JP4098281B2 - 露光装置のフォーカスモニタ方法およびそれ用いた露光方法 - Google Patents

Description

この発明は、フォトリソグラフィ工程において、生産中に露光装置のフォーカス値をモニタする露光装置のフォーカスモニタ方法およびそれを用いた露光方法に関する。

従来のフォーカスモニタの方法として、例えば、特許文献１に記載されているものがある。

フォーカスの変動に対する寸法変化の傾向が互いに異なる２つのパターンをレチクル上に配置し、ウエーハ上に塗布したレジストに対して、露光装置のフォーカス値を一定間隔で変えながら、それぞれのフォーカス値に対して、レジストパターンを転写する。当該２つのレジストパターンについて、第１のパターン部として、フォーカスがプラス方向にずれるとエッジ幅が増加するパターンを、第２のパターン部として、フォーカスがマイナス方向にずれるとエッジ幅が増加するパターンを用いる。なお、図５に示すように、第１のパターン部としては、残しパターンが、第２のパターン部としては、抜きパターンが設けられる。

現像後に、一定間隔で露光装置のフォーカス値を変えたときの各フォーカス値の設定毎の第１のパターン部のライン幅６４とエッジ幅６２を測長し、第２のパターン部のエッジ幅５４を測長する。ここで寸法の測長には、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下、ＳＥＭと示す）を用いる。

その後、図６(ａ)に示すように、グラフの横軸方向に一定間隔で変えた露光装置のフォーカス値を、縦軸方向に前記測定した第１のレジストパターンの寸法をとり、測定点をプロットすると、第１のレジストパターンの曲線６５を得る。同様に、図６(ｂ)には、第２のレジストパターンの曲線６６を得る。

エッジ幅６２は、マイナスフォーカス側において大きな変動を示すが、プラス側での変動が小さいのに対し、エッジ幅５４は、マイナスフォーカス側において小さな変動を示すが、プラス側での変動が大きい。ここで、図６に示したグラフは、ＣＤ（Critical Dimension）フォーカス曲線と称される。

エッジ幅６２とエッジ幅５４の挙動の違いを利用して、２個のエッジ幅からフォーカス値を求めるモデルを作成する。図７にモデルの一例を示す。ここで、曲線６８は、エッジ幅６２とエッジ幅５４の差に関する曲線である。

なお、ライン幅６４に対して、パターン幅と露光量の関係を示す図８を当てはめることによって、露光量のずれを算出する。ここで、曲線６９は、露光量が増えるとリニアに減少する関係がある。
特開２００３−５９８１３号公報

しかしながら、従来のフォーカスモニタ方法には、次の課題がある。

多くの場合、レジストの寸法特性は、残しパターンと抜きパターンで異なる。そのため、レジストによっては、前記フォーカス値を求めるモデルの作成が困難となる。

また、エッジ幅は、露光装置毎に差が生じる。これは露光装置に固有のレンズ収差に起因する。このことは、前記モデルの適用が難しくなることを意味する。

したがって、この発明の目的は、フォトリソグラフィ工程において、生産中に露光装置のフォーカス値をモニタする露光装置のフォーカスモニタ方法およびそれを用いた露光方法を提供することである。

前記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の露光装置のフォーカスモニタ方法は、製品の生産においてウエーハ上にレジストを塗布し、露光装置を用いて前記レジストを露光し、前記露光装置によるベストフォーカス値が互いに異なるとともに寸法が前記露光装置のフォーカス値に依存する２種類のパターンを前記レジストに形成する工程と、前記２種類のパターンの寸法を測定して前記２種類のパターン間の寸法差を算出する工程と、予め前記露光装置のフォーカス値を変えながら、該フォーカス値のそれぞれにおける前記２種類のパターン寸法間の差を求めることによって作成した、前記２種類のパターン寸法間の差と前記露光装置のフォーカス値との対応関係と前記算出した２種類のパターン間の寸法差とを比較することによって、前記製品の生産において前記２種類のパターンを形成したときの前記露光装置のフォーカス値を得る工程とを含むことを特徴とする。

請求項２記載の露光装置のフォーカスモニタ方法は、請求項１記載の露光装置のフォーカスモニタ方法において、前記レジスト上における、前記露光装置の１ショット露光領域内の２つ以上の複数の箇所に前記２種類のパターンを形成し、前記１ショット露光領域内の前記複数の箇所における前記露光装置の各フォーカス値からフォーカス値分布を得ることを特徴とする。

請求項３記載の露光方法は、請求項１に記載の露光装置のフォーカスモニタ方法を用いてモニタした前記露光装置のフォーカス値の前記生産で設定する露光装置のベストフォーカス値からのずれであるデフォーカス量を求め、前記露光装置のフォーカス値が前記生産で設定するベストフォーカス値となるように、前記モニタした露光装置のフォーカス値を前記デフォーカス量だけ補正し、次の製品の生産において前記露光装置を用いて露光することを特徴とする。

この発明の請求項１記載の露光装置のフォーカスモニタ方法によれば、ベストフォーカスが異なる２つのパターンの寸法について、当該寸法差とフォーカス値は固有の関係を持つため、生産におけるウエーハ上の寸法差からフォーカス値をモニタできる。

このようにすれば、フォーカス値をモニタするために、設備の稼動をとめる必要がなく、設備の稼働率向上が可能となる。さらに当該フォーカスモニタ方法は、生産毎に行うため、生産に用いるレジスト毎にフォーカス値のモニタが可能となる。

請求項２では、レジスト上における、露光装置の１ショット露光領域内の２つ以上の複数の箇所に２種類のパターンを形成し、１ショット露光領域内の複数の箇所における露光装置の各フォーカス値からフォーカス値分布を得るので、結像面のフォーカス分布を得ることが可能となる。

この発明の請求項３記載の露光方法によれば、請求項１記載の露光装置のフォーカスモニタ方法を用いてモニタした露光装置のフォーカス値の生産で設定する露光装置のベストフォーカス値からのずれであるデフォーカス量を求め、露光装置のフォーカス値が生産で設定するベストフォーカス値となるように、モニタした露光装置のフォーカス値をデフォーカス量だけ補正し、次の製品の生産において露光装置を用いて露光するので、デフォーカス量を用いてフォーカスの調整が可能となり、安定した生産が可能となる。

この発明の第１の実施の形態に係る露光装置のフォーカスモニタ方法を図１および図２に基づいて説明する。

図1（ａ）は、当該実施の形態に係るフォーカスモニタ方法により得るデータを概念的に示す図、（ｂ）はそのフォーカスモニタ方法の検量線の概念を示す図である。

図2（ａ）は、当該実施の形態に係る露光装置で使用するレチクルの概念図である。このレチクル２０の領域２２は、生産で使用する露光パターン、すなわち、ウエーハに集積回路を形成するための露光パターンが描画される領域である。また、領域２４には、当該フォーカスモニタ方法に用いるパターンが描画されている。

図２（ｂ）は、領域２４を拡大して示す概念図である。領域２４には、ライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅ、およびライン・アンド・スペース１２ｅの３つのパターンが描画されている。

すなわち、フォトリソグラフィにより、レジストを塗布したウエーハ上にベストフォーカスの異なる２つのパターン（ベストフォーカス８をもつライン・アンド・スペース２ｅ、ベストフォーカス６をもつドット４ｅ）、および、寸法の基準を決める１つのパターン（ライン・アンド・スペース１２ｅ）を形成し、ベストフォーカスの異なる２つのパターン２ｅ，４ｅの共通の焦点深度７から決まるフォーカス値の最小値１４ａと最大値１６ａの平均値が、生産で設定するフォーカス値に等しくなり、かつ、寸法の基準を決める１つのパターンの寸法１２ｂが、生産で要求される寸法となるように露光装置の露光量を設定し、露光装置のフォーカス値を変えながら、それぞれのフォーカス値におけるベストフォーカスの異なる２つのパターンの寸法２ｂ，４ｂを測定したとき、寸法の差１３とフォーカス値との対応関係から検量線１７を求め、生産におけるパターン形成の露光時に、ベストフォーカスの異なる２つのパターン２ｅ，４ｅの寸法の差１３を測定することにより、寸法の差１３と検量線１７から露光装置のフォーカス値をモニタする。

この場合、当該レチクル２０を用い、ウエーハ上に塗布したレジストに対して、露光装置のフォーカス値を一定間隔で変えながら、それぞれのフォーカス値に対して、レジストパターンを転写する。

現像後に、一定間隔で露光装置のフォーカス値を変えたときの各フォーカス値の設定毎のライン・アンド・スペース２ｅの寸法２ｆ、ドット４ｅの寸法４ｆ、ライン・アンド・スペース１２ｅの寸法１２ｆを測定する。

その後、図１に示すように、グラフの横軸方向に一定間隔で変えた露光装置のフォーカス値を、縦軸方向に前記測定したライン・アンド・スペース２ｅの寸法２ｆ、ドット４ｅの寸法４ｆ、ライン・アンド・スペース１２ｅの寸法１２ｆをとり、測定点をプロットすると、ライン・アンド・スペース２ｅのＣＤフォーカス曲線２ａ、ドット４ｅのＣＤフォーカス曲線４ａ、ライン・アンド・スペース１２ｅのＣＤフォーカス曲線１２ａを得る。

ここで、当該３つのパターンの設定は、図１（ａ）に示すように、寸法のフォーカス依存性が、以下になるように設定する。

まず、ライン・アンド・スペース１２ｅのＣＤフォーカス曲線１２ａより、任意のフォーカスにおける寸法が、当該生産の対象のデバイスで要求される寸法１２ｂとなるように露光装置の露光量を設定する。ここで、ライン・アンド・スペース１２ｅは、寸法のフォーカス依存性がほとんどないライン・アンド・スペースを選定する。

さらに、当該３つのパターン、すなわち、ライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅ、およびライン・アンド・スペース１２ｅのそれぞれの寸法２ｆ、寸法４ｆ、寸法１２ｆの関係は、寸法２ｆ＜寸法４ｆ＜寸法１２ｆとする。

そして、ライン・アンド・スペース２ｅのフォーカス曲線２ａより得る焦点深度２ｄと、ドット４ｅのＣＤフォーカス曲線４ａより得る焦点深度４ｄから、図１（ａ）に示すＣＤフォーカス曲線２ａの最小の寸法２ｃのときのマイナス側のフォーカス値１４ａと、ＣＤフォーカス曲線４ａの最小の寸法４ｃのときのプラス側のフォーカス値１６ａを算出し、これらの値の平均値が、生産に用いるベストフォーカス１０ａとなるようにする。

なお、当該フォーカスモニタ方法を適用する露光装置としては、ステッパとスキャナのどちらでも可能である。また、当該パターンの形状は、ライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅ、およびライン・アンド・スペース１２ｅのパターンを挙げたが、これに限らない。

以下では、ライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅ、およびライン・アンド・スペース１２ｅを有するレチクル２０を用いて、当該フォーカスモニタの図１（ｂ）に示す検量線１７を作成する手順を説明する。

まず、ライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅ、およびライン・アンド・スペース１２ｅをフォトレジストを塗布したウエーハ上に形成する。当該３つのパターンは、露光装置のフォーカス値を変えながら、すなわち、デフォーカスしながら、それぞれのデフォーカス値において形成する。

次に当該形成した３つのパターンについて、それぞれのデフォーカス値において、ライン・アンド・スペース２ｅの寸法２ｂとドット４ｅの寸法４ｂを測定し、これら２つの寸法差１３を算出する。当該寸法差１３とそのときの露光装置のフォーカス値１５ａとを対応させ、図1（ｂ）に示す検量線１７を得る。

以下では、当該検量線１７を用いて、フォーカスをモニタする方法を説明する。

生産におけるパターン形成時の露光は、あらかじめ設定したフォーカス値、すなわち、ベストフォーカス１０ａで行う。ここで、レチクル２０の領域２４には、ライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅ、およびライン・アンド・スペース１２ｅが描画されているため、同時に露光される。また、露光量は、ライン・アンド・スペース１２ｅの寸法１２ｆが、デバイスで要求される寸法１２ｂとなるように設定しているものとする。

このとき、ウエーハ上へ転写されたライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅのそれぞれの寸法２ｂ、寸法４ｂを測定し、寸法差１３を算出する。

寸法差１３が、ベストフォーカス１０ａでの寸法差３に等しい場合は、検量線１７より得るフォーカス値１５ａは、同じく検量線１７より得る露光装置のベストフォーカス１０ａに等しい。したがって、当該生産におけるパターン形成時の露光では、フォーカスずれがなかったことをモニタできる。また、寸法差１３が、ベストフォーカス１０ａでの寸法差３と異なる場合は、検量線１７より得る１５ａは、同じく検量線１７より得る露光装置のベストフォーカス１０ａと異なる。したがって、当該生産におけるパターン形成時の露光では、フォーカスずれがあったことがモニタできる。

なお、これまでは、図２（ｂ）に示すライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅ、およびライン・アンド・スペース１２ｅを例にとり、それぞれについて縦方向の寸法２ｆ、寸法４ｆ、寸法１２ｆを測定し、検量線１７を作成した。しかし、図２（ｃ）に示すように、横方向のライン・アンド・スペース５ｅ、ドット９ｅ、およびライン・アンド・スペース１１ｅについて、それぞれの寸法１１ｆ、寸法５ｆ、寸法９ｆを測定しても検量線は作成できる。その結果、横方向についても、縦方向と同様の方法でフォーカス値を算出できる。

本発明の実施形態のフォーカスモニタ方法では、縦方向と横方向のフォーカス値を考慮して、これらの平均値のフォーカス値をモニタすることが望ましい。

以上のように当該実施の形態によれば、リソグラフィのプロセスにおいて、レチクル２０上に、それぞれ寸法２ｆ、寸法４ｆ、寸法１２ｆであるライン・アンド・スペース２ｅ、ドット４ｅ、およびライン・アンド・スペース１２ｅを設け、レチクル２０上のライン・アンド・スペース１２ｅの寸法１２ｆが、生産で必要な寸法１２ｂになるように露光装置の露光量を設定し、ライン・アンド・スペース２ｅとドット４ｅの共通の焦点深度７のフォーカス値の最小値１４ａと最大値１６ａについて、これらの平均値が生産で設定するベストフォーカス１０ａに等しくなる露光方法において、ウエーハ上のライン・アンド・スペース２ｅの寸法２ｂとドット４ｅの寸法４ｂについて、これらの寸法差１３とフォーカス値１５ａは固有の関係をもつため、寸法差１３からベストフォーカス１５ａへ変換する検量線１７を作成すれば、生産におけるウエーハ上の寸法差１３からフォーカス値１５ａをモニタできる。

このようにすれば、フォーカス値をモニタするために、設備の稼動をとめる必要がなく、設備の稼働率向上が可能となる。さらに当該フォーカスモニタ方法は、生産毎に行うため、生産に用いるレジスト毎にフォーカス値のモニタが可能となる。

この発明の第２の実施の形態に係る露光装置のフォーカスモニタ方法を図３に基づいて説明する。

図３（ａ）は、当該実施の形態に係る露光装置で使用するレチクルの概念図である。図２（ａ）のレチクル２０では、当該フォーカスモニタ方法に用いるパターンを露光装置におけるショット内の中央の１箇所の領域２４に配置したのに対し、図３（ａ）のレチクル３８では、当該フォーカスモニタ方法に用いるパターンを露光装置におけるショット内の５箇所に配置した。ここで、当該ショット内の５箇所とは、ショット内の中央４２、および、ショット内の右上４４、ショット内の右下４６、ショット内の左上４８、ショット内の左下５０である。他の部分の構成は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様であるから、同一部分には同一符号を付し、説明は省略する。

このようにすると露光装置におけるショット内の５箇所でフォーカス値が得られる。その結果、露光装置におけるショット内、すなわち結像面のフォーカス分布を得ることが可能となる。

なお、当該フォーカスモニタ方法に用いるパターンの配置は、露光装置におけるショット内の５箇所であるが、２箇所以上あれば良い。

以上のように、当該実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の方法を露光装置のショット内の５箇所に用いることで、露光装置の結像面のフォーカス分布をモニタできる。このようにすれば、フォーカス値をモニタするために、設備の稼動をとめる必要がなく、設備の稼働率向上が可能となる。

この発明の第３の実施の形態に係る露光方法を図４に基づいて説明する。

図４は、当該実施の形態に係るデフォーカス量を生産におけるパターン形成のための露光に反映させる方法を示す。図１（ａ）、（ｂ）と同一の部分には、同一の符号を付している。

当該デフォーカスをモニタする方法に用いるレチクル、および、パターンは、それぞれ第１の実施の形態と同じ図２（ａ）、図２（ｂ）、（ｃ）を用いる。また、パターンの形成方法、パターンの寸法測定方法、寸法差の計算方法、およびその他の構成は、第１の実施の形態と同じであり、説明を省略する。

以下では、図４で、当該デフォーカス量を算出する方法を述べる。

通常、生産におけるパターン形成のための露光では、露光装置のベストフォーカス１０ａは、ゼロであるとは限らない。デフォーカス量の算出には、ベストフォーカス１０ａがゼロとなるように図１（ｂ）を変換すると良い。

その結果、図１（ｂ）の横軸がフォーカスを示していたのに対し、図４の横軸は、デフォーカス量を示す。例えば、図１（ｂ）のフォーカス１５ａは、露光装置のフォーカス値を示したが、図４では、ベストフォーカス１０ｂに対するデフォーカス量１５ｂとなる。
次に、デフォーカス量１５ｂを生産におけるパターン形成のための露光に反映させる方法を述べる。

図４において、寸法差１３のとき、当該露光においてデフォーカス量１５ｂとなる。すなわち、ベストフォーカス１０ｂからデフォーカス量１５ｂだけフォーカスがずれていることがわかる。生産において、デフォーカス量１５ｂは、補正１１をすることが望ましい。そのため、当該生産の次に行う生産では、デフォーカス量１５ｂを反映させて、露光装置のフォーカスを調整する。

以上のように、当該実施の形態によれば、ベストフォーカス１０ｂからデフォーカス量１５ｂを算出できるので、生産における露光において、デフォーカス量１５ｂを用いて露光装置のフォーカスの調整が可能となる。

以上のように、当該実施の形態によれば、生産している製品でデフォーカス量をモニタし、デフォーカス量を反映させて露光装置のフォーカス値を調整できるので、安定した生産が可能となる。その結果、寸法の制御性が向上するので、製品の品質が向上する。

本発明に係る露光装置のフォーカスモニタ方法およびそれを用いた露光方法は、フォーカス値をモニタするために、設備の稼動をとめる必要がなく、設備の稼働率向上が可能となる。さらに当該フォーカスモニタ方法は、生産毎に行うため、生産に用いるレジスト毎にフォーカス値のモニタが可能となり、生産中に露光装置のフォーカス値をモニタする方法に有用である。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るフォーカスモニタ方法により得るデータを概念的に示す図、（ｂ）はそのフォーカスモニタ方法の検量線の概念を示す図である。 （ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る露光装置で使用するレチクルの概念図、（ｂ）は（ａ）に示したレチクルの一部を拡大して示した概念図、（ｃ）は（ａ）に示したレチクルの一部を拡大して示した他の例の概念図である。 （ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る露光装置で使用するレチクルの概念図、（ｂ）は（ａ）に示したレチクルの一部を拡大して示した概念図、（ｃ）は（ａ）に示したレチクルの一部を拡大して示した他の例の概念図である。 本発明の第３の実施の形態に係るフォーカスモニタ方法の検量線の概念を示す図である。 従来のフォーカスモニタ方法のレジストパターンの断面図である。 フォーカスに対するエッジ幅の変化を示すグラフである。 フォーカスに対するエッジ幅の変化を示すグラフである。 パターン幅と露光量の関係を示すグラフである。

符号の説明

２ａ ライン・アンド・スペースのＣＤフォーカス曲線
２ｂ ウエーハ上のライン・アンド・スペースの寸法
２ｄ ライン・アンド・スペースの焦点深度
２ｅ レチクル上のライン・アンド・スペース
２ｆ レチクル上のライン・アンド・スペースの寸法
３ ベストフォーカス時のライン・アンド・スペースとドットの寸法差
４ａ ドットのＣＤフォーカス曲線
４ｂ ウエーハ上のドットの寸法
４ｄ ドットの焦点深度
４ｅ レチクル上のドット
４ｆ レチクル上のドットの寸法
７ ライン・アンド・スペースとドットの共通の焦点深度
１０ａ ベストフォーカス
１２ａ ライン・アンド・スペースのＣＤフォーカス曲線
１２ｂ ウエーハ上のライン・アンド・スペースの寸法
１２ｅ レチクル上のライン・アンド・スペース
１２ｆ レチクル上のライン・アンド・スペースとドットの寸法
１３ デフォーカス時のライン・アンド・スペースの寸法差
１４ａ ライン・アンド・スペースとドットの共通の焦点深度のフォーカス値の最小値
１５ａ デフォーカス時のフォーカス値
１６ａ ライン・アンド・スペースとドットの共通の焦点深度のフォーカス値の最大値
１７ 検量線
２０ レチクル
２２ 露光パターンが描画される領域
２４ フォーカスモニタのパターンが描画される領域

Claims (3)

1. 製品の生産においてウエーハ上にレジストを塗布し、露光装置を用いて前記レジストを露光し、前記露光装置によるベストフォーカス値が互いに異なるとともに寸法が前記露光装置のフォーカス値に依存する２種類のパターンを前記レジストに形成する工程と、前記２種類のパターンの寸法を測定して前記２種類のパターン間の寸法差を算出する工程と、予め前記露光装置のフォーカス値を変えながら、該フォーカス値のそれぞれにおける前記２種類のパターン寸法間の差を求めることによって作成した、前記２種類のパターン寸法間の差と前記露光装置のフォーカス値との対応関係と前記算出した２種類のパターン間の寸法差とを比較することによって、前記製品の生産において前記２種類のパターンを形成したときの前記露光装置のフォーカス値を得る工程とを含むことを特徴とする露光装置のフォーカスモニタ方法。
2. 前記レジスト上における、前記露光装置の１ショット露光領域内の２つ以上の複数の箇所に前記２種類のパターンを形成し、前記１ショット露光領域内の前記複数の箇所における前記露光装置の各フォーカス値からフォーカス値分布を得ることを特徴とする請求項１に記載の露光装置のフォーカスモニタ方法。
3. 請求項１に記載の露光装置のフォーカスモニタ方法を用いてモニタした前記露光装置のフォーカス値の前記生産で設定する露光装置のベストフォーカス値からのずれであるデフォーカス量を求め、前記露光装置のフォーカス値が前記生産で設定するベストフォーカス値となるように、前記モニタした露光装置のフォーカス値を前記デフォーカス量だけ補正し、次の製品の生産において前記露光装置を用いて露光することを特徴とする露光方法。

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