JP4406419B2 - Pattern formation method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置を作製するための光リソグラフィーにおいて、被処理基板上にレジストパターンを形成するためのパターン形成方法に係わり、特にレジストの現像時にモニタ領域をモニタしながら現像終点を判定するパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a pattern forming method for forming a resist pattern on a substrate to be processed in photolithography for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, a pattern for determining a development end point while monitoring a monitor area during resist development. It relates to a forming method.
ウェハ間の寸法のばらつきを低減させる方法として、現像時にデバイスパターンとは別に設けたモニタ領域のモニタ結果から現像時間を制御する方法がある(例えば、特許文献1参照)。この手法では、ウェハの特定のチップに配置されたモニタ領域をモニタするため、モニタしているチップが何らかの原因で特異的な条件となっている場合には、モニタしているチップの寸法は所望値に仕上がるが、ウェハの平均的な寸法は大きくずれてしまうという問題があった。 As a method of reducing dimensional variation between wafers, there is a method of controlling the development time from the monitoring result of a monitor area provided separately from the device pattern at the time of development (see, for example, Patent Document 1). In this method, since the monitor area arranged on a specific chip on the wafer is monitored, if the monitored chip has a specific condition for some reason, the size of the monitored chip is desired. Although the value is finished, there is a problem that the average dimension of the wafer is greatly shifted.
この問題を解決するために本発明者らは、現像前の潜像をモニタし、平均的なチップを抽出し、そのチップのモニタパターンを現像中にモニタし、最適な現像時間で現像を終了させるという方法(特許文献2)を既に提案している。しかし、この手法では、下地の膜厚が変動する場合には十分な精度が得られない。また、潜像の変化量としてモニタしているため、モニタ領域がフォーカス変動の影響を受けるようなパターンである場合(例えば、デバイスパターンそのもの)、露光量とフォーカスが共に変動すると、代表的なチップを精度良く求めることができなかった。 In order to solve this problem, the present inventors monitor a latent image before development, extract an average chip, monitor the monitor pattern of the chip during development, and finish development in an optimal development time. A method (Patent Document 2) has already been proposed. However, with this method, sufficient accuracy cannot be obtained when the thickness of the underlying film varies. In addition, since monitoring is performed as a change amount of the latent image, when the monitor area is a pattern that is affected by the focus variation (for example, the device pattern itself), if both the exposure amount and the focus vary, a typical chip Could not be obtained with high accuracy.
一方、下地膜厚の変動がある場合でも現像中にモニタリングできる方法として、(特許文献3)がある。この手法では、強度変化の極値など、特異的な点から最終的に現像時間を求めたり、露光量を求めたりしている。しかし、近年ではパターンサイズの微細化に伴い、パターンの強度変化の特異点が露光量だけでなくフォーカスの変動によっても変わってくるため、特異点という1つの情報から最適な現像時間を求めることができなくなっている。
このように従来、デバイスパターンとは別に設けたモニタ領域のモニタ結果から現像時間を制御する方法では、モニタしているチップが何らかの原因で特異的な条件となっている場合には、ウェハの平均的な寸法は大きくずれてしまうという問題があった。また、潜像をモニタして平均的なチップを抽出する方法では、下地の膜厚が変動する場合に十分な精度が得られない。さらに、モニタ領域がフォーカス変動の影響を受けるようなパターンの場合は、露光量とフォーカスが共に変動すると、代表的なチップを精度良く求めることができない問題があった。また、パターンサイズの微細化に伴い、パターンの反射光強度変化の特異点という1つの情報から最適な現像時間を求めることができなくなっている。 As described above, in the conventional method in which the development time is controlled from the monitoring result of the monitor area provided separately from the device pattern, the average of the wafer is measured when the monitored chip has a specific condition for some reason. There is a problem that the typical dimensions are greatly shifted. In addition, the method of extracting an average chip by monitoring a latent image cannot obtain sufficient accuracy when the film thickness of the underlayer varies. Further, in the case of a pattern in which the monitor area is affected by the focus variation, there is a problem that a representative chip cannot be obtained with high accuracy if both the exposure amount and the focus are varied. In addition, with the miniaturization of the pattern size, the optimum development time cannot be obtained from one piece of information that is a singular point of the reflected light intensity change of the pattern.
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、ウェハ上の代表的なチップを精度良く求めることができ、且つ該チップの現像終点を精度良く求めることができ、寸法精度及び歩留まりの向上をはかり得るパターン形成方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the object of the present invention is to obtain a representative chip on a wafer with high accuracy and to obtain a development end point of the chip with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a pattern forming method capable of improving dimensional accuracy and yield.
(構成)
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
(Constitution)
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
即ち本発明は、被処理基板上のレジストにデバイスパターンを露光した後、現像によりレジストにデバイスパターンを形成するパターン形成方法において、前記デバイスパターンの露光時に、デバイス領域と共にモニタ領域を露光する工程と、前記レジストの現像時に、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光強度の波長分散に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、前記予測された現像停止時間に前記基板上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含むことを特徴とする。 That is, the present invention relates to a pattern forming method in which a device pattern is exposed to a resist on a substrate to be processed, and thereafter a device pattern is formed on the resist by development. Irradiating the monitor region with light of a plurality of wavelengths during development of the resist, and predicting a development stop time during which the device pattern is finished to a desired dimension based on wavelength dispersion of reflected light intensity reflected from the monitor region And a step of supplying a development stop solution onto the substrate during the predicted development stop time to stop the development.
また本発明は、被処理基板上のレジストにデバイスパターンを露光した後、現像によりレジストにデバイスパターンを形成するパターン形成方法において、前記デバイスパターンの露光時に、デバイス領域と共にモニタ領域を露光する工程と、前記レジストの現像時に、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、変換した位相に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、前記予測された現像停止時間に前記基板上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含むことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a pattern forming method of exposing a device pattern to a resist on a substrate to be processed, and then forming the device pattern on the resist by development. When developing the resist, the monitor region is irradiated with light having a plurality of wavelengths, the intensity change of the reflected light reflected from the monitor region is converted into a phase change, and the device pattern has a desired dimension based on the converted phase. And a step of supplying a development stop solution onto the substrate during the predicted development stop time to stop the development.
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。 Here, preferred embodiments of the present invention include the following.
(1-1) モニタ領域は、デバイスパターンの中のメモリセル領域であること。 (1-1) The monitor area is the memory cell area in the device pattern.
(1-2) モニタ領域は、露光装置でのレベリング時の平坦度の情報を基にチップ内で平均的な平坦度を示す位置に配置されていること。 (1-2) The monitor area should be arranged at a position showing the average flatness in the chip based on the flatness information at the time of leveling in the exposure apparatus.
(2-1) チップを抽出する際に、露光装置でのレベリング時の平坦度の情報を基に、モニタ領域のフォーカス値と設定フォーカス値のずれを読み取り、ずれの値が所定値以下であるチップを抽出すること。 (2-1) When extracting the chip, the deviation between the focus value in the monitor area and the set focus value is read based on the information on the flatness at the time of leveling in the exposure apparatus, and the deviation value is equal to or less than a predetermined value. Extracting chips.
(2-2) チップを抽出する際に、複数のチップに対して、モニタ領域の反射光強度を複数の波長に対して測定した結果を基に、平均的な条件となっているチップを抽出すること。 (2-2) When extracting chips, extract chips that have average conditions based on the results of measuring the reflected light intensity of the monitor area for multiple wavelengths for multiple chips. To do.
(2-3) チップを抽出する際に、複数のチップに対して、モニタ領域の潜像深さを測定した結果を基に、平均的な条件となっているチップを抽出すること。 (2-3) When extracting chips, the chips that are average conditions are extracted based on the result of measuring the latent image depth in the monitor area for a plurality of chips.
(3-1) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特異点となる時間から現像停止時間を予測すること。 (3-1) The process of predicting the development stop time involves irradiating the monitor area with light of a plurality of wavelengths, and predicting the development stop time from the time that is a singular point of the intensity change of the reflected light reflected from the monitor area. To do.
(3-2) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特異点となる時間と、露光装置から得られるモニタ領域のフォーカス値とから現像停止時間を予測すること。 (3-2) The process of predicting the development stop time is obtained by irradiating the monitor area with light of a plurality of wavelengths and using the exposure apparatus as a singular point of intensity change of the reflected light reflected from the monitor area. The development stop time is predicted from the focus value of the monitor area.
(3-3) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率から現像停止時間を予測すること。 (3-3) The process of predicting the development stop time is to irradiate the monitor area with light of a plurality of wavelengths, and predict the development stop time from the reflectance at a specific time of the intensity change of the reflected light reflected from the monitor area. To do.
(3-4) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率と、露光装置から得られるモニタ領域のフォーカス値とから現像停止時間を予測すること。 (3-4) The step of predicting the development stop time is obtained by irradiating the monitor area with light of a plurality of wavelengths, and the reflectance at a specific time of the intensity change of the reflected light reflected from the monitor area and the exposure apparatus. The development stop time is predicted from the focus value of the monitor area.
(3-5) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率と、反射光の強度変化の特異点となる時間とから現像停止時間を予測すること。 (3-5) The process of predicting the development stop time involves irradiating the monitor area with light of a plurality of wavelengths, and the reflectivity and the intensity of the reflected light at a specific time of the intensity change of the reflected light reflected from the monitor area. Predict the development stop time from the time that is the singular point of change.
(4) モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間と反射光の強度変化の特異点となる時間は、現像時において別の時間帯に設定されていること。 (4) The specific time for the intensity change of the reflected light reflected from the monitor area and the time that becomes the singular point for the intensity change of the reflected light are set in different time zones during development.
(5-1) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、位相が所望値になった時を現像停止時間とすること。 (5-1) The process of predicting the development stop time irradiates the monitor area with light of a plurality of wavelengths, converts the intensity change of the reflected light reflected from the monitor area into a phase change, and the phase becomes a desired value. When this happens, the development stop time is taken.
(5-2) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、特定時間の位相から現像停止時間を予測すること。 (5-2) The step of predicting the development stop time irradiates the monitor region with light of a plurality of wavelengths, converts the intensity change of reflected light reflected from the monitor region into a phase change, Estimate development stop time.
(5-3) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、複数の時間の位相から現像停止時間を予測すること。 (5-3) The step of predicting the development stop time irradiates the monitor region with light of a plurality of wavelengths, converts the intensity change of the reflected light reflected from the monitor region into a phase change, To predict development stop time.
(5-4) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、特定時間の位相と位相0になる時間とから現像停止時間を予測すること。 (5-4) The step of predicting the development stop time irradiates the monitor area with light of a plurality of wavelengths, converts the intensity change of the reflected light reflected from the monitor area into a phase change, The development stop time is predicted from the time when the phase becomes zero.
(作用)
前述したように近年の加工寸法の微細化に伴い、ウェハ間でも精密な寸法制御が必要となっている。本発明では、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるためにモニタ領域からの反射光強度を測定した結果から現像時間の制御を行うことに加え、次の3つの点を特徴とする。
(Function)
As described above, with the recent miniaturization of processing dimensions, precise dimensional control is required even between wafers. The present invention is characterized by the following three points in addition to controlling the development time from the result of measuring the intensity of reflected light from the monitor region in order to reduce the variation in dimensions between wafers.
第1に、特異な条件となっているチップをモニタするのを避けるために、現像工程の前にウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを抽出する。このとき、チップによってフォーカスが変動している可能性が大きい場合には、露光装置でのフォーカス情報を基に、フォーカスが設定量に近いチップを抽出する。その後、抽出したチップの中から、露光量条件が平均的なチップを抽出する。この場合は、例えばモニタ領域から反射光強度を多波長にわたって測定し、潜像深さを複数チップに対して計測することで平均的な条件で処理されているチップを抽出する。次に、抽出したチップのモニタ領域からの反射光強度測定を行い、現像時間の制御を行う。これにより、ウェハ間の寸法ばらつきを抑制することができ、寸法精度及び歩留まりの向上をはかることが可能となる。 First, in order to avoid monitoring chips that have special conditions, chips that are processed under typical conditions in the wafer are extracted before the development process. At this time, if there is a high possibility that the focus is fluctuated by the chip, a chip whose focus is close to the set amount is extracted based on the focus information in the exposure apparatus. Thereafter, a chip having an average exposure amount condition is extracted from the extracted chips. In this case, for example, the reflected light intensity is measured over multiple wavelengths from the monitor region, and the chips processed under average conditions are extracted by measuring the latent image depth for a plurality of chips. Next, the intensity of reflected light from the monitor area of the extracted chip is measured, and the development time is controlled. Thereby, dimensional variations between wafers can be suppressed, and dimensional accuracy and yield can be improved.
第2に、現像時間を予測するために、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域の反射光強度変化に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する。即ち、モニタ領域からの反射光強度を多波長にわたって測定した結果から現像時間の制御を行う。このように多波長での測定を行うことにより、それぞれの計測の精度を向上させることが可能となる。 Secondly, in order to predict the development time, the monitor region is irradiated with light of a plurality of wavelengths, and the development stop time at which the device pattern is finished to a desired dimension is predicted based on the reflected light intensity change of the monitor region. That is, the development time is controlled from the result of measuring the reflected light intensity from the monitor region over multiple wavelengths. By performing measurement at multiple wavelengths in this way, it is possible to improve the accuracy of each measurement.
第3に、現像時間を予測するために、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、変換した位相に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する。即ち、反射光の強度変化ではなく位相に注目することにより、現像停止時間を波長に依存しない一般的な量として表すことができる。この場合は、複雑な処理がなくなり解析を簡略化することが可能となる。 Third, in order to predict the development time, the monitor region is irradiated with light of a plurality of wavelengths, the intensity change of the reflected light reflected from the monitor region is converted into a phase change, and the device is based on the converted phase. Predict the development stop time when the pattern is finished to the desired dimension. That is, by focusing on the phase rather than the intensity change of the reflected light, the development stop time can be expressed as a general amount independent of the wavelength. In this case, complicated processing is eliminated and the analysis can be simplified.
本発明によれば、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるために、現像時間制御を行う場合に、ウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを露光装置でのフォーカス情報及びモニタ領域の膜厚計測を行うことで抽出する。そして、現像を開始し、このチップのモニタ領域の強度変化をモニタすることで、最適な現像時間を求めることが可能になる。これにより、ウェハ間の寸法のばらつきを大きく低減することができ、寸法精度及び歩留まりが大きく向上する。 According to the present invention, when developing time control is performed in order to reduce the dimensional variation between wafers, a chip processed under typical conditions in a wafer is subjected to focus information and a monitor area in the exposure apparatus. It is extracted by measuring the film thickness. Then, development is started, and by monitoring the intensity change in the monitor area of this chip, it is possible to obtain the optimum development time. Thereby, the dimensional variation between wafers can be greatly reduced, and the dimensional accuracy and yield are greatly improved.
また、最適な現像時間を求める際に、特異点となる時間及び、特定の現像時間における反射率を現像時間に対する波長分散から計測することにより、露光時の露光量,フォーカス量の両方を知ることが可能となり、それに応じた最適な現像時間を求めることができる。また、強度を位相に置き換えることにより、下地の膜厚やプローブ光の波長に依存しない物理量でのモニタリングが可能となり、波長分散から寸法を求めるという複雑な処理を不要にして解析を簡略化することができる。 Also, when determining the optimum development time, know both the exposure amount and the focus amount during exposure by measuring the singularity time and the reflectance at a specific development time from the wavelength dispersion with respect to the development time. And an optimum development time can be obtained. In addition, by replacing the intensity with the phase, it is possible to monitor with physical quantities that do not depend on the film thickness of the base or the wavelength of the probe light, simplifying the analysis by eliminating the complicated process of obtaining dimensions from wavelength dispersion. Can do.
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。 The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に使用した現像装置を示す概略構成図である。実際のリソグラフィー工程では、レジスト,反射防止膜の下層には酸化膜などの膜構造があるが、本実施形態では説明を簡便に説明するために、下層がSiの場合を示す。従って、ウェハは非常に平坦な状態にあるため、ウェハの中心に近いチップはほぼ露光装置で設定したフォーカス量で露光されている。
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a developing device used in the first embodiment of the present invention. In the actual lithography process, there is a film structure such as an oxide film below the resist and the antireflection film. However, in this embodiment, the case where the lower layer is Si is shown for simple explanation. Therefore, since the wafer is in a very flat state, the chip close to the center of the wafer is exposed with the focus amount set by the exposure apparatus.
現像ユニット10内に、通常の現像〜リンスを行うのに必要なユニットの他に、モニタを行うためのモニタヘッド11が配置されている。モニタヘッド11には、プローブ光の光源12(400〜800nmの波長範囲での測定を行うため、この範囲でブロードな波長分散を持つ光源が望ましい)としてのハロゲンランプから光を導入するファイバー13が接続されていて、モニタヘッド11中のレンズにより、ウェハ20を照明できるようになっている。
In addition to the units necessary for performing normal development to rinsing, a
ウェハ20からの反射光は、モニタヘッド11の中でハーフミラーによりCCDカメラ31と分光器32の2つに分かれるようになっている。この分かれた光のうち、CCDカメラ31に結像される光は、画像解析部33により解析されて位置検出に用いられる。また、分光器32に導入される光は、強度解析部34により解析されて反射光強度の波長分散を求めるために用いられる。
The reflected light from the
モニタヘッド11は、ウェハ20内の各チップ内に配置されたモニタ領域をモニタできるように、制御部35からの信号でウェハ20上をXY方向に走査可能となっており、マスクのレイアウト及び露光のショットマップを基に特定のチップのモニタ領域が検出できる位置に移動される。そして、CCDカメラ31により画像を取得して画像解析部33に画像を送り、分光器32で測定する領域がモニタ領域(メモリセル領域)と一致しているかを判断し、一致していなければ、モニタヘッド11を移動させて一致するようにする。
The
ここで、一致しているかどうかを判断する基準画像素としては、現在加工しているレイヤーのレジストの潜像を選ぶことができるが、潜像はコントラストが低いため、これを基準画像とするとパターンマッチングの精度が落ちたり、パターンマッチングができない可能性がある。このような場合には、既に加工されているレジストの下層パターンの配置情報をパターン位置検出の基準情報として選ぶことも可能である。この場合は、下層のパターンのどの場所に上層のレジストパターンのモニタ領域が配置されているかという情報と、下層のパターンの配置情報を基準情報としたパターンマッチングの結果から、レジストパターンのモニタ領域の位置を検出する。 Here, as a reference image element for determining whether or not they match, a resist latent image of the currently processed layer can be selected. However, since the latent image has a low contrast, if this is used as a reference image, a pattern is obtained. There is a possibility that the accuracy of matching is lowered or pattern matching cannot be performed. In such a case, it is also possible to select the arrangement information of the already processed resist lower layer pattern as reference information for pattern position detection. In this case, from the information on where the monitor pattern of the upper resist pattern is arranged in the lower layer pattern and the pattern matching result using the arrangement information of the lower pattern as reference information, the monitor pattern of the resist pattern Detect position.
なお、ウェハ20上の各々のチップは、周辺にマーク領域22が配置され、その内側のデバイス領域21内に複数のメモリセル領域23(200nmのL/Sパターン)が配置されている。モニタ領域は、デバイス領域21のメモリセル領域23である。
Each chip on the
上記の現像装置を用いて本実施形態では、現像前の潜像のモニタリング、現像中の潜像のモニタリングを行うと共に、モニタ領域の反射光強度の波長分散を計測する。 In the present embodiment, the developing device is used to monitor the latent image before development and the latent image during development, and measure the wavelength dispersion of the reflected light intensity in the monitor region.
(作用)
本実施形態における現像シーケンスを、図2に示す。まず、現像ユニット10にウェハ20が搬送される(ステップS1)と、ノッチの位置を検出し、ウェハ20の回転方向の位置調整を行う(ステップS2)。その後、露光時のショットマップ及び露光マスクのレイアウトを基に、特定のチップ(i)のモニタ領域にモニタヘッド11が移動する(ステップS3)。ここでは、図4に示すように中心付近の9つのチップをモニタすることになっているが、露光の時点で、フォーカスがずれているチップをモニタすると、代表的なチップを抽出する精度が低下する。そこで、露光装置からの情報を基に、フォーカス条件がずれているチップをモニタの対象から除去する(ステップS4)。
(Function)
A development sequence in the present embodiment is shown in FIG. First, when the
具体的な方法を次に説明する。露光時にチップを露光していくときに、露光装置はレベリングを行いながら、フォーカス値を設定している。つまり、ウェハの平坦度の平均的なところでフォーカスが合っている。従って、モニタ領域が、その平均的な場所に来ていることが望ましい。平均的な場所はチップの中心近くにくる可能性が高いため、ここでは、図1のデバイス領域21のなかで、メモリセル領域(4)の場所をモニタ領域とする。さらに、チップ1〜9の中の(4)のモニタ領域の平坦度が平均的なレベルになっているかを露光装置の干渉計の読みから判断し、大きく外れているチップを潜像のモニタ対象としないこととする。この実施形態では9つのチップのうち、chip1とchip5が平均的なレベルとなっていなかったため、モニタするチップから除去した。もちろん、フォーカスがずれない場合にはこのステップは省略してもよい。
A specific method will be described next. When exposing the chip during exposure, the exposure apparatus sets the focus value while performing leveling. In other words, the focus is on the average of the flatness of the wafer. Therefore, it is desirable that the monitor area is at its average location. Since there is a high possibility that the average location is near the center of the chip, the location of the memory cell region (4) in the device region 21 of FIG. Further, it is judged from the reading of the interferometer of the exposure apparatus whether the flatness of the monitor area (4) in the
なお、一般的な露光装置においては、パターンを露光しながらスキャンと直交する方向に面の形状がどうなっているかを検出し、平均的なところに合わせてフォーカスを変えながら露光する。途中にフォーカス測定ポイントがあり、各ポイント毎にフォーカスを合わせるという、いわゆるレベリングを行っている。そして、このレベリング情報は露光装置内に記憶されている。従って、露光装置に記憶されたレベリング情報を参照することにより、各チップの露光時のフォーカス条件を知ることができる。 Note that in a general exposure apparatus, the pattern shape is exposed to detect the shape of the surface in the direction orthogonal to the scan, and exposure is performed while changing the focus in accordance with the average position. There is a focus measurement point in the middle, and so-called leveling is performed in which the focus is adjusted for each point. This leveling information is stored in the exposure apparatus. Therefore, by referring to the leveling information stored in the exposure apparatus, it is possible to know the focus condition during exposure of each chip.
次に、パターンの位置決め(ステップS5)方法について説明する。前記S3におけるヘッド移動後の観察領域は図3(a)に示す通りである。モニタヘッド11の光学系は、CCDカメラの視野51の中心に分光器で検出する領域52が入るように調整されている。そのため、図3(a)の状態でモニタリングを行うと、モニタ領域53以外からの反射光強度も検出してしまう。従って、モニタヘッド11が移動した後、モニタ領域53の中心と分光器で検出する領域52の中心のずれ量(△x,△y)を求め、図3(b)に示すような位置にモニタヘッド11を移動させる。これにより,モニタ領域53のみからの反射光強度の波長分散が分光器32で検出可能となる。
Next, the pattern positioning (step S5) method will be described. The observation area after the head movement in S3 is as shown in FIG. The optical system of the
ここでは、CCDカメラ31を用いて位置調整をする例を説明したが、モニタヘッド11のステージ精度が十分な場合は、一度位置調整を行えば、その後は調整する必要はない。また、照明光が狭帯域フィルターでほぼ単色の光となっている場合は、分光器32で強度を計測せずに、CCDカメラ31の画像を用い、パターンマッチングにより位置検出を行い、CCDの階調を反射光強度とすればよい。
Here, an example in which the position adjustment is performed using the
次に、モニタ領域の膜厚を計測する(ステップS6)。モニタ領域の膜厚は、測定した反射光強度の波長分散から求める。図5に、計測した反射光強度の波長分散の一例を示す。反射光強度は構成される膜の膜厚及び光学定数により決まるので、図5のような波長分散から膜厚を計測することは可能である。ここで、計測するモニタ領域の膜減り量は、図6に示す通り露光量と関係がある。従って、モニタ領域の膜減り量を計測すれば、計測しているチップ(i)がどのくらいの露光量で露光されているかが分かる。ここでは、波長分散からモニタ領域の膜減り量を求める手法を示したが、反射防止膜の下層が平坦である場合には、特定の波長の反射光強度からモニタ領域の膜減り量を求めてもよい。 Next, the film thickness of the monitor area is measured (step S6). The film thickness of the monitor region is obtained from the chromatic dispersion of the measured reflected light intensity. FIG. 5 shows an example of wavelength dispersion of the measured reflected light intensity. Since the reflected light intensity is determined by the film thickness and optical constant of the formed film, the film thickness can be measured from the wavelength dispersion as shown in FIG. Here, the film reduction amount of the monitor area to be measured is related to the exposure amount as shown in FIG. Therefore, if the amount of film reduction in the monitor region is measured, it can be determined how much exposure the chip (i) being measured is exposed. Here, the method for obtaining the film reduction amount in the monitor region from the chromatic dispersion is shown, but when the lower layer of the antireflection film is flat, the film loss amount in the monitor region is obtained from the reflected light intensity of a specific wavelength. Also good.
モニタ領域の膜厚の測定結果を、図7に示す。chip1とchip5は前述したように、フォーカス条件がずれているため、測定の対象外としている。この計測の結果から平均値は11.5nmであることから、ウェハを代表するチップをchip2とし(ステップS8)、このチップのモニタ領域を現像中に計測する。
The measurement result of the film thickness in the monitor area is shown in FIG. As described above,
測定するチップが決まると、現像が開始される(ステップS9)。現像液が盛られた後、モニタヘッド11はS8で決定されたチップ(ここではchip2)に移動し、位置を調整し、モニタリングを開始する(ステップS10)。現像中のモニタリングは、潜像の膜厚を計測したときと同じように、モニタ領域からの反射光強度の波長分散を時間毎に計測していく。
When the chip to be measured is determined, development is started (step S9). After the developer is deposited, the
実際の現像中の波形を基に、現像終了の判断の方法(ステップS11)について説明する。同時に多数の波長の反射光強度変化が計測されるが、そのうち波長550nmの波形を基に説明する。波長550nmでの現像時間とモニタ領域の反射率の関係(実験結果)を、図8に示す。この反射率変化より、現像の初期では干渉波形、後半では緩やかな強度変化が観察される。 A method for determining the end of development (step S11) will be described based on the waveform during actual development. At the same time, changes in reflected light intensity at a number of wavelengths are measured, of which a description will be given based on the waveform at a wavelength of 550 nm. FIG. 8 shows the relationship (experimental results) between the development time at a wavelength of 550 nm and the reflectance of the monitor area. From this reflectance change, an interference waveform is observed in the early stage of development, and a gradual intensity change is observed in the latter half.
これを説明するために、この変化を理論的に求めた結果を、図9に示す。この計算(図9)は、最初の10秒で露光部(抜き寸法190nm)の領域が膜減りし、10秒で膜が完全に抜け、その後は10秒で2nmの割合で横方向に現像が進み、60秒で所望寸法(残し寸法200nm)になるという条件で行っている。つまり、図8において、初期は露光部の膜減り、後半は横方向の寸法の変化を表している。
In order to explain this, FIG. 9 shows the result of theoretically determining this change. In this calculation (FIG. 9), in the first 10 seconds, the area of the exposed portion (extraction size 190 nm) is reduced, the film is completely removed in 10 seconds, and then the development in the lateral direction is performed at a rate of 2 nm in 10 seconds. The process is performed under the condition that the desired dimension (remaining
また、後半の横方向の寸法変化に対する反射率の変化(残し寸法210nm→190nm)の関係を求めた結果を図10に示す。この結果から、いくつかの波長について反射率を計算し、パターン寸法を求め、寸法が所定の値に達した時点を現像終点とすればよいことが分かる。しかし、図10において、寸法に対する反射率の変化量が非常に小さいことから、いくつかの波長について計算した反射率から寸法を精度良く求めるには、処理に時間がかかる可能性が高い。 Further, FIG. 10 shows the result of determining the relationship of the change in reflectance (remaining dimension 210 nm → 190 nm) with respect to the lateral dimension change in the latter half. From this result, it is understood that the reflectance is calculated for several wavelengths, the pattern dimension is obtained, and the time when the dimension reaches a predetermined value may be set as the development end point. However, in FIG. 10, since the amount of change in the reflectance with respect to the dimension is very small, it is likely that the process will take time to accurately obtain the dimension from the reflectance calculated for several wavelengths.
また、本実施形態では反射防止膜の下層はSiとしているため、反射率が下層の影響を受けないが、実際には下層は酸化膜であったりするため、酸化膜の膜厚の変動によって反射率が大きく変わることから、さらに処理に時間を要する可能性が高い。そういう理由から、強度変化の特異点となる時間と特定現像時間での反射率から最適な現像時間を求める。ここで、2つの量を測定しているのは、寸法を決める要因として、露光量とフォーカスという2つの物理量があるためである。もちろん、露光装置でフォーカスの値が分かっている場合には、強度変化の特異点か所定時間での反射率のいずれかを計測すればよい。通常、強度変化の特異点の方が測定精度が高いため、このような場合には強度変化の特異点を計測する。 In this embodiment, since the lower layer of the antireflection film is made of Si, the reflectance is not affected by the lower layer. However, since the lower layer is actually an oxide film, the reflection is caused by a change in the thickness of the oxide film. Since the rate changes greatly, there is a high possibility that processing will take more time. For this reason, the optimum development time is obtained from the time that is a singular point of intensity change and the reflectance at a specific development time. Here, the two quantities are measured because there are two physical quantities, exposure amount and focus, as factors determining the dimensions. Of course, when the focus value is known by the exposure apparatus, either the singular point of intensity change or the reflectance at a predetermined time may be measured. Usually, the singular point of intensity change has higher measurement accuracy. In such a case, the singular point of intensity change is measured.
本実施形態では反射防止膜の下層はSiであるため、露光装置からの情報を基に、フォーカス条件が外れているチップをモニタの対象から除去(ステップS4)している。従って、フォーカスが合っていることが分かっているので、強度変化の特異点から最適な現像時間を求める。 In the present embodiment, since the lower layer of the antireflection film is Si, a chip that does not meet the focus condition is removed from the monitor target based on information from the exposure apparatus (step S4). Therefore, since it is known that the focus is achieved, the optimum development time is obtained from the singular point of the intensity change.
次に、特異点となる時間を算出する方法について説明する。図8において特異点を検出するには、強度変化の微分値を求めていって、微分値がある値以下となった時間を求めればよい。本実施形態では、反射防止膜の下層がSiと分かっているため、予め特異点を求めるのに適した波長を求めることができる。ここではそのような理由から波長550nmの波長を用いて特異点を求めた。しかし、実際には下層は酸化膜であったりするため、その膜厚変動により、特異点を求めるのに適した波長が予め分からない場合がある。 Next, a method for calculating the time to be a singular point will be described. In order to detect a singular point in FIG. 8, the differential value of the intensity change is obtained, and the time when the differential value becomes a certain value or less may be obtained. In this embodiment, since the lower layer of the antireflection film is known as Si, a wavelength suitable for obtaining a singular point can be obtained in advance. Here, for this reason, the singular point was obtained using a wavelength of 550 nm. However, since the lower layer is actually an oxide film, the wavelength suitable for obtaining the singular point may not be known in advance due to the film thickness variation.
その場合は、複数の波長に対して、反射率測定を行い、特異点付近での傾きの変化が大きい波長を抽出したあとで、強度変化の微分値がある値以下となる時間を求めればよい。また、特異点付近での傾きの変化が大きい波長を複数選んで、それぞれから特異点を求め、特異点を求める精度を向上させることもできる。この場合、処理時間により何種類の波長まで解析可能かが決まる。 In that case, reflectivity measurement is performed for a plurality of wavelengths, and after extracting a wavelength having a large change in slope near a singular point, a time during which the differential value of the intensity change is less than a certain value may be obtained. . It is also possible to select a plurality of wavelengths having a large change in slope near the singular point, obtain a singular point from each wavelength, and improve the accuracy of obtaining the singular point. In this case, the number of wavelengths that can be analyzed is determined by the processing time.
図11にフォーカスが変動した場合の、露光量と特異点となる時間の関係を示す。本実施形態では、S4でジャストフォーカスであることが分かっていて、図8の強度変化から特異点となる時間が10秒であることが分かるため、図12の関係より、現像時間が54秒と求められる。従って、54秒で現像を終了させる(ステップS12)。 FIG. 11 shows the relationship between the exposure amount and the time that becomes a singular point when the focus fluctuates. In this embodiment, it is known that the focus is just focused in S4, and it can be seen from the intensity change in FIG. 8 that the time that becomes a singular point is 10 seconds. Therefore, the development time is 54 seconds from the relationship in FIG. Desired. Therefore, the development is completed in 54 seconds (step S12).
本実施形態では、ウェハを代表するチップ2を抽出し(S8)、そのチップを現像中にモニタすることで現像停止時間を求めた(S11)が、抽出したチップの潜像をモニタし、現像停止時間を求めることも可能である。例えば、チップ2では潜像のモニタ結果として、膜減りが11.5nmと求められており(図7)、この結果と図6より露光量を求めることができる。さらに、図12の関係をもとに現像停止時間を求めることができる。
In this embodiment, the
(効果)
このように本実施形態では、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるために現像時間制御を行う場合に、ウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを露光装置でのフォーカス情報及びモニタ領域の膜厚計測を行うことで抽出する。そして、現像時にこのチップのモニタ領域の強度変化をモニタすることで、最適な現像時間を求めることが可能になる。これにより、ウェハ間の寸法のばらつきを大きく低減することができ、寸法精度及び歩留まりが大きく向上する。
(effect)
As described above, in this embodiment, when developing time control is performed in order to reduce the dimensional variation between wafers, the chips processed under typical conditions in the wafer are subjected to focus information and monitoring in the exposure apparatus. Extraction is performed by measuring the film thickness of the region. Then, by monitoring the intensity change in the monitor area of this chip during development, it is possible to obtain the optimum development time. Thereby, the dimensional variation between wafers can be greatly reduced, and the dimensional accuracy and yield are greatly improved.
(第2の実施形態)
(構成)
本実施形態で使用する現像装置は第1の実施形態と同様で、前記図1に示す通りである。実際のリソグラフィー工程では、レジスト,反射防止膜の下層には酸化膜などの膜構造があり、本実施形態では下層が酸化膜(膜厚のターゲットは300nm)の場合を示す。従って、ウェハの平坦度は第1の実施形態ほど高くなく、ウェハの中心に近いチップでもほぼ露光装置で設定したフォーカス量で露光されていない可能性がある。
(Second Embodiment)
(Constitution)
The developing device used in this embodiment is the same as that of the first embodiment, as shown in FIG. In an actual lithography process, there is a film structure such as an oxide film below the resist and the antireflection film. In this embodiment, the lower layer is an oxide film (thickness target is 300 nm). Therefore, the flatness of the wafer is not as high as in the first embodiment, and even a chip near the center of the wafer may not be exposed with the focus amount set by the exposure apparatus.
また、本実施形態においても、現像前の潜像のモニタリング、現像中のモニタリングを行うと共に、モニタ領域の反射光強度の波長分散を計測する。 Also in the present embodiment, the latent image before development and monitoring during development are performed, and the wavelength dispersion of the reflected light intensity in the monitor region is measured.
(作用)
本実施形態における現像シーケンスは第1の実施形態と基本的に同様で、前記図2に示す通りである。ステップS1からS5までは第1の実施形態と全く同様であるので、その説明は省略する。但し、本実施形態ではS4において9つのチップのうち、chip2,chip5,chip9が平均的なレベルとなっていなかったため、これらをモニタするチップから除外した。
(Function)
The development sequence in this embodiment is basically the same as that in the first embodiment, as shown in FIG. Steps S1 to S5 are exactly the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. However, in the present embodiment, among S9 chips, chip2, chip5, and chip9 are not at an average level in S4, so these are excluded from the chips to be monitored.
ステップS6のモニタ領域の膜厚を計測する際、モニタ領域の膜厚は、測定した反射光強度の波長分散から求める。図13に、計測した反射光強度の波長分散の一例を示す。反射光強度は構成される膜の膜厚及び光学定数により決まるので、図13のような波長分散から膜厚を計測することは可能である。ここで計測するモニタ領域の膜減り量は前記図6に示す通り、露光量と関係がある。従って、モニタ領域の膜減り量を計測すれば、計測しているチップ(i)がどのくらいの露光量で露光されているかが分かる。ここでは、波長分散からモニタ領域の膜減り量を求める手法を示したが、反射防止膜の下層が平坦である場合には、特定の波長の反射光強度からモニタ領域の膜減り量を求めてもよい。 When measuring the film thickness of the monitor region in step S6, the film thickness of the monitor region is obtained from the chromatic dispersion of the measured reflected light intensity. FIG. 13 shows an example of wavelength dispersion of the measured reflected light intensity. Since the reflected light intensity is determined by the film thickness and the optical constant of the constituent film, the film thickness can be measured from the wavelength dispersion as shown in FIG. The film reduction amount of the monitor area measured here is related to the exposure amount as shown in FIG. Therefore, if the amount of film reduction in the monitor region is measured, it can be determined how much exposure the chip (i) being measured is exposed. Here, the method for obtaining the film reduction amount in the monitor region from the chromatic dispersion is shown, but when the lower layer of the antireflection film is flat, the film loss amount in the monitor region is obtained from the reflected light intensity of a specific wavelength. Also good.
モニタ領域の膜厚の測定結果を、図14に示す。chip2とchip5とchip9は前述したように、フォーカス条件がずれているため、測定の対象外としている。この計測の結果から平均値は11.4nmであることから、ウェハを代表するチップをchip1とし(ステップS8)、このチップのモニタ領域を現像中に計測することにする。 The measurement results of the film thickness in the monitor area are shown in FIG. As described above, chip2, chip5, and chip9 are excluded from measurement because the focus conditions are shifted. Since the average value is 11.4 nm from the result of this measurement, the chip representing the wafer is set to chip 1 (step S8), and the monitor area of this chip is measured during development.
測定するチップが決まると、現像が開始される(ステップS9)。現像液が盛られた後、モニタヘッド11はS8で決定されたチップ(ここではchip1)に移動し、位置を調整し、モニタリングを開始する(ステップS10)。現像中のモニタリングは、潜像の膜厚を計測したときと同じように、モニタ領域からの反射光強度の波長分散を時間毎に計測していく。
When the chip to be measured is determined, development is started (step S9). After the developer is deposited, the
現像中の波形の計算結果を基に、現像終了の判断の方法(ステップS11)について説明する。同時に多数の波長の反射光強度変化が計測されるが、そのうち波長470nmの波形を基に説明する。この変化を理論的に求めた結果を、図15に示す。ここでは下地酸化膜の膜厚の中心値を300nmとして、±5nmの変動があった場合の波形も併せてプロットしている。この計算(図15)は、最初の10秒で露光部(寸法190nm)の領域が膜減りし、10秒で膜が完全に抜け、その後は10秒で2nmの割合で横方向に現像が進み、60秒で所望寸法(200nm)になるという条件で行っている。この結果から、下地酸化膜の膜厚が変動すると反射率が大きく変わることが分かる。 A method for determining the end of development (step S11) will be described based on the calculation result of the waveform during development. At the same time, the reflected light intensity changes at a number of wavelengths are measured, of which a description will be given based on the waveform at a wavelength of 470 nm. FIG. 15 shows the result of theoretically determining this change. Here, the central value of the thickness of the base oxide film is 300 nm, and the waveform when there is a variation of ± 5 nm is also plotted. In this calculation (FIG. 15), in the first 10 seconds, the area of the exposed portion (dimension 190 nm) is reduced, the film is completely removed in 10 seconds, and then development proceeds in the lateral direction at a rate of 2 nm in 10 seconds. , Under the condition that the desired dimension (200 nm) is reached in 60 seconds. From this result, it can be seen that the reflectance changes greatly when the thickness of the underlying oxide film varies.
図16(a)〜(c)に、膜厚,寸法が変わったときに反射率の波長分散がどのように変わるかを示す。これらの図より、波長毎に反射率を計算し、それを下地の膜厚とパターン寸法とフィッティングすると、下地の膜厚と寸法が定まることが分かる。そして、寸法が所定の値に達した時点を現像終点とすればよいことが分かる。 FIGS. 16A to 16C show how the wavelength dispersion of the reflectance changes when the film thickness and dimensions change. From these figures, it can be seen that when the reflectance is calculated for each wavelength and fitted to the base film thickness and the pattern dimensions, the base film thickness and dimensions are determined. Then, it can be seen that the point in time when the dimension reaches a predetermined value may be set as the development end point.
より具体的には、モニタ領域からの複数の波長に対する各反射光の強度を検出し、図16(a)〜(c)でのフィッティングにより、例えば下地膜厚が300nmであることが判定したとする。この場合は、図16(b)を参照し、各波長で反射光強度(反射率)を測定した結果をフィッティングすることになり、例えば必要なパターン寸法が200nmであれば、各波長において反射率がAの曲線と一致する時点を現像終了と判断すればよい。図16を見ても分かるように、寸法に対する反射率の変化は小さいので、1つの波長で反射率の変化から寸法を判定するのでは精度が低くなるが、複数の波長で検出することにより十分な精度が得られる。 More specifically, the intensity of each reflected light with respect to a plurality of wavelengths from the monitor region is detected, and it is determined by fitting in FIGS. 16A to 16C that, for example, the base film thickness is 300 nm. To do. In this case, referring to FIG. 16B, the result of measuring the reflected light intensity (reflectance) at each wavelength is fitted. For example, if the required pattern size is 200 nm, the reflectance at each wavelength is determined. May be determined as the end of development at a time point where A coincides with the curve of A. As can be seen from FIG. 16, since the change in reflectance with respect to the dimension is small, it is less accurate to determine the dimension from the change in reflectance at one wavelength, but it is sufficient to detect at a plurality of wavelengths. Accuracy is obtained.
ところで、上記のようなフィッティングには処理に時間がかかる場合がある。その場合には、強度変化の特異点となる時間と特定現像時間での反射率から最適な現像時間を求める。ここで、2つの量を測定しているのは、寸法を決める要因として、露光量とフォーカスという2つの物理量があるためである。もちろん、露光装置でフォーカスの値が分かっている場合には、強度変化の特異点か所定時間での反射率のいずれかを計測すればよい。通常、強度変化の特異点の方が測定精度が高いため、このような場合には強度変化の特異点を計測する。 By the way, the fitting as described above may take time to process. In this case, the optimum development time is obtained from the time that is a singular point of intensity change and the reflectance at the specific development time. Here, the two quantities are measured because there are two physical quantities, exposure amount and focus, as factors determining the dimensions. Of course, when the focus value is known by the exposure apparatus, either the singular point of intensity change or the reflectance at a predetermined time may be measured. Usually, the singular point of intensity change has higher measurement accuracy. In such a case, the singular point of intensity change is measured.
本実施形態は反射防止膜の下層が酸化膜であるため、露光装置で設定したフォーカスで露光されているとは限らない。そこで、強度変化の特異点と特定現像時間(現像時間30秒)での反射率から最適な現像時間を求める。
In this embodiment, since the lower layer of the antireflection film is an oxide film, the exposure is not always performed with the focus set by the exposure apparatus. Therefore, the optimum development time is obtained from the singular point of the intensity change and the reflectance at the specific development time (
次に、特異点となる時間を算出する方法について説明する。前記図15のような波形から特異点を検出するには、強度変化の微分値を求めていって、微分値がある値以下となった時間を求めればよい。本実施形態では、反射防止膜の下層が酸化膜であるため、酸化膜厚の変動が大きい場合には予め特異点を求めるのに適した波長を定めることができない。そこで、複数の波長に対して、反射率測定を行い、特異点付近での傾きの変化が大きい波長を抽出したあとで、強度変化の微分値がある値以下となる時間を求めればよい。ここではこのようにして、強度変化の特異点を求めると11秒であった。また、特異点付近での傾きの変化が大きい波長を複数選んで、それぞれから特異点を求め、特異点を求める精度を向上させることもできる。この場合、処理時間により何種類の波長まで解析可能かが決まる。 Next, a method for calculating the time to be a singular point will be described. In order to detect a singular point from the waveform as shown in FIG. 15, the differential value of the intensity change is obtained, and the time when the differential value becomes a certain value or less may be obtained. In this embodiment, since the lower layer of the antireflection film is an oxide film, a wavelength suitable for obtaining a singular point cannot be determined in advance when the variation of the oxide film thickness is large. Therefore, reflectance measurement is performed for a plurality of wavelengths, and after extracting a wavelength having a large change in slope near a singular point, a time during which the differential value of the intensity change is less than a certain value may be obtained. Here, when the singular point of the intensity change was obtained in this way, it was 11 seconds. It is also possible to select a plurality of wavelengths having a large change in slope near the singular point, obtain a singular point from each wavelength, and improve the accuracy of obtaining the singular point. In this case, the number of wavelengths that can be analyzed is determined by the processing time.
次に、特定現像時間の反射率から寸法を求める方法を示す。ここでは、前記図16のような予め分かっている酸化膜厚,寸法の波長分散から、現像時間30秒での寸法が205nmとなった。ここで、特定現像時間として30秒を選んでいるが、これは強度変化の特異点となる時間が20秒よりも前であると予め分かっているため、最初の25秒は特異点となる時間を精度良く求める処理を行って、30秒後に反射率から寸法を求める処理を行うというように、処理を分けた方が処理速度が速いためである。従って、これらの両者の処理時間を考慮して、特定時間を設定すればよい。 Next, a method for obtaining a dimension from the reflectance at a specific development time will be described. Here, from the previously known wavelength dispersion of the oxide film thickness and dimensions as shown in FIG. 16, the dimension at the development time of 30 seconds was 205 nm. Here, 30 seconds is selected as the specific development time. Since it is known in advance that the time that becomes the singular point of intensity change is before 20 seconds, the first 25 seconds is the time that becomes the singular point. This is because the processing speed is faster when the processing is divided, such as performing processing for accurately obtaining the size and performing processing for obtaining the dimension from the reflectance after 30 seconds. Therefore, the specific time may be set in consideration of the processing time of both of them.
図17にフォーカスが変動した場合の、露光量と現像時間30秒での寸法の関係、図18にフォーカスが変動した場合の、露光量と特異点となる時間の関係を示す。現像時間30秒での寸法が205nm、特異点となる時間が11秒と計測されたので、露光量が20.5mJ、フォーカスが0.3μmと計測された。これから現像時間を算出するが、フォーカスは基本的にはジャストの状態になるように、露光装置側では設定しているため、モニタしている領域がずれていると考えられるため、現像時間は算出した露光量から求める。従って、前記図12の関係より、現像時間が54秒と求められる。従って、54秒で現像を終了させる(ステップS12)。 FIG. 17 shows the relationship between the exposure amount and the dimension at the development time of 30 seconds when the focus fluctuates, and FIG. 18 shows the relationship between the exposure amount and the time as a singular point when the focus fluctuates. Since the dimension at a development time of 30 seconds was measured as 205 nm and the time required for a singular point was measured as 11 seconds, the exposure amount was measured as 20.5 mJ and the focus was measured as 0.3 μm. The development time is calculated from this, but because the focus is basically set in the exposure device so that it is in a just state, it is considered that the monitored area has shifted, so the development time is calculated. Obtained from the exposure amount. Therefore, the development time is calculated as 54 seconds from the relationship shown in FIG. Therefore, the development is completed in 54 seconds (step S12).
本実施形態では、ウェハを代表するチップ1を抽出し(S8)、そのチップを現像中にモニタすることで現像停止時間を求めた(S11)が、抽出したチップの潜像をモニタし、現像停止時間を求めることも可能である。例えば、チップ1では潜像のモニタ結果として、膜減りが11.4nmと求められており(図14)、この結果と図6より露光量を求めることができる。さらに、図12の関係をもとに現像停止時間を求めることができる。
In this embodiment, the
(効果)
このように本実施形態によれば、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるために、現像時間制御を行う場合に、ウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを露光装置でのフォーカス情報及びモニタ領域の膜厚計測を行うことで抽出する。そして、現像を開始し、このチップのモニタ領域の強度変化をモニタする際に、特異点となる時間及び、特定の現像時間における反射率を現像時間に対する波長分散から計測する。これにより、露光時の露光量,フォーカス量の両方を知ることが可能となり、それに応じた最適な現像時間を求めることができる。これにより、ウェハ間の寸法のばらつきを大きく低減することができ、寸法の精度及び歩留まりが大きく向上する。
(effect)
As described above, according to the present embodiment, when developing time control is performed in order to reduce dimensional variation between wafers, a chip processed under typical conditions in the wafer is focused on the exposure apparatus. Information is extracted by measuring the film thickness of the monitor area. Then, when the development is started and the intensity change in the monitor region of the chip is monitored, the time that becomes a singular point and the reflectance at a specific development time are measured from the wavelength dispersion with respect to the development time. As a result, it is possible to know both the exposure amount and the focus amount at the time of exposure, and it is possible to obtain an optimal development time corresponding to the exposure amount and the focus amount. As a result, dimensional variations between wafers can be greatly reduced, and dimensional accuracy and yield are greatly improved.
(第3の実施形態)
(構成)
本実施形態で使用する現像装置は第1の実施形態と同様で、前記図1に示す通りである。第1の実施形態では、反射率から現像の終点を定めたが、本実施形態では、反射光強度変化を位相に置き換えて、位相から現像の終点を予測する。
(Third embodiment)
(Constitution)
The developing device used in this embodiment is the same as that of the first embodiment, as shown in FIG. In the first embodiment, the development end point is determined from the reflectance, but in this embodiment, the reflected light intensity change is replaced with the phase, and the development end point is predicted from the phase.
本実施形態では、現像前の潜像のモニタリング、現像中の潜像のモニタリングを行うと共に、モニタ領域の反射光強度の波長分散を計測する。そして、現像中のモニタリングでは、反射光強度の変化を位相に変換して、位相から現像の終点を予測する。 In this embodiment, the latent image before development and the latent image during development are monitored, and the wavelength dispersion of the reflected light intensity in the monitor region is measured. In monitoring during development, the change in reflected light intensity is converted into a phase, and the end point of development is predicted from the phase.
(作用)
本実施形態における現像シーケンスは第1の実施形態と基本的に同様で、前記図2に示す通りである。ステップS1からS9までは第1の実施形態と全く同様であるので、その説明は省略する。
(Function)
The development sequence in this embodiment is basically the same as that in the first embodiment, as shown in FIG. Steps S1 to S9 are exactly the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
現像開始により現像液が盛られた後、モニタヘッド11はS8で決定されたチップ(ここではchip2)に移動し、位置を調整し、モニタリングを開始する(ステップS10)。現像中のモニタリングは、潜像の膜厚を計測したときと同じように、モニタ領域からの反射光強度の波長分散を時間毎に計測していく。そして、反射光強度変化を基に位相を求める。
After the developer is deposited by the start of development, the
実際の現像中の波形を基に、現像終了の判断の方法(ステップS11)について説明する。同時に多数の波長の反射光強度変化が計測されるが、そのうち波長550nmの波形を基に説明する。波長550nmでの現像時間とモニタ領域の反射率の関係(実験結果)を、図19に示す。この反射率変化より、現像の初期では干渉波形が見られることが分かる。干渉波形の最後に特異点が見られるが、これは露光部の膜減りがほぼ終了した点である。この点を位相が0として反射光強度を位相に変換する方法を、以下に示す。ここで、位相に着目するのは、下地の構造やプローブ光の波長に依存しない物理量であるためである。 A method for determining the end of development (step S11) will be described based on the waveform during actual development. At the same time, changes in reflected light intensity at a number of wavelengths are measured, of which a description will be given based on the waveform at a wavelength of 550 nm. FIG. 19 shows the relationship (experimental result) between the development time at a wavelength of 550 nm and the reflectance of the monitor region. From this change in reflectance, it can be seen that an interference waveform is seen at the initial stage of development. A singular point can be seen at the end of the interference waveform, which is the point at which the film reduction in the exposed portion is almost completed. A method for converting the intensity of reflected light into a phase with this point set to 0 is shown below. Here, the reason for focusing on the phase is that the physical quantity does not depend on the structure of the base or the wavelength of the probe light.
図20に示すように、強度変化の極大となるところの位相を−φ、そのときの強度をImax 、強度変化の極小となるところの位相を−φ+π、そのときの強度をImin 、特異点の位相を0、そのときの強度をIo とする。このように定義すると、強度Iと位相θの関係は下記の式で表される。 As shown in FIG. 20, the phase where the intensity change is maximum is −φ, the intensity at that time is Imax, the phase where the intensity change is minimum is −φ + π, the intensity is Imin, and the singularity is The phase is 0, and the intensity at that time is Io. If defined in this way, the relationship between the intensity I and the phase θ is expressed by the following equation.
I=a・sin(θ+φ)+b
a=(Imax −Imin )/2
b=(Imax +Imin )/2
ここで、境界条件として、位相−φ、−φ+π、0での強度を代入して計算すると、図21に示すように、位相と反射光強度の関係が得られる。従って、反射光強度から位相に変換ができた。この変換は、複数の波長を用いて行うことにより精度が向上する。解析の時間が許す限り多くの波長を用いて、変換するのがよい。図21の関係を基に、現像時間と位相の関係を図22に示す。特定波長の反射率がある値になった時点が所望寸法に仕上がる時間であるので、図22の関係を基に、特定の位相となった時点で現像を終了させる。
I = a · sin (θ + φ) + b
a = (Imax−Imin) / 2
b = (Imax + Imin) / 2
Here, when the calculation is performed by substituting the intensity at the phase -φ, -φ + π, 0 as the boundary condition, the relationship between the phase and the reflected light intensity is obtained as shown in FIG. Therefore, it was possible to convert the reflected light intensity into the phase. This conversion improves accuracy by using a plurality of wavelengths. It is better to convert using as many wavelengths as the analysis time allows. Based on the relationship of FIG. 21, the relationship between development time and phase is shown in FIG. Since the time when the reflectance at a specific wavelength reaches a certain value is the time required for finishing to a desired size, the development is terminated when the specific phase is reached based on the relationship shown in FIG.
ここでは、波長550nmで計測した場合の反射光強度0.88が所望寸法に仕上がる強度であるので、位相16.4度で現像を終了させる。従って、現像を30秒で終了させる。(ステップS12)。 Here, since the reflected light intensity of 0.88 when measured at a wavelength of 550 nm is an intensity finished to a desired dimension, the development is terminated at a phase of 16.4 degrees. Therefore, development is completed in 30 seconds. (Step S12).
本実施形態では、現像の終点を測定した位相が特定の値になった時点としたが、これに限られるものではない。第2の実施形態では特異点となる時間と、特定時間での反射率から求める現像終点を求めたが、特定時間での反射率を位相と置き換えて現像終点を求めることも可能である。その他、特定の時間を2つ設定して、そのときの位相から現像終点を求めることも可能である。 In this embodiment, the phase at which the development end point is measured is set to a specific value, but the present invention is not limited to this. In the second embodiment, the development end point obtained from the time as a singular point and the reflectance at a specific time is obtained. However, it is also possible to obtain the development end point by replacing the reflectance at the specific time with the phase. In addition, it is also possible to set two specific times and obtain the development end point from the phase at that time.
(効果)
このように本実施形態によれば、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるために、現像時間制御を行う場合に、ウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを露光装置でのフォーカス情報及びモニタ領域の膜厚計測を行うことで抽出する。現像を開始し、このチップのモニタ領域の強度変化を位相に変換してモニタすることで、最適な現像時間を求めることが可能になり、ウェハ間の寸法のばらつきを大きく低減することができる。これにより、寸法の精度及び歩留まりが大きく向上する。また、強度を位相に置きかえることにより、下地の膜厚やプローブ光の波長に依存しない物理量でのモニタリングが可能となる。従って、波長分散から寸法を求めるという複雑な処理がなくなり、解析が簡略化できる。
(effect)
As described above, according to the present embodiment, when developing time control is performed in order to reduce dimensional variation between wafers, a chip processed under typical conditions in the wafer is focused on the exposure apparatus. Information is extracted by measuring the film thickness of the monitor area. By starting development and converting the intensity change in the monitoring area of the chip into a phase and monitoring it, it becomes possible to obtain the optimum development time, and the dimensional variation between wafers can be greatly reduced. This greatly improves the dimensional accuracy and yield. Further, by replacing the intensity with the phase, it is possible to perform monitoring with a physical quantity that does not depend on the film thickness of the base or the wavelength of the probe light. Therefore, the complicated process of obtaining the dimension from the chromatic dispersion is eliminated, and the analysis can be simplified.
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、露光条件(フォーカス,露光量)が平均的なチップを抽出したが、ウェハ上の各チップの露光条件が揃っている場合は、チップを抽出する工程は必ずしも必要としない。また、モニタ領域は必ずしもデバイスパターン領域内のデバイスパターン(実施形態ではメモリセル領域)に限るものではなく、モニタ専用のパターンであってもよい。さらに、モニタ領域は必ずしもデバイスパターン領域内に限るものではなく、マーク領域に形成したものであってもよい。 In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. In the embodiment, a chip having an average exposure condition (focus, exposure amount) is extracted. However, when the exposure condition of each chip on the wafer is the same, the step of extracting the chip is not necessarily required. Further, the monitor area is not necessarily limited to the device pattern (memory cell area in the embodiment) in the device pattern area, and may be a monitor-dedicated pattern. Furthermore, the monitor area is not necessarily limited to the device pattern area, but may be formed in the mark area.
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。 In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
10…現像ユニット
11…モニタヘッド
12…光源
13…ファイバー
20…ウェハ
21…デバイス領域
22…マーク領域
23…メモリセル領域
31…CCDカメラ
32…分光器
33…画像解析部
34…強度解析部
35…制御部
36…露光装置
51…CCDカメラの視野
52…分光器で検出する領域
53…モニタ領域
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記デバイスパターンの露光時に、デバイス領域と共にモニタ領域を露光する工程と、
前記レジストの現像時に、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光強度の波長分散に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、
前記予測された現像停止時間に前記基板上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。 In a pattern formation method of forming a device pattern on a resist by development after exposing the device pattern to a resist on a substrate to be processed,
Exposing the monitor area together with the device area during exposure of the device pattern;
Irradiating the monitor region with light of a plurality of wavelengths when developing the resist, and predicting a development stop time during which the device pattern is finished to a desired dimension based on wavelength dispersion of reflected light intensity reflected from the monitor region; ,
Supplying a development stop solution onto the substrate during the predicted development stop time, and stopping the development.
前記デバイスパターンの露光時に、デバイス領域と共にモニタ領域を露光する工程と、
前記レジストの現像時に、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、変換した位相に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、
前記予測された現像停止時間に前記基板上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。 In a pattern formation method of forming a device pattern on a resist by development after exposing the device pattern to a resist on a substrate to be processed,
Exposing the monitor area together with the device area during exposure of the device pattern;
When developing the resist, the monitor region is irradiated with light of a plurality of wavelengths, the intensity change of the reflected light reflected from the monitor region is converted into a phase change, and the device pattern has a desired dimension based on the converted phase. A process for predicting the development stop time to be finished;
Supplying a development stop solution onto the substrate during the predicted development stop time, and stopping the development.
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