JPH10112425A

JPH10112425A - 基板処理工程モニター装置、及びこれを用いたデバイス製造方法

Info

Publication number: JPH10112425A
Application number: JP8264383A
Authority: JP
Inventors: Seiji Takeuchi; 誠二竹内; Hiroshi Maehara; 広前原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: JP3927629B2

Abstract

(57)【要約】【課題】迅速でウエハ破壊なく行える基板処理工程モ
ニター装置を実現する。【解決手段】基板に形成されたパターンに入射光束を
照射する光束入射手段と、前記パターンからの信号光束
を受光する受光手段と、前記受光手段からの信号を用い
て入射光束の変化を検出する検出手段と、前記検出手段
の結果に基づいて前記パターンの形成状態を求める手段
を有し、前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の
後の前記パターンの形成状態の結果を記憶し、比較する
処理手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理工程モニ
ター装置及びそれを用いたデバイス製造方法に関し、例
えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像
デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等
のデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィー工程
において使用される処理装置の工程をモニターし、迅速
に処理工程の異常を発見し、プロセス工程管理する際に
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイス
の高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う
半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細
加工技術としてマスク（レチクル）の回路パターン像を
投影光学系（投影レンズ）により感光基板上に形成し、
感光基板をステップ＆リピート方式で露光する縮小投影
露光装置（ステッパー）が種々と提案されている。

【０００３】このステッパーにおいては、レチクル上の
回路パターンを所定の縮小倍率を持った投影光学系を介
してウエハ面上の所定の位置に縮小投影して転写を行
い、１回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージを
所定の量、移動して再び転写を行うステップを繰り返し
てウエハ全面の露光を行っている。

【０００４】露光後のウエハは現像処理、エッチング、
アッシング等の処理を経て初めてウエハの上に最終的な
パターンが形成される。なお、この露光後の処理工程の
条件によってウエハ上の最終的なパターンの形成状態は
変化する。

【０００５】デバイスの量産工場においてはこのパター
ンの形成状態が常に一定であることが望ましいが、様々
な要因で処理工程などの条件が変化し、歩留まりを低下
させることになる為、一定時間毎にプロセス工程のモニ
ターを行い、管理することとなる。

【０００６】このプロセスの管理は、直線状のパターン
の線幅を光学顕微鏡や線幅測定装置で計測することが一
般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のプロセス管理に
はウエハ上に形成したパターンの線幅をＳＥＭ等で計測
しているため、処理時間がかるという問題点があった。

【０００８】本発明は、例えば現像工程を管理する場合
には、露光後の処理前のレジストの感光状態（潜像）及
び現像処理後のＬ＆Ｓ等の感光パターンの形成状態を、
入射した入射光束の変化、例えば反射光の強度の変化や
偏光状態の変化を利用して測定し、その測定値の比較か
らパターン形成状態の変化を発見し、異常が現像工程で
発生しているかそれ以前に発生したかを分離発見するこ
とでより確実で迅速にプロセスを管理することができ、
高集積度のパターンが容易に得られる基板処理工程モニ
ター装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の基板処理工程モ
ニター装置のある形態は、基板に形成された周期的パタ
ーンに入射光束を照射する光束入射手段と、前記パター
ンからの信号光束を受光する受光手段と、前記受光手段
からの信号を用いて入射光束の変化を検出する検出手段
と、前記検出手段の結果に基づいて前記パターンの形成
状態を求める手段を有し、前記基板の基板処理工程の前
と基板処理工程の後の前記パターンの形成状態の結果を
記憶し、比較する処理手段とを有することを特徴とす
る。

【００１０】前記入射光束の変化は、入射光束の偏光状
態の変化であることを特徴とする。

【００１１】前記入射光束の変化は、入射光束の強度の
変化であることを特徴とする。

【００１２】前記処理手段は、比較した結果に基づいて
前記基板処理工程の異常を判定することを特徴とする。

【００１３】前記処理手段は、前記入射光束の変化が予
め決められた範囲であるかどうか判定して該パターンの
形成状態の良否を求めることを特徴とする。

【００１４】前記基板の基板処理工程の前と基板処理工
程の後の該パターンの形成状態の良否を求める際、前記
予め決められた範囲が異なることを特徴とする。

【００１５】前記基板には前記パターンが複数形成され
ており、前記処理手段は、各パターン毎に前記基板の基
板処理工程の前と基板処理工程の後の各パターンの形成
状態の結果を記憶し、比較することを特徴とする。

【００１６】前記基板処理工程は、現像処理工程もしく
はエッチング処理工程もしくはアッシング処理工程であ
ることを特徴とする。

【００１７】本発明のデバイス製造方法のある形態は、
上記基板処理工程モニター装置を用いてデバイスを製造
することを特徴とする。

【００１８】本発明の基板処理工程モニター方法のある
形態は、基板に形成された周期的パターンに入射光束を
照射するする工程、前記受光手段からの信号を用いて入
射光束の変化を検出する工程と、前記検出工程の結果に
基づいて前記パターンの形成状態を求める工程と、前記
基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の前記パタ
ーンの形成状態の結果を記憶し、比較する処理工程とを
有することを特徴とする。

【００１９】前記入射光束の変化は、入射光束の偏光状
態の変化であることを特徴とする。

【００２０】前記入射光束の変化は、入射光束の強度の
変化であることを特徴とする。

【００２１】前記処理工程は、比較した結果に基づいて
前記基板処理工程の異常を判定することを特徴とする。

【００２２】前記処理手段は、前記入射光束の変化が予
め決められた範囲であるかどうか判定して該パターンの
形成状態の良否を求めることを特徴とする。

【００２３】前記基板の基板処理工程の前と基板処理工
程の後の該パターンの形成状態の良否を求める際、前記
予め決められた範囲が異なることを特徴とする。

【００２４】前記基板には前記パターンが複数形成され
ており、前記処理工程は、各パターン毎に前記基板の基
板処理工程の前と基板処理工程の後の各パターンの形成
状態の結果を記憶し、比較することを特徴とする。

【００２５】前記基板処理工程は、現像処理工程もしく
はエッチング処理工程もしくはアッシング処理工程であ
ることを特徴とする。

【００２６】本発明のデバイス製造方法のある形態は、
上記基板処理工程モニター方法を用いてデバイスを製造
することを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】まず本発明において基板に形成さ
れたパターンを測定するときの測定方法の特徴について
説明する。

【００２８】本発明ではパターンの形状の変化に伴って
パターンの屈折率平均値あるいは実効値が変化する原理
を利用している。

【００２９】そこで本発明においては、レチクル（Ｒ）
に例えば一方向に周期を持つＬ＆Ｓの工程管理用のパタ
ーンを形成したマスクを用いて、その基準パターンの像
をウエハ（Ｗ）上に順次露光している。

【００３０】そして、この露光によりできたウエハ上の
レジスト内の潜像（露光により化学変化等を起こして屈
折率が変化した部分で構成した像）もしくは現像工程後
の凹凸パターンに対し、光束入射手段より入射光束を照
射し、該パターンからの信号光束を受光手段で受光して
いる。受光手段からの信号を用いて入射光束の変化（入
射光束の偏光状態の変化や強度の変化等）を検出し、入
射条件に対応した光束の変化の検出によってパターンの
形成状態を処理手段で求めている。

【００３１】次に光束の変化として入射光束の偏光状態
の変化を用い、ウエハ上のレジストパターンを測定する
場合を例にとり説明する。

【００３２】パターンに対し、所定の波長と所定の偏光
状態を持つ光束を所定の入射角でレジストに入射させて
いる。その光束がレジスト内を透過し、ウエハ基板上で
反射し、さらにレジストを再び透過して出射してきた光
束、及びレジスト表面で直接反射した光束とが合波して
できた光束の偏光状態を測定する。

【００３３】凹凸パターン位相型回折格子に対し、その
ピッチ以上の波長では回折光を生じず、複屈折特性をも
つことが知られている。

【００３４】本発明の実施形態では反射光を検出する場
合を中心に示すが、レジストパターンのピッチが波長よ
り大きいときは回折光を生じ、この回折光でも同様の測
定ができる。

【００３５】次に本発明で用いている偏光解析法につい
て説明する。

【００３６】今、格子厚をｄ、デューティ比（周期に対
する残存レジスト部分の比）をｔとし、周期以上の波長
を持つレーザー光が複屈折素子に垂直に入射したと仮定
する。このとき、入射光の偏光状態が格子の溝に平行で
あるか垂直であるかによって複屈折素子の周期構造部分
での屈折率ｎ‖、ｎ⊥は、それぞれ次式で与えられるこ
とが知られている（光学の原理ＩＩＩ：ボルン・ウォル
フ著）。今、格子の溝に平行な光に対する屈折率をｎ
‖、垂直な光に対する屈折率をｎ⊥とすると、

【００３７】

【外１】ここでｎ1、ｎ2はそれぞれ格子のＬ（ライン部分）とＳ
（スペース相当部分）の屈折率である。ライン部分Ｌと
スペース部分Ｓは、レジストの潜像の場合、Ｌがレジス
ト、Ｓが露光されたレジストであり、レジストを現像し
た場合、ＬがレジストでＳが空気等の気体である。

【００３８】また上記屈折率の式は周期構造の周期が波
長に対して十分小さい場合の近似式であり、厳密に電界
を計算することで周期が波長同等の場合や、周期構造以
外の屈折率も計算できる。

【００３９】偏光解析のモデルはウエハ基板上の所定の
厚みの複屈折媒質の複屈折率を測定することに相当す
る。偏光解析法とは、このウエハ基板上に、Ｐ／Ｓ（Ｐ
偏光／Ｓ偏光）の位相差０、振幅比１の直線偏光光を所
定の角度θで入射させ、その反射光の位相差（Δ）と振
幅比（ψ）を測定し、予め測定したライン部分Ｌとスペ
ース部分Ｓの屈折率ｎ1、ｎ2及びレジスト厚ｄを用い
て、ｎ‖、ｎ⊥を求めることができるものである。この
偏光解析法により求まったｎ‖、ｎ⊥の値から、上記式
や厳密に解いた式を用いてデューティｔを求めている。
またこの偏光解析法は公知であるので詳細は省略する。

【００４０】入射光束の条件（入射角、パターン方向に
対する方位角、波長）についてはレジストの屈折率や、
膜厚、パターンの形状などで最適な条件が異なる。現像
レジストパターンの測定と、潜像レジストパターンの測
定とでも条件は異なる。更に潜像の場合、被露光部と未
露光部との屈折率差が小さいため、露光条件の微小な変
化でパターンの形状に発生する微小な変化を光束の微小
な違いで分解検出するためにはパターンの形成条件によ
って光束の変化が大きい入射条件で測定している。

【００４１】本発明の一実施形態はＬ＆Ｓのパターンを
形成した感光基板をまず現像処理工程前に測定し、現像
処理工程後にも測定した結果と比較して、パターンの不
均一性や所定の形状のパターンを形成していないウエハ
が発生したときに原因が現像処理工程であるかを検出す
る。

【００４２】（実施例１）本発明の実施形態を図を用い
て説明する。図１は本発明の実施形態１の要部概略図、
図２はパターンの一例の説明図である。

【００４３】本実施形態は感光パターンを介した入射光
束の変化として偏光状態の変化を利用した場合で、露光
工程と現像工程の異常を分離検出するものである。

【００４４】図２はレチクル面上の基準パターン(以下
「パターン」という）２０１ｐの説明図である。パター
ン２０１ｐはライン（Ｌ）とスペース（Ｓ）より成るＬ
＆Ｓのパターン２０２、２０３を互いに直交させて構成
している。

【００４５】本実施形態ではレチクル上に描画されたＬ
＆Ｓのパターン２０２、２０３より成るパターン２０１
ｐをステップ＆リピート方式でレジストを塗布したウエ
ハ１０６上に順次露光していく。

【００４６】図３は、レジストの断面の説明図である。
露光後のウエハ１０６上のレジストは図３に示すように
レジスト内に潜像を形成する。潜像は露光光によってレ
ジストが化学変化等で性質が変化して構成されたもの
で、この斜線で示した部分が露光した部分であり、一般
的に屈折率が変化している。図３の３０５は露光量、フ
ォーカス量（投影レンズ光軸方向のウエハの位置）等が
最適化されている時の潜像で、デューティが0.5である
パターンが形成されている。たとえば露光量が変動した
場合、露光量が適正値より少ない場合は３０４のような
デューティが0.5以下の潜像パターンが形成される。一
方、露光量が適正値より多い場合は３０６のようにデュ
ーティが0.5以上の潜像パターンが形成される。

【００４７】また露光時のフォーカス量が変動したとき
は３０２や３０８のようにパターンの側壁の傾斜が変化
する。

【００４８】露光装置の露光条件を最適化し、一定に維
持しながら露光を行えばこれらの複数のパターンは一定
の形状をしている。しかし、この段階で露光装置に異常
があった場合、これらの複数の潜像は形状が異なり、パ
ターンの形成状態を測定した結果は異なる。

【００４９】次に偏光状態変化の検出によるパターン測
定を図１により説明する。

【００５０】光源部１０１、受光部１０２、ドライバー
１０３、偏光処理装置１０４そしてＣＰＵ１０９で構成
される偏光解析法を利用した工程モニター装置により入
射光に対する反射光の振幅比ψと位相差Δを測定し、パ
ターンの形成状態を判定する。

【００５１】図４は図１の光路を展開した説明図であ
る。図１、図４において光源部（光束入射手段）１０１
は光源１０１１（ＨｅＮｅレーザや半導体レーザばかり
でなく分光器の単色光でも良い）と偏光素子１０１２
（グラントムソン等）からなる。偏光素子１０１２はウ
エハ１０６に対し、Ｐ偏光成分（紙面に平行）とＳ偏光
成分（紙面に垂直）が等量になるように紙面と偏光面が
４５度になるように設置している。従ってこの光束Ｐ，
Ｓの位相差Δは０で、振幅比ψは１である。

【００５２】受光部（受光手段）１０２は、異方性の軸
が光束１０５に直交したλ／４波長板１０２４、アナラ
イザーであるところの偏光素子１０２２（グラントムソ
ン等）、光電変換素子１０２１とを有している。更にλ
／４板１０２４は光束１０５方向を回転軸とする回転機
構１０２３内に保持され、ドライバー１０３の指令によ
り一定速度で回転している。

【００５３】今、光源部１０１からの射出光１０５がウ
エハ１０６上のレジスト表面とウエハ表面で反射し、そ
の合波光束がウエハ１０６上のレジストの複屈折率ｎ
1、ｎ2等に応じてＰ、Ｓ偏光の位相差Δと振幅比ψが変
化する。

【００５４】その光束を回転するλ／４板１０２４とア
ナライザー１０２２を通してディテクタ１０２１で検出
し、偏光処理装置１０４は、位相差Δと振幅比ψに応じ
た正弦波の電気信号を得て、その振幅と直流成分の大き
さ正弦波の位相情報から、上記Δ、ψを求めている。

【００５５】以上のように偏光解析法を利用して、ＣＰ
Ｕ１０９は、予め測定されているレジストの未露光部分
の屈折率ｎ1、被露光部分の屈折率ｎ2、レジストの厚み
ｄ、および基板の複素屈折率ｎsを与えられ、Ｌ＆Ｓの
レジストパターンを複屈折構造体としてｎ⊥を求めてい
る。

【００５６】更にデューティｔ⊥をｎ⊥の値から以下の
式で求めている。

【００５７】ｔ⊥＝ｎ1**2・（ｎ2**2−ｎ⊥**2）／
（ｎ⊥**2・（ｎ2**2−ｎ1**2））屈折率ｎ‖の値からデューティｔ‖は、ｔ‖＝（ｎ‖**2−ｎ2**2）／（ｎ1**2−ｎ2**2）となる。この２値を次のように平均化して精度を高めて
いる。

【００５８】ｔ１＝（ｔ⊥＋ｔ‖）／２通常は以上でデューティｔを求めることができるが、レ
ジストむらや下地の構造などによる測定値の変動がある
場合もあるので図５の平面図に示すように前記ｘ方向か
らの偏光解析測定に対し、それに直交した、つまりｙ方
向からの第２の偏光解析装置を構成し、第１の偏光解析
装置（１０１、１０２）が測定した測定点と略同一点を
同時に測定することにより以下のようにして精度向上を
図っている。

【００５９】この場合もデューティｔ１を求めたときと
同様にｔ２＝（ｔ⊥＋ｔ‖）／２となり、前述したデューティｔ１を使って、ｔ＝（ｔ１＋ｔ２）／２と平均化することにより、更にデューティtの測定精度
を高めている。

【００６０】潜像のパターン測定の精度をあげるために
は所望のパターンを形成したＬ＆Ｓの偏光解析によって
得られたデューティと、そのサンプルを現像しＳＥＭで
測定した値を比較することにより、偏光解析法で発生す
る下地の構造等で発生するデューティのオフセットを計
り、以降の測定ではこのオフセット値を差し引いた値を
補正された正しい測定値とする。現像後のパターンも偏
光解析のデューティとによって測定した値を比較するこ
とでプロセスに依存するオフセットを除去できる。この
ＳＥＭとの比較はプロセス等の条件がかわる最初に一度
だけすれば良く、以後はＳＥＭは必要としない。

【００６１】次に上記偏光状態変化の検出を用いた工程
モニター装置の処理を図６を用いて説明する。

【００６２】図６は現像工程モニターの処理のフローチ
ャートである。

【００６３】まず露光工程６０１後のウエハが工程モニ
ターに搬送され、６０２では、潜像の状態で前述のとお
り、偏光処理装置１０４によって位相差Δと振幅比ψを
検出し、検出された位相差Δと振幅比ψに基づいてＣＰ
Ｕ１０９はパターンの形成状態を測定する。６０３で
は、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の
結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが
一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されて
いることを判定する。もし、パターンの形成状態が許容
範囲外である場合、６０４で不良パターンを形成してい
るショットをＥとしてメモリーする。６１５がウエハ上
の不良ショットの位置をＥで示している。すべてのパタ
ーンが許容範囲内の形成状態である場合は、直接現像工
程６０５にウエハを搬送し、不良ショットがある場合も
６０４の後に現像工程６０５にウエハを搬送する。

【００６４】現像工程６０５を経たウエハは再度工程モ
ニターに搬送され、６０６にてウエハ上の複数のパター
ンの測定を行う。ここでは現像後のレジストパターンの
形成状態を測定するため、潜像パターンの測定時とは測
定条件（入射角、入射波長等）や形成状態決定に要する
定数（屈折率、厚さ等）が異なる。測定の手法は前述と
同様であり、現像の場合はＬ＆ＳパターンのＳ部分が空
気等の気体の屈折率となる。６０７では、ＣＰＵ１０９
がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、
ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定
された許容範囲内の形状に形成されていることを判定す
る。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場
合、６０８で不良パターンを形成しているショットをＤ
としてメモリーする。６１６がウエハ上の現像工程で発
生した不良ショットの位置をＤで示している。すべての
パターンが許容範囲内の形成状態である場合は、現像工
程後も異常がなくパターンが形成されているとして直接
次の工程６１１にウエハを搬送する。

【００６５】不良ショットがある場合は６０９へ進み、
ＣＰＵ１０９は、現像工程前のパターンの不均一性をメ
モリーしたＥのショットの位置と現像工程後のパターン
の不均一性をメモリーしたＤのショットの位置を比較す
る。一致すれば不均一性、即ち異常パターンの形成は露
光工程のみに原因があるため、６１２で露光工程に異常
があると判定し、作業者に警報で知らせる。また、一致
しない場合には６１０においてＥのショットがあったか
どうかを確認し、Ｅがあった場合は露光工程でも現像工
程でも均一なショットを得られない原因があるとして両
方異常であると判定し、警報にて作業者に知らせる。Ｅ
がなかった場合は現像工程のみで異常が発生していると
判定し、現像工程異常の警報で作業者に知らせる。

【００６６】本実施形態では以上のようにしてパターン
形成に異常がある場合にそれが露光工程の以上で発生し
たものか、現像工程で発生したものかを図６のように分
離して検出している。またそれぞれの工程で異常が発生
したときにすぐに作業者が対処できるように警報によっ
て知らせるシステムとなっている。

【００６７】次にパターン測定の際の許容範囲を図７を
用いて説明する。これは本実施形態の工程モニターの初
期データとして予め工程モニターが有するデータを作成
する方法の一つである。図７は１枚のウエハに露光量を
一方向に、フォーカス量をそれと直交する方向のショッ
トで順次微小に変化させて８×６個のショット露光を
し、その８×６点の現像工程前の偏光解析結果をΔ−ψ
マップ上に表した例である。例えば、ライン７１０上の
測定点は露光量が一定でフォーカスが変化しているもの
であり、一方ライン７０１上の測定点は逆にフォーカス
が一定で露光量が変化している。

【００６８】この８×６点に関して現像後に前述したよ
うなＳＥＭ測定との対応をとることにより最適なデュー
ティになっている範囲をこの現像工程前のΔ−ψのマッ
プ上の四角枠ＡＸとして指定できる。同様に現像後の偏
光解析結果とＳＥＭ測定との対応をとることにより最適
なデューティになっている範囲をこの現像工程後のΔ−
ψのマップ上の四角枠ＡＸとして指定もできる。当然の
ことであるが現像工程前後では、最適なデューティにな
っているΔ−ψのマップ上の四角枠は異なる。従って工
程モニター装置のＣＰＵ１０９は、露光ショットを偏光
解析法により測定し、Δ、ψがこの枠ＡＸに入れば、最
適デューティを示しているとして許容範囲内であるとの
判断を下す。このような最適なデューティになっている
Δ−ψのマップ上の四角枠のデータを工程毎のデータと
して予め装置の中に保持していることで、パターンを比
較する際にデューティｔ等の値で比較せず、計算前の
Δ、ψ等の測定データで直接比較して計算時間を省くこ
とができる。

【００６９】本実施形態では以上のようにして露光工程
と現像工程に異常が発生した場合にどちらの工程で異常
が発生したかを分離して早期に検出するため、デバイス
の量産工程の歩留まりを向上させている。

【００７０】（実施例２）本発明の実施形態２はエッチ
ング工程をモニターする実施例である。エッチング工程
は現像されたレジストをマスクとして、基板が露出して
いる部分を削り、レジストパターンを転写加工する工程
である。

【００７１】パターン測定の手法は実施形態１と同様で
ある。ただし、エッチング後のパターンは基板のパター
ンに重なってレジストパターンが存在する為、複屈折膜
が２層になり、更に基板がシリコン基板のように誘電体
ではない場合、基板材質による吸収があるため、偏光解
析によるパターンの計算は複雑になる。エッチング工程
ではレジストパターンの線幅が精度良く加工される為、
エッチングの深さをモニターしたい場合もある。この場
合、エッチング工程前に測定したレジストパターンの線
幅、デューティ等が基板のパターンの線幅、デューティ
の値になっているためこれらを既知の値として、偏光解
析によって基板パターンによる複屈折層の厚さを求める
ことでエッチング深さを正確に割り出すことができる。

【００７２】図８は工程モニターの処理のフローチャー
トである。

【００７３】まず現像工程８０１後のウエハが工程モニ
ターに搬送され、８０２では、潜像の状態で前述のとお
り、偏光処理装置１０４によって位相差Δと振幅比ψを
検出し、検出された位相差Δと振幅比ψに基づいてＣＰ
Ｕ１０９はパターンの形成状態を測定する。８０３で
は、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の
結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが
一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されて
いることを判定する。前述したように、検出された位相
差Δと振幅比ψが最適なデューティになっているΔ−ψ
のマップ上の四角枠内にあるかどうか判定してもよい。
もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、８
０４で不良パターンを形成しているショットをＥとして
メモリーする。８１５がウエハ上の不良ショットの位置
をＥで示している。すべてのパターンが許容範囲内の形
成状態である場合は、直接エッチング工程８０５にウエ
ハを搬送し、不良ショットがある場合も８０４の後にエ
ッチング工程８０５にウエハを搬送する。

【００７４】エッチング工程８０５を経たウエハは再度
工程モニターに搬送され、８０６にてウエハ上の複数の
パターンの測定を行う。ここではエッチング後のレジス
トパターン及び基板パターンの形成状態を測定するた
め、レジストパターンの測定時とは測定条件（入射角、
入射波長等）や形成状態決定に要する定数（屈折率、厚
さ等）が異なる。測定の手法は前述と同様である。８０
７では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測
定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパター
ンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成さ
れていることを判定する。もし、パターンの形成状態が
許容範囲外である場合、８０８で不良パターンを形成し
ているショットをＤとしてメモリーする。８１６がウエ
ハ上のエッチング工程で発生した不良ショットの位置を
Ｄで示している。すべてのパターンが許容範囲内の形成
状態である場合は、エッチング工程後も異常がなくパタ
ーンが形成されているとして直接次の工程８１１にウエ
ハを搬送する。

【００７５】不良ショットがある場合は８０９へ進み、
ＣＰＵ１０９は、エッチング工程前のパターンの不均一
性をメモリーしたＥのショットの位置とエッチング工程
後のパターンの不均一性をメモリーしたＤのショットの
位置を比較する。一致すれば不均一性、即ち異常パター
ンの形成は現像工程のみに原因があるため、８１２で現
像工程に異常があると判定し、作業者に警報で知らせ
る。また、一致しない場合には８１０においてＥのショ
ットがあったかどうかを判定し、Ｅがあった場合は現像
工程でもエッチング工程でも均一なショットを得られな
い原因があるとして両方異常であると判定し、警報にて
作業者に知らせる。Ｅがなかった場合はエッチング工程
のみで異常が発生していると判定し、エッチング工程異
常の警報で作業者に知らせる。

【００７６】本実施形態では以上のようにしてパターン
形成に異常がある場合にそれがエッチング工程以前で発
生したものか、エッチング工程で発生したものかを図８
のように分離して検出している。またそれぞれの工程で
異常が発生したときにすぐに作業者が対処できるように
警報によって知らせるシステムとなっている。このよう
に異常発生を早期に検出する為、デバイスの量産工程の
歩留まりを向上させている。

【００７７】（実施例３）本発明の実施形態３はアッシ
ング工程をモニターする実施例である。アッシング工程
はエッチング後にレジストを剥がし、基板パターンを露
出させる、ごく単純なパターン形成としては最後となる
工程である。

【００７８】パターン測定の手法は実施形態１と同様で
ある。

【００７９】図９は工程モニターの処理のフローチャー
トである。

【００８０】まずエッチング工程９０１後のウエハが工
程モニターに搬送され、９０２でウエハの上のレジスト
と基板材質によるバターンを前述のとおりに偏光処理装
置１０４によって位相差Δと振幅比ψを検出し、検出さ
れた位相差Δと振幅比ψに基づいてＣＰＵ１０９はパタ
ーンの形成状態を測定する。９０３では、ＣＰＵ１０９
がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、
ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定
された許容範囲内の形状に形成されていることを確認す
る。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場
合、９０４で不良パターンを形成しているショットをＥ
としてメモリーする。９１５がウエハ上の不良ショット
の位置をＥで示している。すべてのパターンが許容範囲
内の形成状態である場合は、直接アッシング工程９０５
にウエハを搬送し、不良ショットがある場合も９０４の
後にアッシング工程９０５にウエハを搬送する。

【００８１】アッシング工程９０５を経たウエハは再度
工程モニターに搬送され、９０６にてウエハ上の複数の
パターンの測定を行う。ここではアッシング後の基板パ
ターンの形成状態を測定するため、レジストと基板材質
によるパターンの測定時とは測定条件（入射角、入射波
長等）や形成状態決定に要する定数（屈折率、厚さ等）
が異なる。測定の手法は前述と同様である。９０７で
は、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の
結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが
一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されて
いることを判定する。もし、パターンの形成状態が許容
範囲外である場合、９０８で不良パターンを形成してい
るショットをＤとしてメモリーする。９１６がウエハ上
のアッシング工程で発生した不良ショットの位置をＤで
示している。すべてのパターンが許容範囲内の形成状態
である場合は、アッシング工程後も異常がなくパターン
が形成されているとして直接次の工程９１１にウエハを
搬送する。

【００８２】不良ショットがある場合は９０９へ進み、
ＣＰＵＩ１０９がアッシング工程前のパターンの不均一
性をメモリーしたＥのショットの位置とアッシング工程
後のパターンの不均一性をメモリーしたＤのショットの
位置を比較する。一致すれば不均一性、即ち異常パター
ンの形成はエッチング工程のみに原因があるため、９１
２でエッチング工程に異常があると判定し、作業者に警
報で知らせる。また、一致しない場合には９１０におい
てＥのショットがあったかどうかを判定し、Ｅがあった
場合はエッチング工程でもアッシング工程でも均一なシ
ョットを得られない原因があると判定し両方異常である
との警報にて作業者に知らせる。Ｅがなかった場合はア
ッシング工程のみで異常が発生していると判定しアッシ
ング工程異常の警報で作業者に知らせる。

【００８３】本実施形態では以上のようにしてパターン
形成に異常がある場合にそれがアッシング工程以前で発
生したものか、アッシング工程で発生したものかを図９
のように分離して検出している。またそれぞれの工程で
異常が発生したときにすぐに作業者が対処できるように
警報によって知らせるシステムとなっている。このよう
に異常発生を早期に検出する為、デバイスの量産工程の
歩留まりを向上させている。

【００８４】（実施例４）本発明の実施形態４は工程モ
ニターを汎用的にした実施例である。本実施形態による
と予め測定条件、パターン形状の許容範囲等を入力して
おくことでどの工程にも適応できるものである。図１０
を用いて説明する。

【００８５】図１０は工程モニターのフローチャートで
ある。本実施形態においては任意の工程Ｂの前と後にパ
ターン測定を行うことでＢ工程より前に異常が発生して
いるか、あるいはＢ工程で異常が発生しているかを分離
して検出している。Ａ工程終了後、Ｂ工程の前にパター
ンの測定を行う。測定の手法は前述と同様で、入射光を
パターンに入射し、その反射光の変化を検出することで
パターンの形状を測定するものである。ここで、測定条
件（入射角、入射波長等）や形成状態決定に要する定数
（屈折率、厚さ等）は工程によって異なるため、予め保
持しているＢ工程前の測定条件を用いて測定を行い、形
成状態決定に要する定数も予め保持している値を用い
る。

【００８６】１００３では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の
複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複
数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範
囲内の形状に形成されていることを判定する。もし、パ
ターンの形成状態が許容範囲外である場合、Ｂ工程より
前に異常があると判定し、１００４でＢ前異常警報によ
って作業者に警報する。異常がない場合は、そのウエハ
はそのまま１００５のＢ工程に進む。

【００８７】１００６で再度パターンを測定するが、こ
の時も予め保持しているＢ工程後の測定条件及び定数を
用いて測定を行う。１００７ではウエハ上の複数のパタ
ーンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショット
のパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状
に形成されていることを判定する。

【００８８】もし、パターンの形成状態が許容範囲外で
ある場合、Ｂ工程で異常が発生していると判定し、１０
０８でＢ工程異常警報によって作業者に警報する。異常
がない場合は、そのウエハはそのまま１００９のＣ工程
に搬送される。

【００８９】本実施形態の工程モニターは汎用的で、任
意の工程を境に、その工程の前に異常が発生した場合と
その工程で異常が発生した場合を分離して検出してい
る。また、すべての工程の前後に測定を行うように本実
施形態の工程モニターを用いることでどの工程で異常が
発生したかを迅速に検出している。またそれぞれの工程
で異常が発生したときにすぐに作業者が対処できるよう
に警報によって知らせるシステムとなっている。このよ
うに異常発生を早期に検出する為、デバイスの量産工程
の歩留まりを向上させている。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、露光によ
るレジストの感光状態（潜像）あるいは現像後のＬ＆Ｓ
等の感光パターン、エッチング工程前後のパターン、ア
ッシング工程前後のパターンの形成状態を入射光束の変
化、例えば反射光の強度の変化や偏光状態の変化を利用
して測定している。その測定値から予め設定された許容
範囲内にあるかを確認することを任意の工程の前後で行
い、許容範囲外であったときに警報することにより迅速
に異常を発見することができ、しかも所望の工程の前後
でパターン測定を行うことで異常がその工程より前に発
生したものか、この工程で発生したものかを分離する。

【００９１】高集積度のＩＣを量産する際に、異常の早
期発見、原因の特定に役立ち、歩留まり良くＩＣを製作
できる基板処理工程モニターを達成することができる。

【００９２】特に従来のＳＥＭを用いる方法に比べて、
迅速でウエハ破壊なく行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部断面図

【図２】測定用パターンの説明図

【図３】レジスト潜像の断面図

【図４】偏光解析法構成の説明図

【図５】本発明の実施形態１の平面図

【図６】本発明の実施形態１のフロー図

【図７】偏光解析装置によるパターン測定の許容範囲の
説明図

【図８】本発明の実施形態２のフロー図

【図９】本発明の実施形態３のフロー図

【図１０】本発明の実施形態４のフロー図

【符号の説明】

１０１偏光解析光源部１０２偏光解析受光部１０３回転ステージドライバー１０４偏光処理装置１０５光軸１０６ウエハ１０８フレーム１０９ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板処理工程モニター装置において、基板に形成されたパターンに入射光束を照射する光束入
射手段と；前記パターンからの信号光束を受光する受光
手段と；前記受光手段からの信号を用いて入射光束の変
化を検出する検出手段と；前記検出手段の結果に基づい
て前記パターンの形成状態を求める手段を有し、前記基
板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の前記パター
ンの形成状態の結果を記憶し、比較する処理手段とを有
することを特徴とする基板処理工程モニター装置。
【請求項２】前記入射光束の変化は、入射光束の偏光
状態の変化であることを特徴とする請求項１の基板処理
工程モニター装置。
【請求項３】前記入射光束の変化は、入射光束の強度
の変化であることを特徴とする請求項１の基板処理工程
モニター装置。
【請求項４】前記処理手段は、比較した結果に基づい
て前記基板処理工程の異常を判定することを特徴とする
請求項１乃至３の基板処理工程モニター装置。
【請求項５】前記処理手段は、前記入射光束の変化が
予め決められた範囲であるかどうか判定して該パターン
の形成状態の良否を求めることを特徴とする請求項１乃
至３の基板処理工程モニター装置。
【請求項６】前記基板の基板処理工程の前と基板処理
工程の後の該パターンの形成状態の良否を求める際、前
記予め決められた範囲が異なることを特徴とする請求項
５の基板処理工程モニター装置。
【請求項７】前記基板には前記パターンが複数形成さ
れており、前記処理手段は、各パターン毎に前記基板の
基板処理工程の前と基板処理工程の後の各パターンの形
成状態の結果を記憶し、比較することを特徴とする請求
項１乃至３の基板処理工程モニター装置。
【請求項８】前記基板処理工程は、現像処理工程もし
くはエッチング処理工程もしくはアッシング処理工程で
あることを特徴とする請求項１乃至７の基板処理工程モ
ニター装置。
【請求項９】請求項１乃至８の基板処理工程モニター
装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバ
イス製造方法。
【請求項１０】基板処理工程モニター方法において、基板に形成された周期的パターンに入射光束を照射する
する工程と；受光手段により、前記パターンからの信号
光束を受光する工程と；前記受光手段からの信号を用い
て入射光束の変化を検出する工程と；前記検出工程の結
果に基づいて前記パターンの形成状態を求める工程と；
前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の前記
パターンの形成状態の結果を記憶し、比較する処理工程
とを有することを特徴とする基板処理工程モニター方
法。
【請求項１１】前記入射光束の変化は、入射光束の偏
光状態の変化であることを特徴とする請求項１０の基板
処理工程モニター方法。
【請求項１２】前記入射光束の変化は、入射光束の強
度の変化であることを特徴とする請求項１０の基板処理
工程モニター方法。
【請求項１３】前記処理工程は、比較した結果に基づ
いて前記基板処理工程の異常を判定することを特徴とす
る請求項１０乃至１２の基板処理工程モニター装置。
【請求項１４】前記処理手段は、前記入射光束の変化
が予め決められた範囲であるかどうか判定して該パター
ンの形成状態の良否を求めることを特徴とする請求項１
０乃至１２の基板処理工程モニター方法。
【請求項１５】前記基板の基板処理工程の前と基板処
理工程の後の該パターンの形成状態の良否を求める際、
前記予め決められた範囲が異なることを特徴とする請求
項１４の基板処理工程モニター方法。
【請求項１６】前記基板には前記パターンが複数形成
されており、前記処理工程は、各パターン毎に前記基板
の基板処理工程の前と基板処理工程の後の各パターンの
形成状態の結果を記憶し、比較することを特徴とする請
求項１０乃至１２の基板処理工程モニター方法。
【請求項１７】前記基板処理工程は、現像処理工程も
しくはエッチング処理工程もしくはアッシング処理工程
であることを特徴とする請求項１０乃至１６の基板処理
工程モニター方法。
【請求項１８】請求項１乃至８の基板処理工程モニタ
ー方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデ
バイス製造方法。