前記レジスト膜の光学定数の測定と前記所定のパターンに対する光強度分布の測定とを異なる装置で行うことを特徴とする，請求項８〜１０のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記光学定数は，屈折率と消衰係数であることを特徴とする，請求項３〜１１のいずれかに記載の基板の処理方法。
基板上のレジスト膜に所定のパターンを形成する基板の処理装置であって，
所定のパターンが形成されたレジスト膜の所定の光学定数を測定する光学定数測定機構と，
線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する制御機構と，
実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する光強度分布測定機構と，を備え，
前記制御機構は，前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とすることによって，前記所定のパターンの線幅を測定でき，
さらに前記光強度分布測定機構は，前記実際の前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を，基板上のチップ形成領域内のパターンに対して行い，
前記光学定数測定機構は，前記レジスト膜の光学定数の測定を，基板上のチップの形成領域以外の領域に形成されている平坦な光学定数測定用のパターンに対して行うことを特徴とする，基板の処理装置。
基板を冷却処理する冷却処理ユニットをさらに備え，
前記光学定数測定機構は，前記冷却処理ユニットに設けられていることを特徴とする，請求項１２又は１３のいずれかに記載の基板の処理装置。
基板上のレジスト膜にフォトリソグラフィー工程により所定のパターンを形成する基板の処理装置であって，
所定のパターンが形成されたレジスト膜の所定の光学定数を測定する光学定数測定機構と，
線幅の異なる複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各光強度分布を前記光学定数の測定値を用いて算出し，その算出結果を記憶する制御機構と，
実際の前記所定のパターンに光を照射し，その反射光の光強度分布を測定する光強度分布測定機構と，を備え，
前記制御機構は，前記測定された実際の前記所定のパターンに対する光強度分布と前記記憶されている前記仮想パターンに対する計算上の各光強度分布とを照合し，光強度分布が適合した仮想パターンの線幅を実際の前記所定のパターンの線幅とすることによって，前記所定のパターンの線幅を測定でき，
前記フォトリソグラフィー工程において基板の現像処理の後に加熱処理，冷却処理が順次行われ，その冷却処理の際に，前記光学定数測定機構が，前記レジスト膜の光学定数の測定を行い，前記冷却処理の後に，前記光強度分布測定機構が，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うことを特徴とする，基板の処理装置。
前記冷却処理の後に基板に対する他の測定が行われた後，前記光強度分布測定機構が，前記所定のパターンに対する光強度分布の測定を行うことを特徴とする，請求項１５に記載の基板の処理装置。
前記光学定数測定機構は，基板上に形成されている測定用のパターンに対して前記光学定数の測定を行うことができることを特徴とする，請求項１６に記載の基板の処理装置。
前記光学定数は，屈折率と消衰係数であることを特徴とする，請求項１３〜１７のいずれかに記載の基板の処理装置。