JP4397836B2 - フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置，プログラム及びプログラムを読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置，プログラム及びプログラムを読み取り可能な記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置，プログラム及びプログラムを読み取り可能な記録媒体に関する。
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，レジスト膜内の化学反応を促進させる露光後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング），露光されたレジスト膜を現像液により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。
ところで，ウェハ上には，ウェハ面内で均一な所定寸法の線幅のレジストパターンを形成する必要がある。また，レジストパターンの線幅は，例えばフォトリソグラフィー工程における露光処理やその後の加熱処理の処理条件に大きく影響を受ける。このため，フォトリソグラフィー工程の処理条件の設定方法として，ウェハ上に形成されたレジストパターンの線幅を測定し，その測定結果に基づいて，露光後の加熱処理時の加熱温度を設定することが提案されている（例えば，特許文献１参照。）。
特開２００１-１４３８５０号公報
しかしながら，上述の線幅測定には，ウェハに電子線を照射して線幅を測定する電子式のいわゆるＣＤ−ＳＥＭ（Scanning electron microscope）を用いる必要があった。この場合，ウェハに多量の電子が衝突するので，例えばウェハ上のレジストパターンが損傷することがあった。このため，線幅測定の精度が十分に確保されず，その線幅測定の結果に基づいて行われる加熱温度の設定も十分な精度を確保することが難しかった。また，ＣＤ―ＳＥＭによる線幅測定には，時間がかかるという欠点もあった。
また，従来の線幅測定の結果には，露光後の加熱温度を調整しても制御できない成分，例えば露光処理時のフォーカスに起因する成分（フォーカス成分）が含まれている。このため，従来のように線幅測定の結果に基づいて，加熱温度を制御してウェハ面内の線幅を均一に揃えようとしても限界があった。
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，加熱温度などの処理条件の設定に必要な線幅の検出を迅速かつ正確に行い，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定を適正に行う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，基板上にレジストパターンを形成するフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法であって，既存の処理条件の設定のフォトリソグラフィー工程において，光源の０次光を透過させる領域と，前記光源の光を透過させない領域を有するマスクを用いて基板上の膜を露光し，その後現像して，基板上の膜を減少させる工程と，前記減少した膜の膜厚を測定する工程と，前記二つの領域に対応した基板上の膜の相互間の膜厚差を算出することにより膜厚減少量を求め，予め求められている膜厚減少量と線幅との相関により，前記求められた膜厚減少量をレジストパターンの線幅に換算する工程と，前記換算された線幅に基づいて，新たな処理条件を設定する工程と，を有することを特徴とする。
本発明によれば，膜厚減少量が膜厚差によって求められるので，例えば膜厚測定時の膜の下地による測定誤差が相殺され，より精度の高い膜厚減少量を算出することができる。この結果，より正確な線幅が算出され，より精度の高い処理条件の設定を行うことができる。
なお，光源の０次光のみを透過させるマスクを用いて露光が行われる場合，０次光と１次光以上との干渉により生じる光のフォーカス成分を除いて，基板上の膜を露光することができる。その露光とその後の現像により減少された膜の膜厚を測定し，当該膜厚を線幅に換算するので，フォーカスに起因しない分の線幅を算出し，その線幅に基づいて，処理条件の設定を行うことができる。したがって，制御可能な線幅成分から，処理条件を設定できるので，より正確な設定を行うことができる。また，膜厚を測定して，その膜厚を線幅に換算するので，従来のようにＣＤ−ＳＥＭを用いずに膜厚測定装置を用いて線幅を検出できる。膜厚測定装置を用いることにより，レジストパターンを損傷することがなく正確な測定を行うことができ，また測定の所要時間を短縮することができる。
前記算出された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光後，現像前の加熱時の加熱温度を設定してもよい。また，前記算出された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光時の露光量を設定してもよい。これらの場合，露光後の加熱温度や露光時の露光量に依存する線幅が算出され，その線幅に基づいて加熱温度や露光量が設定されるので，より最適な処理条件の設定を行うことができる。
前記マスクには，０次光を透過させ，なおかつ透過率が異なる複数の領域が形成されていてもよい。このように，マスクに減光率が異なる複数の領域を形成することにより，例えば露光に対する膜の感度が変わった場合であっても，いずれかの領域を使用することにより露光時の光を十分に減光して，現像後に膜を残すことができる。この結果，上記膜厚の測定を確実に行うことができる。
別の観点による本発明は，基板上にレジストパターンを形成するフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置であって，既存の処理条件の設定のフォトリソグラフィー工程において，光源の０次光を透過させる領域と，前記光源の光を透過させない領域が形成されたマスクを用いて基板上の膜を露光し，その後現像して基板上の膜を減少させたときの基板上の膜厚を測定する膜厚測定部と，前記マスクの二つの領域に対応した基板上の膜の相互間の膜厚差を算出することにより膜厚減少量を求め，予め求められている膜厚減少量と線幅との相関により，前記求められた膜厚減少量をレジストパターンの線幅に換算し，前記換算された線幅に基づいて，新たな処理条件を設定する設定部と，を有することを特徴とする。
なお，光源の０次光のみを透過させるマスクを用いる場合，光源の光から露光時のフォーカス成分となる１次光以上の光が除外され，基板上の膜が０次光のみによって露光される。その露光とその後現像により減少した膜厚を測定し，当該膜厚測定結果から，予め求められている膜厚と線幅との相関により線幅を算出できる。したがって，従来のようにＣＤ−ＳＥＭを用いずに膜厚測定部を用いて線幅を検出できる。したがって，レジストパターンを損傷することがなく正確な測定を行うことができ，また測定の所要時間を短縮することができる。以上のように，フォーカス成分の影響を除いた線幅を迅速かつ正確に検出することができるので，その線幅に基づいた処理条件の設定を適正に行うことができる。
前記設定部は，前記算出された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光後，現像前の加熱時の加熱温度を設定してもよい。また前記設定部は，前記算出された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光時の露光量を設定してもよい。
前記マスクには，０次光を透過させ,なおかつ透過率が異なる複数の領域が形成されていてもよい。
別の観点による本発明によれば，前記フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置における設定部の機能をコンピュータに実現させるためのプログラムが提供される。
別の観点による本発明によれば，前記フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置の設定部の機能をコンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
本発明によれば，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定をより適正に行うことができ，レジストパターンの線幅の寸法精度や基板面内の均一性を向上できる。
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，本実施の形態にかかるフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置が適用される塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図であり，図２は，塗布現像処理システム１の正面図であり，図３は，塗布現像処理システム１の背面図である。
塗布現像処理システム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システム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，フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられている露光装置Ｅとの間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイス部４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には，カセット載置台５が設けられ，当該カセット載置台５は，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には，搬送路６上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体７が設けられている。ウェハ搬送体７は，カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり，Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。
ウェハ搬送体７は，Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり，後述する処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属する温調装置６０やトランジション装置６１に対してもアクセスできる。
カセットステーション２の例えば背面側には，後述する膜厚測定部としての膜厚測定装置１１０が隣接されて接続されている。ウェハ搬送体７は，膜厚測定装置１１０に対してもウェハＷを搬送することができる。
カセットステーション２に隣接する処理ステーション３は，複数の処理装置が多段に配置された，例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション３のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には，カセットステーション２側から第１の処理装置群Ｇ１，第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には，カセットステーション２側から第３の処理装置群Ｇ３，第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には，第１の搬送装置１０が設けられている。第１の搬送装置１０は，第１の処理装置群Ｇ１，第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には，第２の搬送装置１１が設けられている。第２の搬送装置１１は，第２の処理装置群Ｇ２，第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各処理装置に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の処理装置群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装置，例えばウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布装置２０，２１，２２，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装置２３，２４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には，液処理装置，例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置３０〜３４が下から順に５段に重ねられている。また，第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には，各処理装置群Ｇ１，Ｇ２内の液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室４０，４１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の処理装置群Ｇ３には，温調装置６０，ウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置６１，精度の高い温度管理下でウェハＷを温度調節する高精度温調装置６２〜６４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置６５〜６８が下から順に９段に重ねられている。
第４の処理装置群Ｇ４では，例えば高精度温調装置７０，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装置７１〜７４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装置７５〜７９が下から順に１０段に重ねられている。
第５の処理装置群Ｇ５では，ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置，例えば高精度温調装置８０〜８３，露光後のウェハＷを加熱処理する複数のポストエクスポージャーベーキング装置（以下「ＰＥＢ装置」とする。）８４〜８９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の搬送装置１０のＸ方向正方向側には，複数の処理装置が配置されており，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装置９０，９１，ウェハＷを加熱する加熱装置９２，９３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１１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装置９４が配置されている。
インターフェイス部４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１００上を移動するウェハ搬送体１０１と，バッファカセット１０２が設けられている。ウェハ搬送体１０１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４に隣接した露光装置Ｅと，バッファカセット１０２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。
露光装置Ｅは，例えば図４に示すようにウェハＷを所定の位置に載置する載置台１５０と，載置台１５０上に載置されたウェハＷに対して光を照射する光源１５１と，所定のパターンが面付けされたマスク１５２を備えている。マスク１５２は，載置台１５０と光源１５１との間に配置されている。露光装置Ｅは，光源１５１からマスク１５２を介して載置台１５０上のウェハＷに対して光を照射して，ウェハＷ上のレジスト膜を所定のパターンに露光することができる。光源１５１の光の照射は，露光量（光のドーズ量）やフォーカス等の露光条件が設定されている露光制御部１５３によって制御されている。
露光装置Ｅのマスク１５２には，例えば図５に示すように製品用のパターンＬと共に，膜厚測定用パターンＫが形成されている。膜厚測定用パターンＫは，例えば２つの領域Ｊ１，Ｊ２から構成されている。
図６に示すように第１の領域Ｊ１は，例えば透過率が０％，つまり光が遮断されるように形成されている。
例えば第２の領域Ｊ２には，光源１５１からの光の０次光のみを透過させ，なおかつ第２の領域Ｊ２全体で光量を所定の透過率，例えば１０％に減光させるパターンＢが形成されている。このパターンＢは，例えばライン・アンド・スペースで構成され，同形の長方形のスリットＶが等間隔で複数並列されている。パターンＢのスリットＶ間のピッチＰｔは，図７の条件式（１）を満たすように形成されており，これにより，光源１５１の０次光のみを透過させることができる。なお，式（１）におけるＮＡは開口数であり，σはコヒーレンスファクタ，λは光の波長を示す。これによって，第２の領域Ｊ２を透過する光から±１次光以上の高次の光が除去され，０次光のみが残るので，透過光には，０次光と高次の光との干渉によって生じる光のフォーカス成分が含まれず，０次光による露光量の成分のみが含まれる。パターンＢのスリットＶの短辺の幅Ｄにより，第２の領域Ｊ２における透過率が１０％になるように調整されている。
膜厚測定装置１１０は，例えば図８に示すようにウェハＷを水平に保持するチャック１６０と，光干渉式膜厚計１６１を備えている。チャック１６０は，例えばＸ−Ｙステージ１６２に設置され，水平方向の２次元方向に移動できる。光干渉式膜厚計１６１は，例えばウェハＷに対して光を照射し，その反射光を受光するプローブ１６３と，当該プローブ１６３の受光情報に基づいてウェハＷ上の膜の厚みを測定する測定部１６４を備えている。プローブ１６３に対してウェハＷを相対的に移動させることによって，ウェハ面内の複数個所，例えば後述する各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５に対応する各ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５の膜厚を測定することができる。
次に，処理ステーション３のＰＥＢ装置８４の構成について説明する。図９は，ＰＥＢ装置８４の構成の概略を示す縦断面の説明図であり，図１０は，ＰＥＢ装置８４の構成の概略を示す横断面の説明図である。ＰＥＢ装置８４は，図９に示すように筐体１７０内に，ウェハＷを加熱処理する加熱部１７１と，ウェハＷを冷却処理する冷却部１７２を備えている。
加熱部１７１は，上側に位置して上下動自在な蓋体１８０と，下側に位置して蓋体１８０と一体となって処理室Ｓを形成する熱板収容部１８１を備えている。
蓋体１８０は，中心部に向かって次第に高くなる略円錐状の形態を有し，頂上部には，排気部１８０ａが設けられている。処理室Ｓ内の雰囲気は，排気部１８０ａから均一に排気される。
熱板収容部１８１の中央には，ウェハＷを載置して加熱する熱板１９０が設けられている。熱板１９０は，厚みのある略円盤形状を有している。
熱板１９０は，図１１に示すように複数，例えば５つの熱板領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５に区画されている。熱板１９０は，例えば平面から見て中心部に位置して円形の熱板領域Ｒ１と，その周囲を円弧状に４等分した熱板領域Ｒ２〜Ｒ５に区画されている。
熱板１９０の各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５には，給電により発熱するヒータ１９１が個別に内蔵され，各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５毎に加熱できる。各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５のヒータ１９１の発熱量は，温度制御装置１９２により調整されている。温度制御装置１９２は，ヒータ１９１の発熱量を調整して，各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の温度を所定の設定温度に制御できる。温度制御装置１９２における温度設定は，例えば後述する温度設定装置２５０により行われる。
図９に示すように熱板１９０の下方には，ウェハＷを下方から支持して昇降させるための第１の昇降ピン２００が設けられている。第１の昇降ピン２００は，昇降駆動機構２０１により上下動できる。熱板１９０の中央部付近には，熱板１９０を厚み方向に貫通する貫通孔２０２が形成されている。第１の昇降ピン２００は，熱板１９０の下方から上昇して貫通孔２０２を通過し，熱板１９０の上方に突出できる。
熱板収容部１８１は，熱板１９０を収容して熱板１９０の外周部を保持する環状の保持部材２１０と，その保持部材２１０の外周を囲む略筒状のサポートリング２１１を有している。サポートリング２１１の上面には，処理室Ｓ内に向けて例えば不活性ガスを噴出する吹き出し口２１１ａが形成されている。この吹き出し口２１１ａから不活性ガスを噴出することにより，処理室Ｓ内をパージすることができる。また，サポートリング２１１の外方には，熱板収容部１８１の外周となる円筒状のケース２１２が設けられている。
加熱部１７１に隣接する冷却部１７２には，例えばウェハＷを載置して冷却する冷却板２２０が設けられている。冷却板２２０は，例えば図１０に示すように略方形の平板形状を有し，加熱部１７１側の端面が円弧状に湾曲している。図９に示すように冷却板２２０の内部には，例えばペルチェ素子などの冷却部材２２０ａが内蔵されており，冷却板２２０を所定の設定温度に調整できる。
冷却板２２０は，加熱部１７１側に向かって延伸するレール２２１に取付けられている。冷却板２２０は，駆動部２２２によりレール２２１上を移動できる。冷却板２２０は，加熱部１７１側の熱板１９０の上方まで移動できる。
冷却板２２０には，例えば図１０に示すようにＸ方向に沿った２本のスリット２２３が形成されている。スリット２２３は，冷却板２２０の加熱部１７１側の端面から冷却板２２０の中央部付近まで形成されている。このスリット２２３により，加熱部１７１側に移動した冷却板２２０と熱板１９０上に突出した第１の昇降ピン２００との干渉が防止される。図９に示すように冷却部１７２内のスリット２２３の下方には，第２の昇降ピン２２４が設けられている。第２の昇降ピン２２４は，昇降駆動部２２５によって昇降できる。第２の昇降ピン２２４は，冷却板２２０の下方から上昇してスリット２２３を通過し，冷却板２２０の上方に突出できる。
図１０に示すように冷却板２２０を挟んだ筐体１７０の両側面には，ウェハＷを搬入出するための搬入出口２３０が形成されている。
次に，上記ＰＥＢ装置８４の熱板１９０の温度設定を行う温度設定装置２５０の構成について説明する。例えば温度設定装置２５０は，例えばＣＰＵやメモリなどを備えた汎用コンピュータにより構成され，例えば図９及び図１１に示すように熱板１９０の温度制御装置１９２に接続されている。なお，本実施の形態における温度設定装置２５０は，設定部としての機能を有する。
温度設定装置２５０は，例えば図１２に示すように各種プログラムを実行するＣＰＵなどからなる演算部２６０と，例えば各種情報を入力するキーボードなどからなる入力部２６１と，各種情報を格納するメモリからなるデータ格納部２６２と，各種プログラムを格納するプログラム格納部２６３と，温度制御装置１９２や膜厚測定装置１１０と通信する通信部２６４などを備えている。
データ格納部２６２には，図１３に示すように予め求められている膜厚減少量と線幅との相関関数Ｈが格納されている。この相関関数Ｈは，例えばマスク１５２の膜厚測定用のパターンＫを用いて露光した場合の膜厚減少量と線幅との相関を示す関係式である。この相関関数Ｈは，例えば予め行われる実験により求められている。この相関関数Ｈにより，膜厚測定装置１１０により測定された膜厚減少量を線幅に換算できる。
またデータ格納部２６２には，例えば算出モデルＭが格納されている。算出モデルＭは，例えば図１４に示すようにレジストパターンの線幅変化量ΔＣＤと温度補正値ΔＴとの関係式（２）で示される相関モデルである。この算出モデルＭにより，上記相関関数Ｈにより換算された線幅に基づいてウェハＷ面内の線幅を均一にするための最適温度補正値ΔＴを算出できる。なお，算出モデルＭは，例えばレジスト液に影響されるモデル成分αと，レジスト液以外の他の処理条件に影響されるモデル成分Ｍｔに分離されていてもよい。ここでいうレジスト液以外の他の処理条件には，例えば加熱温度，加熱時間，装置状態など線幅に影響を与えるものが含まれる。
プログラム格納部２６３には，例えば図１２に示すように入力された膜厚測定の結果に基づいて膜厚減少量を算出し，当該膜厚減少量を相関関数Ｈにより線幅に換算するプログラムＰ１が格納されている。
またプログラム格納部２６３には，例えば換算された線幅に基づいて，算出モデルＭを用いて熱板１４０の温度補正値ΔＴを算出するプログラムＰ２や，算出された温度補正値ΔＴに基づいて，温度制御装置１９２の既存の温度設定を変更するプログラムＰ３などが格納されている。なお，温度設定装置２５０の機能を実現するための各種プログラムは，コンピュータ読み取り可能な記録媒体によりインストールされたものであってもよい。
本実施の形態では，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置が，膜厚測定装置１１０と温度設定装置２５０により構成されている。
以上のように構成された塗布現像処理システム１では，先ず，図１に示すウェハ搬送体７によって，カセット載置台５上のカセットＣから未処理のウェハＷが一枚取り出され，第３の処理装置群Ｇ３の温調装置６０に搬送される。温調装置６０に搬送されたウェハＷは，所定温度に温度調節され，その後第１の搬送装置１０によってボトムコーティング装置２３に搬送され，反射防止膜が形成される。反射防止膜が形成されたウェハＷは，第１の搬送装置１０によって加熱装置９２，高温度熱処理装置６５，高精度温調装置７０に順次搬送され，各装置で所定の処理が施される。その後ウェハＷは，レジスト塗布装置２０に搬送され，ウェハＷ上にレジスト膜が形成された後，第１の搬送装置１０によってプリベーキング装置７１に搬送され，続いて第２の搬送装置１１によって周辺露光装置９４，高精度温調装置８３に順次搬送されて，各装置において所定の処理が施される。その後，ウェハＷは，インターフェイス部４のウェハ搬送体１０１によって露光装置Ｅに搬送され，所定のパターンに露光される。露光処理の終了したウェハＷは，ウェハ搬送体１０１によってＰＥＢ装置８４に搬送され，ポストエクスポージャーベーキングが施される。
ＰＥＢ装置８４では，先ず，図９に示すように搬入出口２３０からウェハＷが搬入され，冷却板２２０上に載置される。続いて冷却板２２０が加熱部１７１側に移動して，ウェハＷが熱板１９０の上方に移動される。第１の昇降ピン２００によって，ウェハＷが熱板１９０上に載置されて，ウェハＷが加熱される。そして，所定時間経過後，ウェハＷが再び熱板１９０から冷却板２２０に受け渡され冷却され，当該冷却板２２０から搬入出口２３０を通じてＰＥＢ装置８４の外部に搬出されて一連の熱処理が終了する。
ポストエクスポージャーベーキングが終了したウェハＷは，第２の搬送装置１１によって高精度温調装置８１に搬送されて温度調節され，その後現像処理装置３０に搬送され，ウェハＷ上のレジスト膜が現像される。その後ウェハＷは，第２の搬送装置１１によってポストベーキング装置７５に搬送され，加熱処理が施された後，高精度温調装置６３に搬送され温度調節される。そしてウェハＷは，第１の搬送装置１０によってトランジション装置６１に搬送され，その後カセットＣに戻されて一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。
次に，ＰＥＢ装置８４の熱板１９０の温度設定プロセスについて説明する。図１５は，かかる温度設定プロセスのフロー図を示す。
先ず，既存の処理条件設定の下，塗布現像処理システム１において，一枚のウェハＷが上述のフォトリソグラフィー工程に従って処理される。この際，露光装置Ｅにおける露光処理では，マスク１５２の膜厚測定用パターンＫの第２の領域Ｊ２により，光源１５１の０次光が１０％に減光されて，例えばウェハ領域Ｗ１上のレジスト膜に照射される（図１５の工程Ｑ１）。また膜厚測定用パターンＫの第１の領域Ｊ１では，光源１５１の光が遮断される。これにより，図１６に示すようにウェハＷ上のレジスト膜の第２の領域Ｊ２に対応する部分Ｕ２では，光源１５１の０次光で当初の１０％の光により露光され，レジスト膜の第１の領域Ｊ１に対応する部分Ｕ１は，露光されない。この露光処理において，ウェハ領域Ｗ１以外のウェハ領域Ｗ２〜Ｗ５のレジスト膜に対しても同様に膜厚測定用パターンＫを用いた露光が順次行われる。つまり，光源１５１からの光の照射がウェハ領域の数と同じ例えば５回行われる。
また，ポストエクスポージャーベーキング後に行われる現像処理では，レジスト膜の露光部分がその露光量に応じて溶解される（図１５の工程Ｑ２）。図１６に示すようにレジスト膜の部分Ｕ２は，光源１５１の１０％の光で露光されているので，レジスト膜が減少しつつも残存する。レジスト膜の部分Ｕ１は，露光されず，レジスト膜が１００％残る。
一連のフォトリソグラフィー工程が終了したウェハＷは，例えばウェハ搬送体７によって膜厚測定装置１１０に搬送される。膜厚測定装置１１０では，ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５毎に，レジスト膜の第１の領域Ｊ１に対応する部分Ｕ１の膜厚Ａ１と，第２の領域Ｊ２に対応する部分Ｕ２の膜厚Ａ２が測定される（図１５の工程Ｑ３）。この各ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５の膜厚の測定結果は，例えば温度設定装置２５０に入力される。
温度測定装置２５０では，入力されたレジスト膜の部分Ｕ１と部分Ｕ２の膜厚測定結果から，各ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５における部分Ｕ１と部分Ｕ２との膜厚差ΔＡが算出される。これらの膜厚差ΔＡが各ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５における膜厚減少量ΔＡとなる（図１５の工程Ｑ４）。この膜厚減少量ΔＡは，０次光の露光によるものなので，露光時の露光量の成分にのみ起因する。次に，各ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５の膜厚減少量ΔＡが，相関関数Ｈにより線幅に換算される（図１５の工程Ｑ５）。この線幅は，露光時の露光量の成分にのみ依存する線幅成分となる。
続いて，各ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５の線幅に基づいて，算出モデルＭにより，ウェハ面内の線幅が均一になるような各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の温度補正値ΔＴが算出される（図１５の工程Ｑ６）。例えば関係式（２）の左辺に，共通の目標線幅と各ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５の線幅との差をΔＣＤとして代入し，各辺に算出モデルＭの逆行列をかける。これにより，各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の各温度補正値ΔＴが算出される。
各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の温度補正値ΔＴが算出されると，各温度補正値ΔＴの情報が通信部２６４から温度制御装置１９２に入力される。温度制御装置１９２における熱板１９０の各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の温度補正値が変更され，新たな設定温度に設定される（図１５の工程Ｑ７）。こうして，フォトリソグラフィー工程における温度設定プロセスが終了する。
以上の実施の形態によれば，フォトリソグラフィー工程において，０次光のみを透過するマスク１５２を用いて露光が行われ，その後の現像により減少したレジスト膜の膜厚が測定され，当該膜厚から，相関関数Ｈを用いて線幅が算出される。このように，従来のＣＤ−ＳＥＭを用いて線幅を測定する必要がないので，ウェハＷのレジストパターンに損傷を与えることがなく，正確かつ短時間で線幅を特定できる。
また，０次光のみを透過するマスク１５２を用いて露光が行われるので，光源１５１の光からフォーカス成分が除かれ，露光量のみに依存する露光を行うことができる。そして，その結果減少したレジスト膜の膜厚減少量を線幅に換算し，その線幅に基づいて各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の温度補正値が算出される。このように，露光時のフォーカス成分に依存しない線幅が算出され，それに基づいて熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の温度補正値が算出されるので，制御可能な線幅成分に基づいて，より正確な温度設定を行うことができる。
また，膜厚測定用パターンＫにより光源１５１の光が減光されるので，レジスト膜がより確実に残存し，レジスト膜の各部分Ｕ１，Ｕ２の膜厚を適正に測定することができる。
光の照射されたレジスト膜の部分Ｕ２と光の照射されないレジスト膜の部分Ｕ１との膜厚差を算出し，その膜厚差を膜厚減少量ΔＡとしたので，例えば下地膜などの影響による膜厚測定誤差を相殺し，より正確に膜厚減少量を算出することができる。
以上の実施の形態では，マスク１５２の膜厚測定用パターンＫに，１０％の透過率の第２の領域Ｊ２が形成されていたが，互いに透過率の異なる複数の領域が形成されていてもよい。
図１７は，かかる一例を示すものであり，マスク１５２の膜厚測定用パターンＫに，光を透過しない第１の領域Ｊ１に加えて，透過率が異なる１０個の領域Ｊ２〜Ｊ１１が形成されている。例えば領域Ｊ１〜Ｊ１１は，透過率が０％から１００％に１０％刻みで段階的に増加するように形成されている。各領域Ｊ２〜Ｊ１１の透過率は，上述の図６に示すパターンＢと同様にスリットＶの幅Ｄを変えることによって調整されている。上述の膜厚減少量と線幅との相関関数Ｈは，各領域Ｊ２〜Ｊ１１毎にそれぞれ求められている。
そして，ＰＥＢ装置８４の熱板１９０の温度設定時には，例えば使用レジスト液の感度に応じて領域Ｊ２〜Ｊ１１のいずれかの領域が選択される。そして，膜厚測定時には，選択された領域Ｊｘを透過して露光されたレジスト膜と，光が透過しない第１の領域Ｊ１に対応するレジスト膜との膜厚差が測定される。その後，選択された領域Ｊｘに対応する相関関数Ｈにより線幅が算出され，上述したように各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の温度補正値が算出される。かかる場合，上述のフォトリソグラフィー工程において感度の異なる複数種類のレジスト液が使用されるような場合であっても，露光時に，感度の異なるいずれかの領域Ｊ２〜Ｊ１１を用いることにより，レジスト膜を確実に残存させることができる。したがって，レジスト液などの変更時の逐次マスク１５２を交換しなくても，レジスト膜の膜厚減少量を測定することができる。
以上の実施の形態では，換算された線幅に基づいて，ポストエクスポージャーベーキングの加熱温度を設定していたが，露光装置Ｅの露光量を設定してもよい。かかる場合，予め線幅変化量ΔＣＤと露光量補正値との相関式からなる算出モデルを作成しておく。そして，上述したように膜厚減少量ΔＡから換算された線幅に基づいて，算出モデルにより，ウェハ面内の線幅が均一になるような露光量補正値が算出される。かかる場合も，露光量成分のみに影響を受けた膜厚減少量ΔＡに基づいて線幅が算出され，その線幅に基づいて露光量が補正されるので，正確で高精度の処理条件の設定を行うことができる。
以上の実施の形態では，換算された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光後の加熱温度の設定や露光時の露光量の設定を行っていたが，レジスト塗布後の加熱処理時の加熱温度の設定などの他の処理条件を設定してもよい。
以上の実施の形態では，レジスト膜の部分Ｕ１と部分Ｕ２の膜厚差である膜厚減少量ΔＡを，相関関数Ｈにより線幅に換算していたが，露光により減少した部分Ｕ２の膜厚Ａ２を直接線幅に換算してもよい。かかる場合，膜厚Ａ２は，予め求められている膜厚と線幅との相関関数により線幅に換算される。
以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，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。例えば本発明は，ウェハ以外の例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ），フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定にも適用できる。
本発明は，基板のフォトリソグラフィー工程における条件設定において，迅速かつ正確に線幅の状態を把握し，その線幅に基づいて加熱温度や露光量を調整する際に有用である。
塗布現像処理システムの構成を示す平面図である。 図１の塗布現像処理システムの正面図である。 図１の塗布現像処理システムの背面図である。 露光装置の構成の概略を示す説明図である。 マスクの平面図である。 マスクの膜厚測定用パターンを示す説明図である。 膜厚測定用パターンのスリットのピッチが満たす条件式である。 膜厚測定装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 ＰＥＢ装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。 ＰＥＢ装置の熱板の構成を示す平面図である。 熱板の構成を示す平面図である。 温度設定装置の構成を示すブロック図である。 線幅と膜厚減少量の相関関数を示すグラフである。 算出モデルを用いた線幅変動量と温度補正値との関係式である。 温度設定プロセスのフローチャートである。 膜厚測定時のレジスト膜の各部分の膜厚を説明するためのレジスト膜の縦断面図である。 透過率の異なる複数の領域が形成された膜厚測定用パターンを示す説明図である。
符号の説明
１ 塗布現像処理システム
８４ ＰＥＢ装置
１９０ 熱板
１９２ 温度制御装置
２５０ 温度設定装置
Ｒ１〜Ｒ５ 熱板領域
Ｗ１〜Ｗ５ ウェハ領域
Ｈ 相関関数
Ｍ 算出モデル
Ｗ ウェハ

Claims (10)

  1. 基板上にレジストパターンを形成するフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法であって，
    既存の処理条件の設定のフォトリソグラフィー工程において，光源の０次光を透過させる領域と，前記光源の光を透過させない領域を有するマスクを用いて基板上の膜を露光し，その後現像して，基板上の膜を減少させる工程と，
    前記減少した膜の膜厚を測定する工程と，
    前記二つの領域に対応した基板上の膜の相互間の膜厚差を算出することにより膜厚減少量を求め，予め求められている膜厚減少量と線幅との相関により，前記求められた膜厚減少量をレジストパターンの線幅に換算する工程と，
    前記換算された線幅に基づいて，新たな処理条件を設定する工程と，を有することを特徴とする，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法。
  2. 前記換算された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光後，現像前の加熱時の加熱温度を設定することを特徴とする，請求項１に記載のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法。
  3. 前記換算された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光時の露光量を設定することを特徴とする，請求項１に記載のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法。
  4. 前記マスクには，０次光を透過させ，なおかつ透過率が異なる複数の領域が形成されていることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定方法。
  5. 基板上にレジストパターンを形成するフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置であって，
    既存の処理条件の設定のフォトリソグラフィー工程において，光源の０次光を透過させる領域と，前記光源の光を透過させない領域が形成されたマスクを用いて基板上の膜を露光し，その後現像して基板上の膜を減少させたときの基板上の膜厚を測定する膜厚測定部と，
    前記マスクの二つの領域に対応した基板上の膜の相互間の膜厚差を算出することにより膜厚減少量を求め，予め求められている膜厚減少量と線幅との相関により，前記求められた膜厚減少量をレジストパターンの線幅に換算し，前記換算された線幅に基づいて，新たな処理条件を設定する設定部と，を有することを特徴とする，フォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置。
  6. 前記設定部は，前記換算された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光後，現像前の加熱時の加熱温度を設定することを特徴とする，請求項５に記載のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置。
  7. 前記設定部は，前記換算された線幅に基づいて，フォトリソグラフィー工程における露光時の露光量を設定することを特徴とする，請求項５に記載のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置。
  8. 前記マスクには，０次光を透過させ，なおかつ透過率が異なる複数の領域が形成されることを特徴とする，請求項５〜７のいずれかに記載のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置。
  9. 請求項５〜８のいずれかに記載のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置における設定部の機能をコンピュータに実現させるためのプログラム。
  10. 請求項５〜８のいずれかに記載のフォトリソグラフィー工程における処理条件の設定装置における設定部の機能をコンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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