JPH10135112A - Measurement of resist photosensitive parameter and semiconductor lithography based thereon - Google Patents

Measurement of resist photosensitive parameter and semiconductor lithography based thereon

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JPH10135112A
JPH10135112A JP8291367A JP29136796A JPH10135112A JP H10135112 A JPH10135112 A JP H10135112A JP 8291367 A JP8291367 A JP 8291367A JP 29136796 A JP29136796 A JP 29136796A JP H10135112 A JPH10135112 A JP H10135112A
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JP
Japan
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resist film
parameter
resist
film
photosensitive
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JP8291367A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisafumi Iwata
尚史 岩田
Toshiharu Nagatsuka
俊治 永塚
Susumu Komoriya
進 小森谷
Shinji Kuniyoshi
伸治 國吉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure resist photosensitive parameters easily. SOLUTION: Light having a photosensitive wavelength is illuminated on a resist film L, formed on a substrate to continuously detect a reflected light intensity distribution on a plane of the pupil 17 and to calculate transient changes in the thickness, refractive index and attenuation coefficient of the resist film on the basis of the detected result. On the basis of transient change characteristics of the calculated film thickness and refractive index, a theoretical value of a mean attenuation coefficient within the resist film L is calculated, and the theoretical value is collated with a transient change characteristic of a mean attenuation coefficient to calculate a photosensitive parameter. The photosensitive parameter is used to find a solid configuration of a latent image within the resist film L, and to control the exposure conditions of an aligner on the basis of the solid configuration.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路を構
成する回路や配線などのデバイスパターンを基板に形成
するためのリソグラフィ技術に関し、特に、ポジ型ホト
レジスト膜の感光パラメータを測定し、その測定結果を
用いて半導体リソグラフィ工程を制御し得るようにした
半導体リソグラフィ技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithography technique for forming device patterns such as circuits and wirings constituting a semiconductor integrated circuit on a substrate, and more particularly, to measuring a photosensitive parameter of a positive type photoresist film and measuring the measurement result. The present invention relates to a semiconductor lithography technique capable of controlling a semiconductor lithography process using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路装置の製造においては、
感光性ホトレジスト膜が形成された基板上に、半導体集
積回路を構成する回路や配線などのデバイスパターンに
対応したレジストパターンを形成するホトリソグラフィ
技術が適用されている。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor integrated circuit devices,
2. Description of the Related Art A photolithography technique for forming a resist pattern corresponding to a device pattern such as a circuit or a wiring constituting a semiconductor integrated circuit on a substrate on which a photosensitive photoresist film is formed has been applied.

【0003】半導体ウエハ上にデバイスパターンを形成
する場合には、ウエハ上にレジスト液を塗布してレジス
ト膜を形成し、これに対するプリベークが終了した後
に、露光装置を用いてデバイスパターンをレジスト膜に
焼き付け、これにより化学変化したレジスト膜を現像液
により処理して不要部分を溶出することによってデバイ
スパターンを形成している。このようなホトリソグラフ
ィ技術にあっては、デバイスパターンを基板上に所望の
寸法精度で形成できるか否かがパターン微細化の重要な
課題となっている。
When a device pattern is formed on a semiconductor wafer, a resist solution is applied to the wafer to form a resist film, and after prebaking is completed, the device pattern is formed on the resist film using an exposure apparatus. The device pattern is formed by baking and treating the chemically changed resist film with a developing solution to elute unnecessary portions. In such a photolithography technique, it is an important issue in pattern miniaturization whether a device pattern can be formed on a substrate with desired dimensional accuracy.

【0004】そのため、半導体リソグラフィ工程では、
寸法精度を維持するために種々の作業が行われており、
その1つに膜厚の管理がある。レジスト膜厚が変化する
と、露光エネルギーの実効的な吸収効率が変化し、スイ
ングカーブと言われる寸法変動が生じる。そこで、回転
式レジスト塗布装置やベーク炉の動作点検を行うため
に、分光反射式や偏光解析式等の光学測定装置を用いて
レジスト膜厚を測定管理している。
[0004] Therefore, in the semiconductor lithography process,
Various works are performed to maintain dimensional accuracy,
One of them is the management of the film thickness. When the resist film thickness changes, the effective absorption efficiency of exposure energy changes, and a dimensional change called a swing curve occurs. Therefore, in order to check the operation of the rotary resist coating device and the baking furnace, the resist film thickness is measured and managed using an optical measuring device such as a spectral reflection type or an ellipsometric type.

【0005】最近のサブミクロンのデバイスパターンの
形成では、走査型電子顕微鏡(SEM)により現像後の
レジストパターンを観察、測長することが、寸法精度の
向上および管理を行う上で最も重要な手法になってい
る。SEMでの測定結果に基づいて、露光装置における
露光量やフォーカスなどの露光条件の初期設定を行うと
ともに、定期的に寸法精度の検査を行っている。また、
パターン寸法の制御は、予め取得しておいた露光量と寸
法との関係図などを参照し、SEMの測定結果に基づ
き、露光装置の露光量を増減することにより行われてい
る。この関係図は、パターンの種類、露光装置の違いや
レジスト液の種類により異なるため、必要に応じて各組
合せでそれぞれ準備する必要がある。
In recent formation of submicron device patterns, observation and length measurement of developed resist patterns with a scanning electron microscope (SEM) are the most important methods for improving and managing dimensional accuracy. It has become. Based on the measurement results of the SEM, initial settings of exposure conditions such as the exposure amount and focus in the exposure apparatus are performed, and dimensional accuracy is periodically inspected. Also,
The pattern size is controlled by increasing or decreasing the exposure amount of the exposure apparatus based on the measurement result of the SEM with reference to a relationship chart between the exposure amount and the size acquired in advance. Since this relationship diagram varies depending on the type of pattern, the difference in the exposure apparatus, and the type of the resist solution, it is necessary to prepare each combination as needed.

【0006】パターンの寸法精度を劣化させる要因とし
ては、レジスト膜厚以外にも、基板上に成膜された酸化
膜などの薄膜層の厚さ、レジスト材料および現像液温度
などの変動がある。ここで、レジスト材料の光学特性と
しては、屈折率、消衰係数および感光パラメータA,B
およびCがある。この感光パラメータA,BおよびC
は、ホトレジストパターンの立体形状のシミュレーショ
ンを行う上での入力値であり、その概念、測定原理およ
び測定装置の概要は、IEEE Trans.Electron Devices.ED
-22,7. pp445〜452 (1975 年7月発行)におけるFreder
ick H.Dill他による「characterization of Positive P
hotoresist」と題する文献、および電子情報通信学会論
文誌C−II Vol.J77-C-II No.12 pp.555〜563 (1994 年
12月発行)における関口他による「ホトレジストの感光
パラメータ(A,B,C)測定装置の開発」と題する文
献に記載されている。
Factors that degrade the dimensional accuracy of a pattern include variations in the thickness of a thin film layer such as an oxide film formed on a substrate, the resist material, and the temperature of a developing solution, in addition to the resist film thickness. Here, the optical properties of the resist material include a refractive index, an extinction coefficient, and photosensitive parameters A and B.
And C. These exposure parameters A, B and C
Is the input value for simulating the three-dimensional shape of the photoresist pattern.The concept, measurement principle and outline of the measurement device are described in IEEE Trans.Electron Devices.ED.
-22,7. Freder in pp445-452 (issued July 1975)
characterization of Positive P by ick H. Dill et al.
hotoresist ", and IEICE Transactions C-II Vol.J77-C-II No.12 pp.555-563 (1994
Sekiguchi et al., Published in December, entitled "Development of Photosensitivity Parameter (A, B, C) Measurement Apparatus for Photoresist".

【0007】ここで、感光パラメータAは露光前の感光
剤の光吸収係数を表し、感光パラメータBは基材樹脂の
光吸収係数を表し、感光パラメータCは感光剤の分解速
度(レジスト感度)を表す。
Here, the photosensitive parameter A represents the light absorption coefficient of the photosensitive agent before exposure, the photosensitive parameter B represents the light absorption coefficient of the base resin, and the photosensitive parameter C represents the decomposition speed (resist sensitivity) of the photosensitive agent. Represent.

【0008】図15は感光パラメータA,BおよびCを
測定するための従来の測定装置を示す概略図であり、従
来では、レジスト膜Lを透過した光を検出することによ
り、感光パラメータA,BおよびCを測定するようにし
ている。この測定装置にあっては、レジスト膜Lが形成
された透明基板Tは、光源51からの光を平行光にする
コリメータレンズ52と検出器53との間に配置される
ようになっている。透明基板Tを配置した状態で、シャ
ッタ54を開いてコリメータレンズ52により平行光と
なった光源51からの光を単色フィルタ55によりパタ
ーン露光と同一の波長の光として、これをレジスト膜L
に照射すると、透明基板Tを透過した光が検出器53に
より検出され、検出器53の出力信号から、図16に示
すような透過率の過渡変化特性が求められる。
FIG. 15 is a schematic view showing a conventional measuring device for measuring the photosensitive parameters A, B and C. Conventionally, the photosensitive parameters A, B are detected by detecting light transmitted through a resist film L. And C are measured. In this measuring device, the transparent substrate T on which the resist film L is formed is arranged between a collimator lens 52 that converts light from the light source 51 into parallel light and a detector 53. With the transparent substrate T arranged, the shutter 54 is opened and the light from the light source 51 converted into parallel light by the collimator lens 52 is converted into light having the same wavelength as that of the pattern exposure by the monochromatic filter 55, and this is converted into a resist film L.
, The light transmitted through the transparent substrate T is detected by the detector 53, and a transient change characteristic of the transmittance as shown in FIG. 16 is obtained from the output signal of the detector 53.

【0009】ホトレジストにはネガ型レジストとポジ型
レジストとがあり、ネガ型レジストは光が照射されると
重合または架橋反応を起こして現像液に不溶性または難
溶性となり、現像後まで基板表面に残る特性を有する感
光材料であり、ポジ型レジストは光が照射されると分解
して現像液に可溶性となり、現像時に基板表面から除去
される特性を有する感光材料である。
[0009] Photoresists include negative resists and positive resists, and when exposed to light, the negative resist undergoes a polymerization or crosslinking reaction to become insoluble or hardly soluble in a developer and remains on the substrate surface until after development. The positive resist is a photosensitive material having characteristics such that it is decomposed when irradiated with light, becomes soluble in a developing solution, and is removed from the substrate surface during development.

【0010】ポジ型レジストは、基材樹脂、感光剤およ
び有機溶媒の3成分で構成され、紫外線の照射により感
光剤が化学反応を起こしてレジスト膜を可溶化させる。
このとき感光剤の光吸収係数が減少するために、図16
に示すように、レジスト膜の透過率が上昇つまりブリー
チングする。また、感光剤の化学反応が終了すると、透
過率は上昇しなくなり、この状態をブリーチアウトと呼
ぶ。露光前の透過率をT0 、ブリーチアウト時の透過率
をT∞、レジスト膜表面での光強度をl、レジスト膜圧
をdとすると、感光パラメータA,BおよびCは次式で
与えられる。
A positive resist is composed of three components, a base resin, a photosensitizer and an organic solvent. The photosensitizer undergoes a chemical reaction upon irradiation with ultraviolet rays to solubilize the resist film.
At this time, since the light absorption coefficient of the photosensitive agent decreases, FIG.
As shown in (2), the transmittance of the resist film increases, that is, bleaching occurs. When the chemical reaction of the photosensitive agent is completed, the transmittance does not increase, and this state is called bleach-out. Assuming that the transmittance before exposure is T 0 , the transmittance during bleach-out is T∞, the light intensity on the resist film surface is 1 and the resist film pressure is d, the photosensitive parameters A, B and C are given by the following equations. .

【0011】[0011]

【数1】 (Equation 1)

【0012】ホトレジストパターンの形状をシミュレー
ションするには、まず、レジスト膜に投影される光学像
の強度計算をし、次いで、感光パラメータとレジスト膜
内の定在波算出値を用いた潜像つまりレジスト膜内の感
光剤濃度分布を計算し、さらに、レジスト溶解速度パラ
メータつまり現像パラメータを用いた現像の計算を行
い、現像後のレジストパターン形状を求めている。感光
パラメータA,BおよびCは潜像の計算に必要な入力パ
ラメータである。
In order to simulate the shape of a photoresist pattern, first, the intensity of an optical image projected on a resist film is calculated, and then a latent image, that is, a resist image using a photosensitive parameter and a calculated value of a standing wave in the resist film. The photosensitizer concentration distribution in the film is calculated, and further, the development using the resist dissolution rate parameter, that is, the development parameter is used to calculate the resist pattern shape after development. The photosensitive parameters A, B and C are input parameters required for calculating the latent image.

【0013】シミュレーション法の概要は、SPIE Vol.5
38 Optical Microlithography IV.pp207〜220 (1985 年
発行)におけるChris A.Mackによる「PROLITH:a compre
hensive optical lithography model 」と題する文献、
および電子情報通信学会論文誌C-II Vol.J76-C-II No.8
pp562〜570 (1993 年8月発行)における南他による
「ホトリソグラフィにおける実測溶解速度を用いたデフ
ォーカスシミュレーションの検討」と題する文献に記載
されている。シミュレーション技術は、ホトレジストの
選択、露光量、フォーカス裕度などをプロセス設計の段
階で検討する上で有効な手法となっている。
The outline of the simulation method is described in SPIE Vol.5.
38 Optical Microlithography IV.pp207-220 (issued in 1985) by Chris A. Mack, "PROLITH: a compre
hensive optical lithography model,
And IEICE Transactions C-II Vol.J76-C-II No.8
pp 562-570 (issued in August 1993) by Minami et al. in a document entitled "Study of Defocus Simulation Using Actual Dissolution Rate in Photolithography". The simulation technique is an effective method for examining the selection of a photoresist, an exposure amount, a focus margin, and the like at a process design stage.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ホトレジスト
形状のシミュレーションは、リソグラフィ工程の制御、
たとえば、露光装置などの運転条件出しなどにはあまり
活用されていない。この理由は、製造工程における各種
パラメータの正確な値を入力しなければ、シミュレーシ
ョン結果は実際のレジスト形状とは一致せず、各種パラ
メータを製造工程で簡単に精度良く取得できないからで
ある。
However, the simulation of the photoresist shape involves controlling the lithography process,
For example, it is not very used for determining operating conditions of an exposure apparatus or the like. The reason is that unless accurate values of various parameters in the manufacturing process are input, the simulation result does not match the actual resist shape, and the various parameters cannot be easily and accurately obtained in the manufacturing process.

【0015】たとえば、図15に示す測定装置を用いた
場合には、レジスト膜Lに光を透過させて透過率の過渡
変化を測定し、前記した算出式により感光パラメータ
A,BおよびCを求めており、レジスト膜Lと透明基板
Tとの境界面S1での反射、および透明基板Tのうち検
出器側の表面S2での反射がいずれも全く存在しないこ
とを仮定した方式である。したがって、厳密な測定に
は、それぞれの面S1,S2をともに無反射面としなけ
ればならない。面S1を無反射にするには、透明基板T
の屈折率をレジスト膜Lに一致させるか、面S1に反射
防止膜をつける必要がある。しかし、基板材料の屈折率
は離散的であり、無反射条件を満足する反射防止膜も材
料の制約があり実現は難しく、面S2にも同様の問題が
ある。また、レジスト膜Lの種類、製造ロットの違いな
どによる屈折率の不一致、露光中のレジストの屈折率の
変化も測定誤差要因となる。
For example, when the measuring apparatus shown in FIG. 15 is used, light is transmitted through the resist film L to measure a transient change in the transmittance, and the photosensitive parameters A, B and C are obtained by the above-described formula. In this method, there is no reflection at the interface S1 between the resist film L and the transparent substrate T, and no reflection at the surface S2 of the transparent substrate T on the detector side. Therefore, for strict measurement, both surfaces S1 and S2 must be non-reflective surfaces. To make the surface S1 non-reflective, the transparent substrate T
Must be matched with the resist film L or an antireflection film must be provided on the surface S1. However, the refractive index of the substrate material is discrete, and it is difficult to realize an antireflection film that satisfies the non-reflection condition due to material restrictions, and the surface S2 has the same problem. In addition, a mismatch between the refractive indexes due to the type of the resist film L, a difference in the manufacturing lot, and the like, and a change in the refractive index of the resist during exposure also cause measurement errors.

【0016】また、透明基板Tの上のレジスト膜Lの厚
さdは、固定値を入力するために、予め別の装置により
測定する必要があり、透明基板Tのような測定専用の基
板を使わなければならないことは、生産性を劣化させる
要因となってしまう。
The thickness d of the resist film L on the transparent substrate T needs to be measured in advance by another device in order to input a fixed value. The use must be a factor in reducing productivity.

【0017】一方、SEMによる測定はその高解像性能
によって、ウエハ上に形成したデバイスパターンの寸法
が許容範囲内かどうかの判定を厳密に行う最適な手法で
ある。しかし寸法変動が基板の不均一性により生じたの
か、レジスト感度のばらつきなのかといった原因の特定
や、製造プロセスの補正量を定量的に決定することは困
難である。また、SEMは真空排気時間などが必要なた
め、光学機器に比べてスループットが遅く、装置価格も
高い。このため、SEMの多用を前提とした半導体装置
の量産は望ましい形態とは言いがたい。
On the other hand, the measurement by SEM is an optimal method for strictly determining whether or not the dimensions of a device pattern formed on a wafer are within an allowable range due to its high resolution performance. However, it is difficult to identify a cause such as whether the dimensional variation is caused by non-uniformity of the substrate or a variation in resist sensitivity, and to quantitatively determine a correction amount of a manufacturing process. In addition, since the SEM requires evacuation time and the like, the throughput is slower and the apparatus price is higher than that of optical equipment. For this reason, mass production of semiconductor devices on the premise of heavy use of SEM is not a desirable mode.

【0018】本発明の目的は、レジスト感光パラメータ
を簡易に高精度で測定し得るようにすることにある。
An object of the present invention is to make it possible to easily measure resist exposure parameters with high accuracy.

【0019】本発明の他の目的は、シリコンウエハなど
のように露光波長に対して光学的に不透明な材料の基板
上に形成されたレジスト膜を測定対象とし、これの感光
パラメータを測定し得るようにすることにある。
Another object of the present invention is to measure a resist film formed on a substrate made of a material optically opaque to an exposure wavelength, such as a silicon wafer, and to measure a photosensitive parameter of the resist film. Is to do so.

【0020】本発明のさらに他の目的は、半導体デバイ
スパターンを形成するための基板に形成されたレジスト
膜の感光パラメータを測定し、リソグラフィ工程の露光
条件を制御して半導体集積回路装置の生産性を向上する
ことにある。
Still another object of the present invention is to measure a photosensitive parameter of a resist film formed on a substrate for forming a semiconductor device pattern and control exposure conditions in a lithography process to improve the productivity of a semiconductor integrated circuit device. Is to improve.

【0021】本発明のさらに他の目的は、感光パラメー
タを測定することにより、リソグラフィ工程を管理し得
るようにすることにある。
Still another object of the present invention is to enable control of a lithography process by measuring a photosensitive parameter.

【0022】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0024】すなわち、本発明のレジスト感光パラメー
タの測定方法は、基板に形成されたレジスト膜に感光波
長の光を集光照射し、照明開始後の反射光をレンズで捕
捉し、該レンズの瞳面における反射光強度分布の時間に
伴う変化を検出し、この検出値に基づいて感光パラメー
タを算出する。
That is, in the method of measuring the resist exposure parameter of the present invention, the resist film formed on the substrate is condensed and irradiated with light having a photosensitive wavelength, the reflected light after the start of illumination is captured by a lens, and the pupil of the lens is captured. A change with time of the reflected light intensity distribution on the surface is detected, and a photosensitive parameter is calculated based on the detected value.

【0025】また、本発明の感光パラメータの測定方法
は、前記レジスト膜の膜厚、屈折率および消衰係数を連
続的に検出してこれらの過渡変化特性を算出し、前記膜
厚および屈折率の過渡変化特性に基づいて前記レジスト
膜内の平均消衰係数の理論値を算出し、この理論値と前
記消衰係数の過渡変化特性とを照合して感光パラメータ
を算出する。
In the method for measuring a photosensitive parameter according to the present invention, the film thickness, the refractive index, and the extinction coefficient of the resist film are continuously detected to calculate the transient characteristics of the resist film. The theoretical value of the average extinction coefficient in the resist film is calculated based on the transient change characteristic of the resist film, and the theoretical value is compared with the transient change characteristic of the extinction coefficient to calculate the photosensitive parameter.

【0026】さらに、本発明の感光パラメータの測定方
法にあっては、前記感光波長に対して不透明な基板に形
成されたレジスト膜の感光パラメータを測定したり、あ
るいは前記基板に形成された前記感光波長に対して不透
明な基板成膜に形成されたレジスト膜の感光パラメータ
を測定する。
Further, in the method for measuring a photosensitive parameter according to the present invention, the photosensitive parameter of a resist film formed on a substrate opaque to the photosensitive wavelength may be measured or the photosensitive parameter formed on the substrate may be measured. A photosensitive parameter of a resist film formed on a substrate film opaque to a wavelength is measured.

【0027】そして、前記反射光を偏光素子を通過した
後に検出するようにしたり、前記反射光をレジスト膜の
結像面に設置した絞りを通過した後に検出するようにし
ても良い。
The reflected light may be detected after passing through a polarizing element, or the reflected light may be detected after passing through a stop provided on an image forming surface of a resist film.

【0028】このように、本発明のレジスト感光パラメ
ータの測定方法にあっては、レジスト膜を透過した光に
よって感光パラメータを測定することなく、レジスト膜
からの反射光を検出して感光パラメータを測定するよう
にしたことから、実際に使用される半導体ウエハなどを
基板としてこれに形成されたレジスト膜について、高い
精度で感光パラメータを検出することができる。
As described above, in the method for measuring the resist photosensitivity parameter of the present invention, the reflected light from the resist film is detected without measuring the photosensitivity parameter based on the light transmitted through the resist film. Therefore, the photosensitive parameter can be detected with high accuracy for a resist film formed on a semiconductor wafer or the like actually used as a substrate.

【0029】本発明の半導体リソグラフィ方法は、基板
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
塗布工程と、前記レジスト膜にパターンを露光する露光
工程と、レジスト膜の不要部分を溶出する現像工程とを
有する半導体リソグラフィ方法であって、前記レジスト
膜に照射した光の反射光により前記レジスト膜の膜厚、
屈折率および消衰係数を連続的に検出してこれらの過渡
変化特性を算出し、前記レジスト膜に照射した光の反射
光により前記レジスト膜のレジスト膜パラメータを算出
し、レジスト膜パラメータとパターン情報とステッパ光
学条件とによりレジスト膜内の潜像を算出し、算出され
た潜像と現像パラメータとによりレジスト膜内に形成さ
れる潜像の立体形状を算出し、前記露光工程における露
光条件を制御するようにしたことを特徴とする。
According to the semiconductor lithography method of the present invention, there is provided a resist coating step of forming a resist film by applying a resist solution to a substrate, an exposure step of exposing a pattern to the resist film, and a developing step of eluting an unnecessary portion of the resist film. A semiconductor lithography method comprising the steps of:
The refractive index and the extinction coefficient are continuously detected, the transient characteristics thereof are calculated, the resist film parameters of the resist film are calculated by the reflected light of the light applied to the resist film, and the resist film parameters and pattern information are calculated. Calculating a latent image in the resist film based on the stepper optical conditions, calculating a three-dimensional shape of the latent image formed in the resist film based on the calculated latent image and the development parameters, and controlling exposure conditions in the exposure step. It is characterized by doing.

【0030】また、本発明の半導体リソグラフィ方法
は、前記基板に基板成膜を介して形成されたレジスト膜
のレジスト膜パラメータとパータン情報と基板成膜パラ
メータと前記ステッパ光学条件とによりレジスト膜内の
潜像を算出する。前記レジスト膜パラメータが膜厚、屈
折率および感光パラメータであり、前記現像パラメータ
がレジスト溶解速度であり、前記基板成膜パラメータが
前記基板と前記レジスト膜との間に形成された薄膜の膜
厚および光学定数である。
Further, the semiconductor lithography method according to the present invention is characterized in that a resist film parameter, pattern information, a substrate film formation parameter and a stepper optical condition of the resist film formed on the substrate via the substrate film formation are used. Calculate the latent image. The resist film parameter is a film thickness, a refractive index and a photosensitive parameter, the development parameter is a resist dissolution rate, and the substrate film formation parameter is a film thickness and a thickness of a thin film formed between the substrate and the resist film. It is an optical constant.

【0031】さらに本発明の半導体リソグラフィ方法
は、レジスト膜パラメータと現像パラメータと基板成膜
パラメータのいずれかを測定し、測定値が規格値以内で
あるか否かを比較し、規格値を外れたパラメータからリ
ソグラフィ工程における異常個所を検出する。
Further, according to the semiconductor lithography method of the present invention, any one of the resist film parameter, the development parameter and the substrate deposition parameter is measured, and it is determined whether the measured value is within the specified value. An abnormal part in the lithography process is detected from the parameter.

【0032】このように本発明の半導体リソグラフィ方
法にあっては、半導体集積回路装置の生産ラインにおい
て感光パラメータを検出収集することができるので、こ
れを活用して露光条件を制御することができ、半導体集
積回路の製造を能率良く行うことができる。
As described above, in the semiconductor lithography method of the present invention, since the photosensitive parameters can be detected and collected in the production line of the semiconductor integrated circuit device, the exposure parameters can be controlled by utilizing the parameters. A semiconductor integrated circuit can be manufactured efficiently.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0034】図1は本発明の一実施の形態であるポジ型
ホトレジストの感光パラメータを測定する装置を示す概
略図であり、この装置はレジスト膜Lが形成された半導
体ウエハWを支持する支持ステージ10を有し、レジス
ト膜Lには、照明系の光が照射されるようになってい
る。照明系は光源11、コレクタレンズ12、単色フィ
ルタ13、シャッタ14、ハーフミラー15および対物
レンズ16を有している。光源11から放射される光に
は、レジストが感光する波長の光が含まれており、単色
フィルタ13により半導体露光装置のデバイスパターン
の転写に用いられる単色光と同等な光が取り出される。
この単色光は対物レンズ16により集光されてレジスト
膜Lに照射される。
FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus for measuring a photosensitive parameter of a positive photoresist according to an embodiment of the present invention. This apparatus comprises a support stage for supporting a semiconductor wafer W having a resist film L formed thereon. The resist film L is irradiated with light from an illumination system. The illumination system has a light source 11, a collector lens 12, a monochromatic filter 13, a shutter 14, a half mirror 15, and an objective lens 16. The light emitted from the light source 11 includes light having a wavelength sensitive to the resist, and the monochromatic filter 13 extracts light equivalent to monochromatic light used for transferring a device pattern of a semiconductor exposure apparatus.
The monochromatic light is condensed by the objective lens 16 and is irradiated on the resist film L.

【0035】レジスト膜Lからの反射光を受光して対物
レンズ16の瞳面17における光強度分布を検出する検
出系は、対物レンズ16と検出器21とを有しており、
これらの間には、レンズ22と絞り23と偏光板24が
配置され、瞳面17における光強度分布が検出器21に
結像される。この検出器21は光電変換素子が1次元も
しくは2次元配列されて形成されたものである。
The detection system that receives the reflected light from the resist film L and detects the light intensity distribution on the pupil plane 17 of the objective lens 16 has the objective lens 16 and the detector 21.
A lens 22, a stop 23 and a polarizing plate 24 are arranged between them, and the light intensity distribution on the pupil plane 17 is imaged on the detector 21. The detector 21 is formed by one-dimensional or two-dimensional arrangement of photoelectric conversion elements.

【0036】図2は図1に示した測定装置の制御回路を
示すブロック図であり、制御回路は中央演算処理部CP
U31を有し、このCPU31からの信号によって、支
持ステージ10を光軸方向に作動させるZ軸モータ3
2、照明系のシャッタ14および偏光板24の作動が制
御される。CPU31には検出器21からの光強度分布
に対応する信号が送られるようになっており、検出器2
1からのアナログ信号は、図示しないA/D変換器によ
りデジタル信号に変換されてCPU31に送られる。測
定装置を構成する前述したシャッタ14などの部材は、
予めROM33に格納された手順に従って作動が制御さ
れるようになっている。
FIG. 2 is a block diagram showing a control circuit of the measuring apparatus shown in FIG. 1, and the control circuit comprises a central processing unit CP.
U31, and a Z-axis motor 3 for operating the support stage 10 in the optical axis direction by a signal from the CPU 31.
2. The operations of the shutter 14 and the polarizing plate 24 of the illumination system are controlled. A signal corresponding to the light intensity distribution from the detector 21 is sent to the CPU 31.
The analog signal from 1 is converted into a digital signal by an A / D converter (not shown) and sent to the CPU 31. Members such as the above-described shutter 14 that constitute the measuring device include:
The operation is controlled according to a procedure stored in the ROM 33 in advance.

【0037】制御部は検出器21からの光強度分布に対
応する検出波形を格納するための波形メモリ34を有し
ており、レジスト膜Lは光が照射されると光化学反応に
よって変化するので、シャッタ14が開くのと同期して
波形メモリ34に検出信号が格納され、レジスト膜Lへ
の光の照射開始から感光するまでの瞳面17における光
強度分布の変化が検出される。さらに、制御回路は波形
メモリ34に格納された光強度分布の波形からレジスト
膜Lの反射率を算出する反射率算出部35と、過渡変化
算出部36とを有しており、この過渡変化算出部36は
反射率算出部35により求められた反射率からレジスト
膜Lの膜厚d、屈折率n、および消衰係数kを求めると
ともに、照明開始後の各時点に検出波形に対して同様の
処理を繰り返すことにより、膜厚d、屈折率n、消衰係
数kの過渡変化特性が求められる。この過渡変化特性に
基づいて、感光パラメータA,BおよびCを算出するた
めに、感光パラメータ算出部37がCPU31に接続さ
れている。
The control unit has a waveform memory 34 for storing a detection waveform corresponding to the light intensity distribution from the detector 21. Since the resist film L changes by photochemical reaction when irradiated with light, The detection signal is stored in the waveform memory 34 in synchronization with the opening of the shutter 14, and a change in the light intensity distribution on the pupil plane 17 from the start of light irradiation to the resist film L to the start of exposure is detected. Further, the control circuit has a reflectance calculator 35 for calculating the reflectance of the resist film L from the waveform of the light intensity distribution stored in the waveform memory 34, and a transient change calculator 36. The unit 36 calculates the thickness d of the resist film L, the refractive index n, and the extinction coefficient k from the reflectance obtained by the reflectance calculation unit 35, and performs the same for the detected waveform at each time after the start of illumination. By repeating the process, the transient characteristics of the film thickness d, the refractive index n, and the extinction coefficient k are obtained. A photosensitive parameter calculator 37 is connected to the CPU 31 to calculate the photosensitive parameters A, B, and C based on the transient characteristics.

【0038】次に、瞳面17での光強度分布から、反射
率を算出してレジスト膜Lの光学特性n,k,dを求め
る算出原理を説明する。この実施の形態にあっては、シ
リコン半導体ウエハWに形成されたレジスト膜Lを測定
対象としており、レジスト膜Lは平行平面に挟まれた均
質で等方性の単層薄膜と考える。以下の説明では、符号
iは虚数単位を示し、添字のjは媒体を識別するもので
あり、空気がj=0、レジスト膜Lがj=1、半導体ウ
エハWがj=2とする。また、薄膜dj 、屈折率nj
消衰係数kj 、複素屈折率Nj =nj −ikj 、波長
λ、入射角θj 、振幅反射率rと表記する。dj
j 、kj 、λは実数、Nj 、θj 、rは複素数のパラ
メータである。
Next, the principle of calculating the reflectance from the light intensity distribution on the pupil plane 17 to obtain the optical characteristics n, k, and d of the resist film L will be described. In this embodiment, the resist film L formed on the silicon semiconductor wafer W is measured, and the resist film L is considered to be a homogeneous and isotropic single-layer thin film sandwiched between parallel planes. In the following description, the symbol i indicates an imaginary unit, and the suffix j identifies a medium. The air is j = 0, the resist film L is j = 1, and the semiconductor wafer W is j = 2. Further, a thin film d j , a refractive index n j ,
Expressed as extinction coefficient k j , complex refractive index N j = n j -ik j , wavelength λ, incident angle θ j , and amplitude reflectance r. d j ,
n j , k j , and λ are real numbers, and N j , θ j , and r are parameters of complex numbers.

【0039】図3に示すように、レジスト膜Lに入射し
た1本の光線5は、境界面で振幅分割され、空気−レジ
スト境界面とレジスト−ウエハ境界面で繰り返し反射す
る。そして、レジスト膜Lの表面からは徐々に振幅が減
少した多数の平行な光線が反射される。膜厚d1 が波長
オーダーでは、これらの反射光線には干渉性があるた
め、振幅加算した結果が反射率に対応する。振幅加算は
対物レンズ16により反射光線束を瞳面17の一点に収
束させることと等価であり、収束点Pの振幅は入射光線
の振幅に振幅反射率rを乗じたものとなる。振幅反射率
rは次式で与えられる。
As shown in FIG. 3, one light beam 5 incident on the resist film L is amplitude-divided at the boundary, and is repeatedly reflected at the air-resist boundary and the resist-wafer boundary. Then, a large number of parallel light rays whose amplitude gradually decreases are reflected from the surface of the resist film L. When the film thickness d 1 is in the order of wavelength, these reflected light beams have coherence, and the result of amplitude addition corresponds to the reflectance. The amplitude addition is equivalent to converging the reflected light flux to one point on the pupil plane 17 by the objective lens 16, and the amplitude of the convergence point P is obtained by multiplying the amplitude of the incident light by the amplitude reflectance r. The amplitude reflectance r is given by the following equation.

【0040】[0040]

【数2】 (Equation 2)

【0041】ここではδはレジスト膜Lを光線が一往復
することで生じる光路差、rj,j+1は媒体jから媒体j
+1に光が入射するときの境界面の振幅反射率で、フレ
ネルの式で与えられる。これは、偏光状態により異な
り、P偏光では、
Here, δ is the optical path difference caused by one reciprocation of the light beam through the resist film L, and r j, j + 1 is the medium j to the medium j
The amplitude reflectance of the boundary surface when light is incident on +1 and is given by the Fresnel equation. This depends on the polarization state, and for P-polarized light,

【0042】[0042]

【数3】 (Equation 3)

【0043】S偏光では、For S-polarized light,

【0044】[0044]

【数4】 (Equation 4)

【0045】となる。Is as follows.

【0046】また、スネルの法則により、次式の関係が
成り立つ。
Further, according to Snell's law, the following relation holds.

【0047】[0047]

【数5】 (Equation 5)

【0048】したがって、強度反射率Rは次式で表され
る。
Accordingly, the intensity reflectance R is represented by the following equation.

【0049】[0049]

【数6】 (Equation 6)

【0050】ここで、r* はrの共役複素数、gは関数
を意味している。
Here, r * is a conjugate complex number of r, and g is a function.

【0051】本実施の形態では、n0 、k0 、n2 、k
2 、λを一定値とし、d1 、n1 、k1 を決定する。こ
のため入射角θ0 を変えたときの反射率特性R(θ0)を
検出する。そして、最小自乗法による反射率照合計算を
行うことにより、3つのパラメータを決定する。これに
は、理論計算した反射率特性Rthと、検出した反射率特
性Rの一致度を調べれば良い。すなわち、一致度の評価
関数M1 をたとえば次式で与える。
In this embodiment, n 0 , k 0 , n 2 , k
2 and λ are fixed values, and d 1 , n 1 and k 1 are determined. Therefore, the reflectance characteristic R (θ 0 ) when the incident angle θ 0 is changed is detected. Then, three parameters are determined by performing the reflectance matching calculation by the least square method. This can be done by examining the degree of coincidence between the theoretically calculated reflectance characteristic Rth and the detected reflectance characteristic R. That gives the evaluation function M 1 degree of matching for example by the following equation.

【0052】[0052]

【数7】 (Equation 7)

【0053】この式により評価関数M1 が最小になる場
合を探索することにより、レジスト膜パラメータである
膜厚d1 、屈折率n1 、消衰係数k1 を決定することが
できる。
By searching for a case where the evaluation function M 1 is minimized by this equation, the resist film parameters d 1 , refractive index n 1 , and extinction coefficient k 1 can be determined.

【0054】次に、反射率特性を測定する方法について
説明する。
Next, a method for measuring the reflectance characteristic will be described.

【0055】図3において対物レンズ16は正弦条件を
満足する。このとき瞳面17に反射光線が収束する位置
は、次式で与えられる。
In FIG. 3, the objective lens 16 satisfies the sine condition. At this time, the position where the reflected light beam converges on the pupil plane 17 is given by the following equation.

【0056】[0056]

【数8】 (Equation 8)

【0057】ここで、Xは対物レンズ16の光軸から収
束点Pまでの距離、θL は対物レンズ16の光軸の入射
角、fは対物レンズ16の焦点距離である。P点の強度
は、入射角θ0 のときのレジスト膜Lの反射率に対応す
る。
Here, X is the distance from the optical axis of the objective lens 16 to the convergence point P, θ L is the incident angle of the optical axis of the objective lens 16, and f is the focal length of the objective lens 16. The intensity at the point P corresponds to the reflectance of the resist film L at the incident angle θ 0 .

【0058】図4に示すように、入射光線5a,6aに
挟まれた紙面に平行な収束光束でレジスト膜Lを照明す
ることを考えると、収束光束はある入射角範囲にわたる
光線が集まったもので、それぞれの反射光線5b,6b
の強度反射率は前記式(2a)に従い、収束位置は前記
式(8)に従う。つまり、瞳面17には反射率特性R
(θ0)に対応した明暗の変化が生じる。これは等傾角干
渉縞と呼ばれる。そこで、等傾角干渉縞をアレイセンサ
つまり検出器21で撮像すれば、反射率特性R(θ0)を
一括検出できる。
As shown in FIG. 4, considering that the resist film L is illuminated with a convergent light beam parallel to the paper surface sandwiched between the incident light beams 5a and 6a, the convergent light beam is a collection of light beams over a certain incident angle range. And the respective reflected rays 5b, 6b
Has the intensity reflectance according to the equation (2a), and the convergence position according to the equation (8). That is, the pupil plane 17 has a reflectance characteristic R
A change in brightness corresponding to (θ 0 ) occurs. This is called equi-tilt interference fringes. Then, if the equi-tilt angle interference fringes are imaged by the array sensor, that is, the detector 21, the reflectance characteristic R (θ 0 ) can be detected at once.

【0059】照明光に感光波長の単色光を用いれば、照
明によりレジスト膜Lは化学反応を起こし、光学特性値
が徐々に変化する。したがって、等傾角干渉縞も変化す
る。そこで、検出器21により瞳面17の強度を連続撮
像すれば、図4に示すような感光中の反射率特性の過渡
変化R(θ0,t)を検出できる。そして、各時点で反射
率照合計算を行うことにより、膜厚、屈折率、消衰係数
の過渡変化特性d1(t), n1(t), k1(t)を算出できる。
When monochromatic light having a photosensitive wavelength is used as the illumination light, the illumination causes a chemical reaction in the resist film L, and the optical characteristic value gradually changes. Therefore, the equi-tilt interference fringes also change. Therefore, if the intensity of the pupil plane 17 is continuously imaged by the detector 21, a transient change R (θ 0 , t) of the reflectance characteristic during exposure as shown in FIG. 4 can be detected. Then, by performing the reflectance comparison calculation at each time point, the transient change characteristics d 1 (t), n 1 (t), and k 1 (t) of the film thickness, the refractive index, and the extinction coefficient can be calculated.

【0060】また、図5に示すように、等傾角干渉縞は
対物レンズ16の光軸が試料に対して垂直(θL =0)
でも検出できる。この場合、対物レンズ16の光軸が試
料面に垂直となり、瞳面17で反射光線が収束する位置
は、次式で与えられる。
As shown in FIG. 5, in the equi-tilt interference fringe, the optical axis of the objective lens 16 is perpendicular to the sample (θ L = 0).
But it can be detected. In this case, the position where the optical axis of the objective lens 16 is perpendicular to the sample surface and the reflected light beam converges on the pupil surface 17 is given by the following equation.

【0061】[0061]

【数9】 (Equation 9)

【0062】最大入射角は対物レンズ16のNA数(開
口数)で制限される。図5は、瞳面17上のPinを通過
した光線が視野内の試料面で反射し、軸対称位置Pout
に収束する光路を示している。瞳面17には同心円状の
等傾角干渉縞ができ、中心Oから半径方向の強度分布が
反射率特性に対応する。図5に示すように、検出方向O
→Pout が偏光方向と平行であれば、P偏光の反射率特
性となり、垂直であればS偏光の特性に対応する。これ
には、図1に示す偏光板24と検出器21の取り付けを
調整すれば良い。偏光板24を用いることにより、ハー
フミラー15などの光学部品の偏光特性を厳密に設定す
る必要がなくなり、光学系を容易に製作できる利点があ
る。また、直線偏光状態で検出すれば、前記式(3)、
(4)による反射率照合における理論計算も低減でき
る。
The maximum incident angle is limited by the numerical aperture (NA) of the objective lens 16. FIG. 5 shows that a ray passing through Pin on the pupil plane 17 is reflected on the sample surface in the field of view, and the axially symmetric position Pout
FIG. Concentric circular oblique interference fringes are formed on the pupil plane 17, and the intensity distribution in the radial direction from the center O corresponds to the reflectance characteristic. As shown in FIG.
→ If Pout is parallel to the direction of polarization, the reflectance characteristic is P-polarized light, and if Pout is perpendicular, it corresponds to the characteristic of S-polarized light. This can be achieved by adjusting the attachment of the polarizing plate 24 and the detector 21 shown in FIG. By using the polarizing plate 24, there is no need to strictly set the polarization characteristics of the optical components such as the half mirror 15, and there is an advantage that the optical system can be easily manufactured. Further, if detection is performed in the state of linear polarization, the above equation (3) is obtained.
Theoretical calculation in the reflectance matching according to (4) can also be reduced.

【0063】ところで、図6に示すように、通常の光学
装置では広い視野にわたり、均一な照度で照明すること
は難しい。そこで、本実施の形態では、検出する視野を
限定し、照度の均一な領域から反射光だけを検出する。
このために、図1に示す検出光学系には、絞り23が設
置されている。絞り23は対物レンズ16とレンズ22
により、試料表面が結像する光軸方向の位置に置かれ
る。これにより、検出する瞳面17の強度分布は、試料
面上の照度が均一な領域からの反射光に限定できる。換
言すれば、レジスト膜の化学変化の進度が均一な領域か
らの反射光に限定できる。
By the way, as shown in FIG. 6, it is difficult to illuminate with a uniform illuminance over a wide field of view with an ordinary optical device. Therefore, in the present embodiment, the visual field to be detected is limited, and only the reflected light is detected from a region where the illuminance is uniform.
For this purpose, a stop 23 is provided in the detection optical system shown in FIG. The diaphragm 23 is composed of the objective lens 16 and the lens 22.
Thus, the sample surface is placed at a position in the optical axis direction where the image is formed. Thereby, the intensity distribution of the pupil plane 17 to be detected can be limited to the reflected light from the region where the illuminance on the sample surface is uniform. In other words, it can be limited to light reflected from a region where the progress of the chemical change of the resist film is uniform.

【0064】図7は強度反射率の過渡変化特性の測定例
を示し、露光時間が経過するとともに、反射率が増加す
ることがわかる。これは、露光によりレジスト膜がブリ
ーチングし透明度が増加したためである。図8は前記式
(7)の反射率照合計算を繰り返して光学特性値を算出
した結果であり、消衰係数kの過渡変化の算出結果であ
り、ブリーチング現象を光学定数により定量的に表した
ものである。消衰係数kは光が吸収される度合いを表
し、消衰係数kが大きいほど光は吸収され、透明度は低
下する。
FIG. 7 shows a measurement example of the transient change characteristic of the intensity reflectance, and it can be seen that the reflectance increases as the exposure time elapses. This is because the resist film was bleached by the exposure and the transparency was increased. FIG. 8 shows the result of calculating the optical characteristic value by repeating the reflectance collation calculation of the equation (7), and the calculation result of the transient change of the extinction coefficient k. The bleaching phenomenon is quantitatively expressed by an optical constant. It was done. The extinction coefficient k represents the degree to which light is absorbed. As the extinction coefficient k increases, light is absorbed and the transparency decreases.

【0065】図8においては、感光パラメータAはこれ
が露光前の感光剤の光吸収係数であることから、露光時
間が0の場合における消衰係数kに所定の係数をかけた
値に相当する。感光パラメータBはこれが基材樹脂の光
吸収係数であることから、露光時間を無限大にした場合
における消衰係数に所定の係数をかけた値に相当する。
また、感光パラメータCは感光剤の分解速度であること
から、消衰係数kが減少している速度に相当する。
In FIG. 8, the photosensitive parameter A corresponds to a value obtained by multiplying the extinction coefficient k when the exposure time is 0 by a predetermined coefficient because this is the light absorption coefficient of the photosensitive agent before exposure. Since this is the light absorption coefficient of the base resin, the photosensitive parameter B corresponds to a value obtained by multiplying the extinction coefficient when the exposure time is infinite by a predetermined coefficient.
Further, since the photosensitive parameter C is the decomposition speed of the photosensitive agent, it corresponds to the speed at which the extinction coefficient k decreases.

【0066】次に、感光パラメータA,BおよびCの算
出手順について説明する。薄膜に単色光を照射すると、
膜内を上下方向に進む光が干渉するために、深さにより
光強度が異なる。光強度は深さ方向に周期変動し、これ
を定在波と呼ぶ。図9は膜厚がdであるレジスト膜内の
定在波の計算例を示す。横軸はレジスト膜表面(レジス
ト−空気の境界面)からの深さZを表し、縦軸は定在波
の強度を表す。
Next, the procedure for calculating the photosensitive parameters A, B and C will be described. When the thin film is irradiated with monochromatic light,
Since light traveling in the vertical direction in the film interferes, the light intensity varies depending on the depth. The light intensity fluctuates periodically in the depth direction, which is called a standing wave. FIG. 9 shows a calculation example of a standing wave in a resist film having a film thickness d. The horizontal axis represents the depth Z from the resist film surface (resist-air interface), and the vertical axis represents the standing wave intensity.

【0067】Z=0はレジスト表面を意味し、Z=dは
レジスト−半導体ウエハ境界面を意味する。t=0は露
光前の状態を、t=t1 、t2 は露光開始後の状態をそ
れぞれ示し、t1 <t2 である。深くなるほど定在波強
度が小さくなるのは、レジスト膜が光を吸収するためで
ある。
Z = 0 means the resist surface, and Z = d means the resist-semiconductor wafer interface. t = 0 indicates a state before the exposure, t = t 1 , t 2 indicates a state after the start of the exposure, and t 1 <t 2 . The reason why the standing wave intensity decreases as the depth increases is that the resist film absorbs light.

【0068】図10はレジスト膜内の膜厚方向の消衰係
数分布の理論計算例である。露光前(t=0)は材料が
均一なため、消衰係数は一定である。しかし、露光開始
後は、図9に示したように定在波が生じるため、レジス
ト膜の化学変化の進みかたが深さ方向で異なる。このた
め、消衰係数も深さ方向に周期的に変動する。
FIG. 10 is a theoretical calculation example of the extinction coefficient distribution in the thickness direction in the resist film. Before exposure (t = 0), the extinction coefficient is constant because the material is uniform. However, since the standing wave is generated as shown in FIG. 9 after the start of the exposure, the way of the chemical change of the resist film is different in the depth direction. Therefore, the extinction coefficient also fluctuates periodically in the depth direction.

【0069】図9の定在波強度および図10の消衰係数
理論計算値kthは、前述したSPIE Vol.538 Optical Mi
crolithography IV,pp.207〜220 (1985 年発行)におけ
るChris A.Mackによる「PROLITH:a comprehensive opti
cal lithography model 」と題する文献に記載された方
法で行えば良い。この方法を要約すれば、露光時間t、
照度l、膜厚d、屈折率n、感光パラメータA,Bおよ
びC、空気と基板の光学定数を入力変数とし、定在波計
算と消衰係数計算とを交互に行い、時間方向の変化を算
出するものである。すなわち、膜厚方向の消衰係数分布
thは、以下の関数で表現される。
The strength of the standing wave in FIG. 9 and the theoretical calculated value k th of the extinction coefficient in FIG. 10 are the same as those in SPIE Vol.
"PROLITH: a comprehensive opti" by Chris A. Mack in crolithography IV, pp.207-220 (issued in 1985)
The method may be performed by a method described in a document titled “cal lithography model”. To summarize this method, the exposure time t,
Using the illuminance 1, the film thickness d, the refractive index n, the photosensitive parameters A, B and C, and the optical constants of air and the substrate as input variables, the calculation of the standing wave and the calculation of the extinction coefficient are performed alternately, and the change in the time direction is obtained. It is to be calculated. That is, the extinction coefficient distribution k th in the film thickness direction is expressed by the following function.

【0070】[0070]

【数10】 (Equation 10)

【0071】ここで、感光パラメータA,BおよびCの
算出のため、次式で表す平均消衰係数kth ave(膜厚方
向の消衰係数の平均値)を次のように新たに定義する。
Here, in order to calculate the photosensitive parameters A, B and C, the average extinction coefficient k th ave (the average value of the extinction coefficient in the film thickness direction) represented by the following equation is newly defined as follows. .

【0072】[0072]

【数11】 [Equation 11]

【0073】先に述べた膜厚、屈折率、消衰係数の過渡
変化測定法は、レジスト膜を平行平面に挟まれた均質で
等方性な薄膜と仮定したものである。つまりこの方法で
求めた消衰係数の過渡変化特性k1(t)は平均消衰係数k
th ave(t,A,B,C)に対応する。そこで、A,B
およびCパラメータを算出するには、以下の評価関数M
2 を用いて最小自乗法を適用すれば良い。
The above-described methods for measuring the transient changes in the film thickness, refractive index, and extinction coefficient assume that the resist film is a homogeneous and isotropic thin film sandwiched between parallel planes. That is, the transient change characteristic k 1 (t) of the extinction coefficient obtained by this method is the average extinction coefficient k
th ave (t, A, B, C). Therefore, A, B
To calculate the C and C parameters, the following evaluation function M
The least squares method may be applied using 2 .

【0074】[0074]

【数12】 (Equation 12)

【0075】感光パラメータ算出部37では、膜厚と屈
折率の過渡変化の測定結果が入力されて、平均消衰係数
th aveの過渡変化を理論計算する。そして、消衰係数
の過渡変化測定値k1 と前記式(12)により照合計算
することによって、感光パラメータA,BおよびCが求
められる。
The photosensitive parameter calculator 37 receives the measurement results of the transient changes in the film thickness and the refractive index and theoretically calculates the transient changes in the average extinction coefficient k th ave . Then, the photosensitive parameters A, B, and C are obtained by collating and calculating the transient change measurement value k 1 of the extinction coefficient using the equation (12).

【0076】次に、図11に示すフローチャートを参照
しながら、図1に示す測定装置によりレジスト膜Lの感
光パラメータを測定する手順について説明する。
Next, a procedure for measuring a photosensitive parameter of the resist film L by the measuring apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

【0077】まず、参照面と暗レベルの瞳面波形をステ
ップS1,S2で示すように検出する。参照面として
は、たとえば、シリコン半導体ウエハのような屈折率と
消衰係数が既知の金属反射面などのように、理論計算で
反射率特性を算出できるものを用いる。暗レベル波形を
求めるには、試料を対物レンズ16の下から退避して検
出すれば良く、これらの値はメモリに格納される。
First, the pupil plane waveforms of the reference plane and the dark level are detected as shown in steps S1 and S2. As the reference surface, for example, a material whose reflectance characteristic can be calculated by theoretical calculation, such as a metal reflecting surface having a known refractive index and extinction coefficient, such as a silicon semiconductor wafer, is used. In order to obtain the dark level waveform, the sample may be retracted from below the objective lens 16 and detected, and these values are stored in the memory.

【0078】次いで、被測定膜であるレジスト膜Lが形
成されたウエハWを対物レンズ16の下に設置し、照明
開始後に瞳面17の波形を連続的に検出し、図2に示す
波形メモリ34に記憶する(ステップS3,S4)。被
測定膜と参照面のそれぞれの検出波形から、ステップS
5において暗レベル補正する。この暗レベル補正は、図
12に示すように、被測定膜の波形から暗レベル波形を
減算するとともに、参照面の波形からも暗レベル波形を
減算して、測定光学系の迷光や検出器の電気回路上の誤
差で生じるオフセットを除くために行われる。
Next, the wafer W on which the resist film L to be measured is formed is set under the objective lens 16, and the waveform of the pupil plane 17 is continuously detected after the start of illumination, and the waveform memory shown in FIG. 34 (steps S3 and S4). From the detected waveforms of the film to be measured and the reference surface, step S
In 5, the dark level is corrected. In this dark level correction, as shown in FIG. 12, the dark level waveform is subtracted from the waveform of the film to be measured, and the dark level waveform is also subtracted from the waveform of the reference surface, so that stray light of the measuring optical system and the detector. This is performed to remove an offset caused by an error in an electric circuit.

【0079】暗レベル補正後の反射光の強度に対応した
波形信号I,Iref に基づいて、図2に示す反射率算出
部35ではステップS6に示すように反射率特性Rを算
出する。その算出の手順は、図12に示すように、被測
定膜の波形信号Iが反射率Rに照度分布Dを乗じた値で
あり、参照面の波形信号Iref が参照面の理論反射率R
ref に照度分布Dを乗じた値であるので、これらを割算
処理して照度分布項Dを除いてまずI2 の値を求める。
この値I2 はR/Rref で表されるので、I2に理論反
射率Rref の値を乗算することにより、反射率特性Rが
求められる。
On the basis of the waveform signals I and Iref corresponding to the intensity of the reflected light after the dark level correction, the reflectance calculator 35 shown in FIG. 2 calculates the reflectance characteristic R as shown in step S6. The calculation procedure is as shown in FIG. 12, where the waveform signal I of the film to be measured is a value obtained by multiplying the reflectance R by the illuminance distribution D, and the waveform signal Iref of the reference surface is the theoretical reflectance R of the reference surface.
Since ref is a value obtained by multiplying the illuminance distribution D, these values are divided to remove the illuminance distribution term D to obtain the value of I 2 first.
Since this value I 2 is represented by R / Rref, the reflectance characteristic R is obtained by multiplying I 2 by the value of the theoretical reflectance Rref.

【0080】このようにして反射率特性Rが求められた
ならば、過渡変化算出部36においてはステップS7に
より反射率照合計算を行って、被測定膜の光学特性値で
ある膜厚d、屈折率n、消衰係数kが算出される。これ
らのレジスト膜特性値の算出をステップS8で所定回数
まで終了することが判断されるまで繰り返して行って、
各時点における光学特性値のそれぞれを求めると、ステ
ップS9で示すように、膜厚、屈折率および消衰係数の
過渡変化特性d1(t)、n1(t)、k1(t)を算出することが
できる。
After the reflectance characteristic R is obtained in this manner, the transient change calculator 36 performs a reflectance collation calculation in step S7 to obtain a film thickness d and a refractive index, which are optical characteristic values of the film to be measured. The rate n and the extinction coefficient k are calculated. The calculation of these resist film characteristic values is repeatedly performed until it is determined in step S8 that the calculation is completed up to a predetermined number of times.
When each of the optical characteristic values at each time point is obtained, as shown in step S9, the transient change characteristics d 1 (t), n 1 (t), and k 1 (t) of the film thickness, the refractive index, and the extinction coefficient are obtained. Can be calculated.

【0081】次いで、ステップS9で求められた過渡変
化特性d1(t)、n1(t)の値を前記式(11)に代入し
て、感光パラメータ算出部37において、ステップS1
0に示すように、平均消衰係数kth aveの過渡変化を理
論計算する。この平均消衰係数kth aveと消衰係数の測
定値k(t) とを、ステップS11において式(12)に
代入して最小自乗法により感光パラメータA,Bおよび
Cが算出される。
Next, the values of the transient change characteristics d 1 (t) and n 1 (t) obtained in step S 9 are substituted into the above-mentioned equation (11), and the photosensitive parameter calculation unit 37 executes step S 1
As shown in FIG. 0, the transient change of the average extinction coefficient k th ave is theoretically calculated. In step S11, the average extinction coefficient k th ave and the measured value k (t) of the extinction coefficient are substituted into equation (12), and the photosensitive parameters A, B, and C are calculated by the least square method.

【0082】図示する実施の形態にあっては、図1に示
す光学系で検出した膜厚、屈折率および消衰係数の過渡
変化特性を用いて感光パラメータA,BおよびCを算出
するために、まず、試料は異なる入射角の光線により同
時に照明するようにし、次いで、円形の瞳面を通過した
全ての光線で試料を照明するようにすることに留意す
る。
In the illustrated embodiment, the parameters A, B and C are calculated using the transient characteristics of the film thickness, refractive index and extinction coefficient detected by the optical system shown in FIG. Note that first, the sample is illuminated simultaneously by light rays of different angles of incidence, and then that the sample is illuminated by all light rays that have passed through the circular pupil plane.

【0083】このために、照明光線の入射角とその重み
を考慮した定在波の理論計算が必要となる。図13に瞳
面17と定在波計算のためのサンプリング点列を示す。
試料は瞳面17を通過するすべての光で照明される。こ
のとき、同図のリング部を通過する光は、同一の入射角
で試料を照明することになる。しかし、半径が異なれば
入射角が変わり、光強度に対応したリング部の面積も変
わることになる。そこで、リング部の面積を各入射角の
光線の重みとして定在波を計算する。
For this reason, it is necessary to perform a theoretical calculation of a standing wave in consideration of the incident angle of the illumination light beam and its weight. FIG. 13 shows a pupil plane 17 and a sequence of sampling points for standing wave calculation.
The sample is illuminated with all light passing through pupil plane 17. At this time, the light passing through the ring portion in the figure illuminates the sample at the same incident angle. However, if the radius differs, the incident angle changes, and the area of the ring portion corresponding to the light intensity also changes. Therefore, a standing wave is calculated using the area of the ring portion as the weight of the light beam at each incident angle.

【0084】実際の計算では中心Oから半径方向に離散
的なサンプリング点列を通過した光線による定在波強度
を算出することになる。そこで、図13に示すように、
定在波計算のサンプリングを瞳面17上でΔrとした場
合、リング内径の半径をr−Δr/2、外側の半径をr
+Δr/2とし、リング部の面積から重みを算出する。
これを各入射角の場合の定在波強度に乗じ、さらにすべ
ての入射角の場合を積算することで定在波の強度を算出
する。これをもとに平均消衰係数の理論計算値kth ave
を算出して前記式(12)により感光パラメータA,B
およびCを求めれば良い。
In the actual calculation, the intensity of the standing wave due to the light beam that has passed through the sampling point sequence discrete in the radial direction from the center O is calculated. Therefore, as shown in FIG.
When the sampling of the standing wave calculation is Δr on the pupil plane 17, the radius of the ring inner diameter is r−Δr / 2, and the outer radius is r.
+ Δr / 2, and the weight is calculated from the area of the ring portion.
This is multiplied by the intensity of the standing wave at each incident angle, and the intensity of the standing wave is calculated by integrating all the incident angles at all incident angles. Based on this, the theoretical calculated value of the average extinction coefficient k th ave
Is calculated, and the photosensitive parameters A and B are calculated by the equation (12).
And C may be obtained.

【0085】これまでの説明では、シリコンウエハWの
表面に塗布形成されたレジスト膜Lを測定対象とした
が、シリコンウエハWの表面に絶縁膜などの薄膜つまり
基板成膜が数層形成され、さらにその上に塗布形成され
たレジスト膜Lの測定にも適用することができる。この
場合には、レジスト膜Lの下の基板成膜の光学的影響を
考慮して、レジスト膜の膜厚、屈折率および消衰係数を
算出し、レジスト膜内の定在波の理論計算を行えば良
い。つまり、基板成膜の膜厚と光学定数とを既知の値と
し、反射率分布の定在波の理論計算を行えば良い。この
場合には、瞳面17の反射率分布の検出に関してはなん
ら変わるところはなく、図1に示す測定装置により感光
パラメータA,BおよびCを測定することができる。
In the description so far, the resist film L applied and formed on the surface of the silicon wafer W was measured. However, several thin films such as insulating films, that is, substrate films are formed on the surface of the silicon wafer W. Further, the present invention can be applied to the measurement of the resist film L formed thereon. In this case, the film thickness, the refractive index, and the extinction coefficient of the resist film are calculated in consideration of the optical influence of the formation of the substrate under the resist film L, and the theoretical calculation of the standing wave in the resist film is performed. Just do it. That is, the theoretical calculation of the standing wave of the reflectance distribution may be performed by setting the film thickness and the optical constant of the substrate film formation to known values. In this case, there is no change in the detection of the reflectance distribution on the pupil plane 17, and the photosensitive parameters A, B and C can be measured by the measuring device shown in FIG.

【0086】次に、前述したレジスト膜の感光パラメー
タの測定方法を利用した半導体リソグラフィ方法につい
て説明する。
Next, a description will be given of a semiconductor lithography method using the above-described method of measuring the photosensitive parameter of a resist film.

【0087】図14は半導体リソグラフィ工程を示す図
であり、この工程はシリコンウエハWの上に回転式レジ
スト塗布装置であるスピンコータなどのレジスト塗布装
置41aを用いてレジスト液を塗布し、レジスト膜Lを
形成するレジスト塗布工程41と、ステッパなどの投影
露光装置42aを用いてホトマスクに形成されたマスク
パターンをレジスト膜Lに露光する露光工程42と、現
像装置43aによりレジスト膜Lの不要部分を溶出する
現像工程43とを有しており、さらに、ウエハWの表面
に形成された薄膜の特定部位を食刻するエッチング工程
およびレジスト除去工程などを有している。
FIG. 14 is a view showing a semiconductor lithography process. In this process, a resist solution is applied onto a silicon wafer W using a resist coating device 41a such as a spin coater which is a rotary resist coating device, and a resist film L is formed. A resist coating process 41 for forming a mask, an exposure process 42 for exposing the mask pattern formed on the photomask to the resist film L using a projection exposure device 42a such as a stepper, and an unnecessary portion of the resist film L is eluted by a developing device 43a. And a developing step 43 for etching a specific portion of the thin film formed on the surface of the wafer W, a resist removing step, and the like.

【0088】シリコンウエハWにレジスト塗布工程41
で形成されたレジスト膜Lの膜厚、屈折率および感光パ
ラメータA,BおよびCからなるレジスト膜パラメータ
を測定装置44により前述のように求め、求められたレ
ジスト膜パラメータは、シミュレーション部45に送ら
れるようになっている。感光パラメータA,BおよびC
を含めたレジスト膜パラメータを検出するためのレジス
ト膜Lとしては、実際に製造される半導体ウエハWに形
成されたものを使用するようにしても良く、半導体ウエ
ハWと同種の材料により製造された試料用の半導体ウエ
ハWを基板としてこれにレジスト膜Lを形成し、そのレ
ジスト膜Lを使用して感光パラメータなどのレジスト膜
パラメータを測定するようにしても良い。
Step 41 of Applying Resist to Silicon Wafer W
The resist film parameters including the film thickness, the refractive index, and the photosensitive parameters A, B, and C of the resist film L formed by the above are obtained by the measuring device 44 as described above, and the obtained resist film parameters are sent to the simulation section 45. It is supposed to be. Exposure parameters A, B and C
May be used as the resist film L for detecting the resist film parameters including the semiconductor film W, which is formed of the same material as the semiconductor wafer W. A resist film L may be formed on a sample semiconductor wafer W as a substrate, and the resist film L may be used to measure resist film parameters such as a photosensitive parameter.

【0089】現像装置43aには現像装置の作動を制御
するための制御部から制御信号が送られるようになって
おり、その制御部からはレジスト溶解速度を表す現像パ
ラメータがシミュレーション部45に送られるようにな
っている。この現像パラメータとして与えられるレジス
ト溶解速度の測定には、現像中のレジスト膜減りを干渉
強度変化として捉える従来の手法が適用できる。
A control signal is sent from the control unit for controlling the operation of the developing device 43a to the developing device 43a. The control unit sends a developing parameter representing the resist dissolution rate to the simulation unit 45. It has become. To measure the resist dissolution rate given as the development parameter, a conventional method that regards a decrease in resist film during development as a change in interference intensity can be applied.

【0090】シミュレーション部45には、パターン情
報と基板成膜パラメータとステッパ光学条件などが送ら
れるようになっている。パターン情報とはホトマスクに
描かれたデバイスパターンの形状の情報のことであり、
半導体集積回路装置の製品名と工程に対応したマスク情
報を検索することにより求められる。また、基板成膜パ
ラメータつまり基板成膜情報はシリコンウエハWの表面
に積層された各薄膜の厚さ、光学定数の設計値もしくは
生産ラインで収集した実測値であり、これによりレジス
ト膜Lの下の光学特性を算出することができる。ただ
し、ウエハWの表面に直接レジスト膜を形成するのであ
れば、基板成膜パラメータは不要である。さらに、ステ
ッパ光学条件は露光装置42aを作動させるための波
長、投影露光レンズのNA数、コヒーレンシー係数、照
度などのように光学的な結像性能の計算に必要な値であ
る。
The simulation section 45 receives pattern information, substrate deposition parameters, stepper optical conditions, and the like. Pattern information is information on the shape of the device pattern drawn on the photomask,
It is obtained by searching for mask information corresponding to the product name and process of the semiconductor integrated circuit device. The substrate film formation parameter, that is, the substrate film formation information is a design value of each thin film laminated on the surface of the silicon wafer W, an optical constant, or an actually measured value collected on a production line. Can be calculated. However, if a resist film is formed directly on the surface of the wafer W, no substrate deposition parameters are required. Further, the stepper optical conditions are values required for calculating optical imaging performance, such as the wavelength for operating the exposure device 42a, the number of NAs of the projection exposure lens, the coherency coefficient, and the illuminance.

【0091】測定装置44から送られた膜厚、屈折率お
よび感光パラメータA,BおよびCからなるレジスト膜
パラメータと、パターン情報、ステッパ光学条件および
基板成膜パラメータとにより、潜像データが算出され、
この潜像データと現像パラメータとにより、界面溶解現
象を逐次計算することによってレジスト立体形状が求め
られる。
The latent image data is calculated from the resist film parameters including the film thickness, refractive index, and photosensitive parameters A, B, and C sent from the measuring device 44, the pattern information, the stepper optical conditions, and the substrate film forming parameters. ,
The resist three-dimensional shape is obtained by sequentially calculating the interface dissolution phenomenon based on the latent image data and the development parameters.

【0092】このようにして、レジストの立体形状が算
出できれば、露光装置42aの寸法調整パラメータであ
る露光量などの露光条件の最適値を設定できる。また、
レジスト材料の製造ロット間でのばらつきなどにより、
レジスト膜パラメータである感光パラメータA,Bおよ
びCが変動した場合には、最適露光量を短時間で修正す
ることも可能となる。
As described above, if the three-dimensional shape of the resist can be calculated, it is possible to set the optimum value of the exposure condition such as the exposure amount, which is the dimension adjustment parameter of the exposure device 42a. Also,
Due to variations in the production lot of the resist material,
When the photosensitive parameters A, B, and C, which are the resist film parameters, change, the optimum exposure amount can be corrected in a short time.

【0093】従来では、感光パラメータA,BおよびC
を簡易に高精度で測定する手段がなく、レジスト形状の
シミュレーション技術をリソグラフィ工程の管理に適用
することが困難であったが、本発明によれば、レジスト
膜の反射光から感光パラメータA,BおよびCを測定す
ることができるので、これらのパラメータを生産ライン
で容易に収集できるため、所望のレジスト立体形状を獲
得するための露光条件の設定が可能となる。
Conventionally, photosensitive parameters A, B and C
There is no means for simply and accurately measuring the resist parameters, and it is difficult to apply the resist shape simulation technology to the management of the lithography process. However, according to the present invention, the photosensitive parameters A and B are obtained from the reflected light of the resist film. Since C and C can be measured, these parameters can be easily collected on a production line, so that exposure conditions for obtaining a desired resist three-dimensional shape can be set.

【0094】半導体リソグラフィ方法の他の実施の形態
としては、レジスト膜パラメータと現像パラメータおよ
び基板成膜パラメータを監視し、露光作業の流れを管理
するようにしても良い。すなわち、ホトリソグラフィ工
程の異常を検知するための各パラメータを測定し、これ
らの測定値が規格値から逸脱しなければ、大量のウエハ
を露光する前に行うSEMによる寸法確認作業を省略す
ることも可能となり、SEMによる寸法検査を省略する
ことができれば、生産性を向上することができる。ま
た、測定値が規格値から逸脱した場合には、生産を中断
し、測定データの異常個所を調べ、成膜、レジスト塗
布、現像のいずれが原因であるのかを速やかに判断する
ことができる。
In another embodiment of the semiconductor lithography method, a resist film parameter, a development parameter, and a substrate deposition parameter may be monitored to manage the flow of exposure work. In other words, each parameter for detecting an abnormality in the photolithography process is measured, and if these measured values do not deviate from the standard values, it is possible to omit the dimension checking operation by SEM before exposing a large number of wafers. If it becomes possible and the dimensional inspection by the SEM can be omitted, the productivity can be improved. Further, when the measured value deviates from the standard value, the production is interrupted, an abnormal portion of the measured data is examined, and it is possible to quickly determine which of the film formation, the resist coating and the development is the cause.

【0095】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say,

【0096】たとえば、図示する場合にはシリコンウエ
ハを基板としてこれに形成されたレジスト膜の感光パラ
メータA,BおよびCを測定するようにしているが、ホ
トマスクを製造する際にホトマスクの基板に形成された
レジスト膜の感光パラメータA,BおよびCを測定する
ために本発明を適用するようにしても良い。
For example, in the case shown, the photosensitive parameters A, B and C of a resist film formed on a silicon wafer are measured using a silicon wafer as a substrate. However, when a photomask is manufactured, it is formed on the substrate of the photomask. The present invention may be applied to measure the photosensitive parameters A, B, and C of the resist film obtained.

【0097】[0097]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described.
It is as follows.

【0098】(1).レジスト膜に照射した感光波長の光の
レジスト膜からの反射光を検出して感光パラメータを算
出するようにしたので、半導体ウエハなどのように照明
波長に対して不透明な基板に形成されたレジスト膜を測
定対象とすることができる。
(1) Since the photosensitive parameter is calculated by detecting the reflected light of the light of the photosensitive wavelength irradiated on the resist film from the resist film, it is opaque to the illumination wavelength such as a semiconductor wafer. The resist film formed on the substrate can be measured.

【0099】(2).これにより、測定専用の透明基板が不
要となり測定誤差要因が少ないことから、検査コストを
増加させることなく、レジスト感光パラメータを高精度
で測定することができ、測定値の信頼性を向上すること
ができる。
(2) This eliminates the need for a transparent substrate dedicated to measurement, and reduces the number of measurement error factors. Therefore, the resist exposure parameters can be measured with high accuracy without increasing the inspection cost. Reliability can be improved.

【0100】(3).感光パラメータの検出と同時に膜厚も
測定することができるので、レジスト膜厚の測定も行う
ことができ、さらに、屈折率をも測定することができる
ので、これらのレジスト膜パラメータを管理することが
でき、半導体リソグラフィ工程の変動要因をより多くの
項目で定量的に監視して、半導体集積回路装置の生産性
を向上することができる。
(3) Since the film thickness can be measured simultaneously with the detection of the photosensitive parameter, the measurement of the resist film thickness can be performed, and the refractive index can be measured. The film parameters can be managed, and the fluctuation factors of the semiconductor lithography process can be quantitatively monitored in more items, so that the productivity of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0101】(4).現像後のレジスト膜に形成されるレジ
スト立体形状をシミュレーションするための入力パラメ
ータを生産ラインで収集することができるので、収集し
たデータに基づいて露光条件を制御することができ、半
導体デバイスパターン寸法の制御、監視を厳密に行うこ
とが可能となり、高精度のデバイスパターンを能率良く
生産することができる。
(4) Since input parameters for simulating the three-dimensional shape of the resist formed on the developed resist film can be collected on the production line, it is possible to control the exposure conditions based on the collected data. As a result, it is possible to strictly control and monitor the dimensions of the semiconductor device pattern, and it is possible to efficiently produce a highly accurate device pattern.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態であるレジスト感光パラ
メータ測定方法を適用した測定装置を示す概略構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a measuring apparatus to which a method for measuring a resist exposure parameter according to an embodiment of the present invention is applied.

【図2】図1に示す測定装置の制御回路を示すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a control circuit of the measuring device shown in FIG.

【図3】レジスト膜での繰り返し反射干渉の状態を示す
原理図である。
FIG. 3 is a principle diagram showing a state of repeated reflection interference on a resist film.

【図4】レジスト感光パラメータの測定方法の原理図で
ある。
FIG. 4 is a principle diagram of a method for measuring a resist exposure parameter.

【図5】図1に示す測定装置の光学系を示す概略図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an optical system of the measuring device shown in FIG.

【図6】図1に示す測定装置における検出視野の限定に
よる照度分布均一化の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of uniforming the illuminance distribution by limiting the detection field of view in the measuring device shown in FIG. 1;

【図7】レジスト膜からの検出波形の一例を示すグラフ
である。
FIG. 7 is a graph showing an example of a detection waveform from a resist film.

【図8】消衰係数の過渡変化の測定例を示すグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph showing a measurement example of a transient change of an extinction coefficient.

【図9】レジスト膜中の定在波の計算例を示すグラフで
ある。
FIG. 9 is a graph showing a calculation example of a standing wave in a resist film.

【図10】レジスト膜中の消衰係数の計算例を示すグラ
フである。
FIG. 10 is a graph showing a calculation example of an extinction coefficient in a resist film.

【図11】レジスト感光パラメータA,BおよびCを算
出する手順を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for calculating resist exposure parameters A, B, and C;

【図12】レジスト感光パラメータA,BおよびCの算
出アルゴリズムを示すフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing an algorithm for calculating resist exposure parameters A, B, and C;

【図13】定在波計算における重みの考え方を示す概略
図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the concept of weight in standing wave calculation.

【図14】本発明の一実施の形態である半導体リソグラ
フィ方法を示す工程図である。
FIG. 14 is a process chart showing a semiconductor lithography method according to an embodiment of the present invention.

【図15】従来のレジスト感光パラメータの測定装置を
示す概略図である。
FIG. 15 is a schematic view showing a conventional resist exposure parameter measuring device.

【図16】図15に示す測定装置による測定結果を示す
グラフである。
FIG. 16 is a graph showing measurement results obtained by the measurement device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

L レジスト膜 W ウエハ 5a,6a 入射光線 5b,6b 反射光線 11 光源 12 コレクタレンズ 13 単色フィルタ 14 シャッタ 15 ハーフミラー 16 対物レンズ 17 瞳面 21 検出器 22 レンズ 23 絞り 24 偏光板 31 CPU 32 Z軸モータ 34 波形メモリ 35 反射率算出部 36 過渡変化算出部 37 感光パラメータ算出部 41 レジスト塗布工程 42 露光工程 43 現像工程 44 測定装置 45 シミュレーション部 L resist film W wafer 5a, 6a incident light 5b, 6b reflected light 11 light source 12 collector lens 13 monochromatic filter 14 shutter 15 half mirror 16 objective lens 17 pupil plane 21 detector 22 lens 23 aperture 24 polarizing plate 31 CPU 32 Z axis motor 34 Waveform Memory 35 Reflectivity Calculator 36 Transient Change Calculator 37 Photosensitive Parameter Calculator 41 Resist Coating Process 42 Exposure Process 43 Development Process 44 Measuring Device 45 Simulation Unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 國吉 伸治 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Shinji Kuniyoshi 5-2-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo In the semiconductor division of Hitachi, Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板に形成されたレジスト膜に感光波長
の光を集光照射し、照明開始後の反射光をレンズで捕捉
し、該レンズの瞳面における反射光強度分布の時間に伴
う変化を検出し、この検出値に基づいて感光パラメータ
を算出するようにしたことを特徴とするレジスト感光パ
ラメータの測定方法。
1. A resist film formed on a substrate is condensed and irradiated with light having a photosensitive wavelength, reflected light after the start of illumination is captured by a lens, and a change with time of a reflected light intensity distribution on a pupil plane of the lens. And calculating a photosensitive parameter based on the detected value.
【請求項2】 請求項1記載のレジスト感光パラメータ
の測定方法であって、前記レジスト膜の膜厚、屈折率お
よび消衰係数を連続的に検出してこれらの過渡変化特性
を算出し、前記膜厚および屈折率の過渡変化特性に基づ
いて前記レジスト膜内の平均消衰係数の理論値を算出
し、この理論値と前記消衰係数の過渡変化特性とを照合
して感光パラメータを算出するようにしたことを特徴と
するレジスト感光パラメータの測定方法。
2. The method for measuring resist photosensitivity parameters according to claim 1, wherein a film thickness, a refractive index, and an extinction coefficient of the resist film are continuously detected to calculate a transient change characteristic thereof. The theoretical value of the average extinction coefficient in the resist film is calculated based on the transient change characteristics of the film thickness and the refractive index, and the theoretical value is compared with the transient change characteristic of the extinction coefficient to calculate a photosensitive parameter. A method for measuring a resist exposure parameter, characterized in that:
【請求項3】 請求項1記載のレジスト感光パラメータ
の測定方法であって、前記感光波長に対して不透明な基
板に形成されたレジスト膜の感光パラメータを測定する
ようにしたことを特徴とするレジスト感光パラメータの
測定方法。
3. A method according to claim 1, wherein a photosensitive parameter of a resist film formed on a substrate that is opaque to the photosensitive wavelength is measured. A method for measuring photosensitive parameters.
【請求項4】 請求項1記載のレジスト感光パラメータ
の測定方法であって、前記基板に形成された前記感光波
長に対して不透明な基板成膜に形成されたレジスト膜の
感光パラメータを測定するようにしたことを特徴とする
レジスト感光パラメータの測定方法。
4. The method of measuring resist photosensitivity parameters according to claim 1, wherein a photosensitivity parameter of a resist film formed on a substrate film opaque to the photosensitivity wavelength formed on the substrate is measured. A method for measuring a resist exposure parameter, the method comprising:
【請求項5】 請求項1記載のレジスト感光パラメータ
の測定方法であって、前記反射光を偏光素子を通過した
後に検出するようにしたことを特徴とするレジスト感光
パラメータの測定方法。
5. The method for measuring a resist exposure parameter according to claim 1, wherein said reflected light is detected after passing through a polarizing element.
【請求項6】 請求項1記載のレジスト感光パラメータ
の測定方法であって、前記反射光をレジスト膜の結像面
に設置した絞りを通過した後に検出するようにしたこと
を特徴とするレジスト感光パラメータの測定方法。
6. The method according to claim 1, wherein said reflected light is detected after passing through a stop provided on an image forming surface of the resist film. How to measure parameters.
【請求項7】 基板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工程と、前記レジスト膜にパタ
ーンを露光する露光工程と、レジスト膜の不要部分を溶
出する現像工程とを有する半導体リソグラフィ方法であ
って、 前記レジスト膜に照射した光の反射光により前記レジス
ト膜の膜厚、屈折率および消衰係数を連続的に検出して
これらの過渡変化特性を算出し、 前記レジスト膜に照射した光の反射光により前記レジス
ト膜のレジスト膜パラメータを算出し、 前記レジスト膜パラメータとパターン情報とステッパ光
学条件とによりレジスト膜内の潜像を算出し、 算出された潜像と現像パラメータとによりレジスト膜内
に形成される潜像の立体形状を算出し、 前記露光工程における露光条件を制御するようにしたこ
とを特徴とする半導体リソグラフィ方法。
7. A semiconductor lithography method comprising the steps of: applying a resist solution to a substrate to form a resist film; forming a resist film; exposing the resist film to a pattern; exposing the resist film to an unnecessary portion; A method comprising: continuously detecting a thickness, a refractive index, and an extinction coefficient of the resist film based on reflected light of light applied to the resist film, calculating a transient change characteristic thereof, and irradiating the resist film. Calculating a resist film parameter of the resist film based on the reflected light of the light, calculating a latent image in the resist film based on the resist film parameter, the pattern information, and the stepper optical condition; The three-dimensional shape of the latent image formed in the resist film is calculated, and the exposure conditions in the exposure step are controlled. Conductor lithography method.
【請求項8】 請求項7記載の半導体リソグラフィ方法
であって、 前記基板に基板成膜を介して形成されたレジスト膜のレ
ジスト膜パラメータとパータン情報と基板成膜パラメー
タと前記ステッパ光学条件とによりレジスト膜内の潜像
を算出するようにしたことを特徴とする半導体リソグラ
フィ方法。
8. The semiconductor lithography method according to claim 7, wherein a resist film parameter, a pattern information, a substrate film formation parameter, and a stepper optical condition of a resist film formed on the substrate through substrate film formation are used. A semiconductor lithography method, wherein a latent image in a resist film is calculated.
【請求項9】 請求項7記載の半導体リソグラフィ方法
であって、 レジスト膜パラメータと現像パラメータと基板成膜パラ
メータのいずれかを測定し、 測定値が規格値以内であるか否かを比較し、 規格値を外れたパラメータからリソグラフィ工程におけ
る異常個所を検出するようにしたことを特徴とする半導
体リソグラフィ方法。
9. The semiconductor lithography method according to claim 7, wherein one of a resist film parameter, a development parameter, and a substrate deposition parameter is measured, and whether the measured value is within a standard value is compared, A semiconductor lithography method characterized by detecting an abnormal part in a lithography process from a parameter out of a standard value.
【請求項10】 請求項8記載の半導体リソグラフィ方
法であって、 前記レジスト膜パラメータが膜厚、屈折率および感光パ
ラメータであり、前記現像パラメータがレジスト溶解速
度であり、前記基板成膜パラメータが前記基板と前記レ
ジスト膜との間に形成された薄膜の膜厚および光学定数
であることを特徴とする半導体リソグラフィ方法。
10. The semiconductor lithography method according to claim 8, wherein the resist film parameter is a film thickness, a refractive index, and a photosensitive parameter, the development parameter is a resist dissolution rate, and the substrate deposition parameter is A semiconductor lithography method characterized by a film thickness and an optical constant of a thin film formed between a substrate and the resist film.
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