KR100803483B1 - 노광조건결정장치와 노광조건결정방법 및 처리장치 - Google Patents

Abstract

노광조건결정장치는, 소정 패턴으로 기판의 다른 복수의 위치를 다른 노광량과 포커스값으로 노광하고, 현상하여 형성되는 현상패턴의 상태를 광정보로 변환하여, 이 광정보로부터 최적의 노광량 및 포커스값의 조합을 결정한다. 구체적으로, 노광조건결정장치는, 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 기판에 형성된 현상패턴의 소정 범위에 일정 강도의 빛을 조사하는 광조사부와, 일정 강도의 빛이 조사된 소정 범위의 반사광 강도를 측정하는 검출부와, 이 반사광 강도로부터 적절한 노광량과 포커스값에 의해 노광된 부위를 검색하여 노광조건을 결정하는 연산처리부를 가진다.

Description

노광조건결정장치와 노광조건결정방법 및 처리장치{APPARATUS FOR DETERMIN ING EXPOSURE CONDITIONS, METHOD FOR DETERMINING EXPOSURE CONDITIONS AND PROCESS APPARATUS}

도 1은, 본 발명에 관한 노광조건결정장치를 사용한 노광조건결정의 공정의 일 실시형태를 나타내는 플로우챠트,

도 2는, 종방향으로 포커스값을 바꾸고, 횡방향으로 노광량을 바꾼 격자형상 매트릭스 및 세그먼트를 나타내는 설명도,

도 3은, 노광에 사용하는 마스크상의 테스트패턴의 일 실시형태를 나타내는 평면도,

도 4A 및 도 4B는, 노광에 사용하는 마스크상의 테스트패턴의 다른 실시형태를 나타내는 평면도,

도 5A는, 테스트패턴의 폭방향의 거리와, 얻어지는 반사광 강도의 신호레벨과의 관계를 나타내는 그래프,

도 5B는, 도 5A에 대응하는 테스트패턴을 나타내는 평면도,

도 5C는, 도 5B의 테스트패턴에 대응하는 현상패턴을 나타내는 수직단면도,

도 6은, 노광량이 적절한 값인 경우에 포커스값을 변화시킴으로써 얻어지는 현상패턴을 나타내는 설명도,

도 7은, 포커스값이 적절한 값인 경우에 노광량을 변화시킴으로써 얻어지는 현상패턴을 나타내는 설명도,

도 8은, 도 6·도 7에 나타낸 세그먼트(90b)를 나타내는 설명도,

도 9는, 규격화 강도의 값과 테스트패턴에 있어서의 패턴 A∼G의 투과부분의 폭비율과 관련하여 나타내는 설명도,

도 10A 내지 도 10C는, 각 노광조건에 있어서 구해진 하한 폭비율과 상한 폭비율 및 그 차이를 매트릭스형태로 나타낸 설명도,

도 11은, 본 발명의 노광조건결정장치의 구성의 일 실시형태를 나타내는 설명도,

도 12A 내지 도 12C는, 노광조건의 일부에 대하여 하한 폭비율과 상한 폭비율 및 그 차이를 구한 매트릭스를 나타내는 설명도,

도 13A 내지 도 13C는, 노광조건의 일부에 대하여 하한 폭비율과 상한 폭비율 및 그 차이를 구한 매트릭스를 나타내는 다른 설명도,

도 14는, 본 발명의 노광조건결정장치를 구비하는 레지스트도포·현상처리 시스템의 일 실시형태를 나타내는 평면도,

도 15는, 도 14에 나타낸 레지스트도포·현상처리 시스템의 측면도,

도 16은, 본 발명의 노광조건결정장치에 의한 레지스트도포·현상처리 시스템의 제어구성을 나타내는 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 레지스트도포·현상처리 시스템

60 : 테스트패턴 61 : 차광부분

62 : 볼록부 65 : 투과부분

66 : 오목부 80 : 노광조건결정장치

81 : 광조사부 82 : 검출부

83 : 연산처리부 84 : 광원장치

85 : 광파이버 86 : 광로조정부

87 : CCD 카메라 또는 라인센서 88 : 엘렉보드

본 발명은, 예를들어 반도체 디바이스의 제조프로세스에 있어서의 포토리소그래피공정에 있어서, 노광조건결정을 행하기 위한 노광조건결정장치와 노광조건결정방법 및 노광조건결정장치를 구비한 처리장치에 관한 것이다.

예를들어, 반도체 디바이스의 제조프로세스에 있어서의 포토리소그래피공정에서는, 반도체 웨이퍼(웨이퍼)의 표면에 레지스트막을 형성한 뒤, 레지스트막에 소정 패턴으로 노광(露光)하고, 그리고 노광된 웨이퍼를 현상처리함에 따라, 웨이퍼상에 소정의 패턴이 형성된다.

이 노광처리를 행하기에 앞서, 통상 노광량과 포커스값을 최적의 값으로 정하는 노광조건결정이라는 작업이 행해진다. 이것은 노광장치의 조건, 예컨대 광원강도나 안정성, 광로길이 등이 미소하게 변화하고 있으며, 그 때문에 노광장치의 조작 패널상에서의 설정치를 일정하게 하여도, 그 결과적으로 반드시 웨이퍼상에 언제나 같은 형상정밀도를 갖는 현상패턴을 얻을 수 있다고는 한정되지 않기 때문이다. 따라서 이 노광조건결정은, 소정의 패턴을 제품에 형성하기 위하여 필요 불가결한 작업이고, 예컨대 1주간이나 1일 등의 간격으로서 정기적으로 행해진다.

일반적인 노광조건결정은, 예컨대 이하의 공정에 따라 행해진다. 다시 말해서, 최초로 레지스트막이 형성된 1매의 웨이퍼에, 소정의 패턴이 형성되어 있는 마스크(레티클)를 사용하여, 종방향에서 노광량을 바꾸고, 횡방향에서 포커스값을 바꾸는 등하여 마스크의 패턴으로 노광한다. 다음에 노광처리된 웨이퍼를 베이크처리하고, 또한 현상처리를 실시하여, 얻어진 현상패턴을 주사형 전자현미경(SEM) 등에 의해 관찰한다. 그리고 이 관찰결과로부터 가장 양호한 현상패턴을 부여하는 노광조건을 결정한다.

그렇지만, 마스크 또는 웨이퍼상의 미세 패턴의 선폭측정 등을 길이측정 SEM을 사용하여 행하는 노광조건결정에 있어서는, 측정자의 길이측정 SEM의 조작의 숙련이 필요하고, 또한 측정자에 따라 측정치의 판단에 요하는 시간이 다르다. 이 때문에 최적 노광조건의 결정에 장시간을 요하여, 생산효율을 높이는 것이 곤란하다. 또한 측정자에 의해서 최적 노광조건의 선택판단이 다르고 노광조건이 점차로 변경되는 등에 의해서도, 생산효율의 향상이 방해되고 있다.

그리고, 근년에, 노광처리의 복잡화에 따라 노광조건결정의 공정수가 증대하고, 노광조건결정이 장기화하고 있는 점에서, 노광조건결정시간을 단축하는 것이 요구되고 있다. 그리고 노광장치의 고장이나 조건의 변화를 신속히 발견하여 제품의 품질을 높게 유지하는 것 및 제품 수율향상을 꾀하기 위해서, 포토리소그래피공정에 있어서 얻어지는 현상패턴이, 소정의 형상정밀도를 갖고 있는지 어떤지를 실시간으로 확인하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은, 노광조건결정의 자동화에 의해 공정수를 삭감하여 생산효율을 높이는 것을 가능하게 하고, 또한 제품의 품질을 높게 유지하는 것을 가능하게 하는 노광조건결정장치와 노광조건결정방법 및 이 노광조건결정장치를 구비한 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1의 관점에 의하면, 포토리소그래피공정에 있어서의 노광조건결정에 사용되는 노광조건결정장치로서, 소정 패턴으로 기판의 다른 복수의 위치를 다른 노광량과 포커스값으로 노광하고, 현상하여 형성되는 현상패턴의 상태를 광정보로 변환하고, 상기 광정보로부터 최적의 노광량 및 포커스값의 조합을 결정하는 수단을 구비하는 노광조건결정장치를 제공한다.

본 발명의 제2의 관점에 의하면, 소정 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 소정 패턴으로 기판상의 다른 복수의 위치가 다른 노광량과 포커스값으로 노광되고, 그 후에 현상된 기판을 사용하여 노광조건결정을 행하는 노광조건결정장치로 서, 상기 기판에 형성된 현상패턴의 소정 범위에 소정 강도의 빛을 조사하는 광조사부와, 상기 소정 범위 중의 소정 영역의 광정보를 검출하는 검출부와, 상기 광정보로부터, 최적의 노광량과 포커스값을 따라 노광된 부위를 검색하여 최적 노광조건을 결정하는 연산처리부를 구비하는 노광조건결정장치를 제공한다.

본 발명의 제3의 관점에 의하면, 포토리소그래피공정에 있어서의 노광조건결정방법으로서, 소정 패턴으로 기판의 다른 복수의 위치를 다른 노광량과 포커스값으로 노광하는 제1공정과, 상기 기판을 현상하여 형성되는 현상패턴의 상태를 광정보로 변환하는 제2공정과, 상기 광정보로부터 최적의 노광량 및 포커스값의 조합을 결정하는 제3공정을 가지는 노광조건결정방법을 제공한다.

본 발명의 제4의 관점에 의하면, 포토리소그래피공정에 있어서의 노광조건결정방법으로서, 소정 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 소정 패턴으로 기판의 다른 복수의 위치를 다른 노광량과 포커스값으로 노광하는 제1공정과, 상기 기판을 현상하여, 현상패턴을 형성하는 제2공정과, 상기 현상패턴의 소정 범위에 일정 강도의 빛을 조사하여, 그 반사광에 관한 광정보를 얻는 제3공정과, 상기 광정보를 눈관찰에 의한 정보와 광정보를 포함하는 미리 준비된 기준 데이타와 대조하는 것에 의해, 상기 제1공정에서의 노광량과 포커스값의 조합중에서 최적 노광량과 최적 포커스값을 결정하는 제4공정을 가지는 노광조건결정방법을 제공한다.

본 발명의 제5의 관점에 의하면, 포토리소그래피공정에 있어서의 노광조건결정방법으로서, 소정 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 소정 패턴으로 기판의 다른 복수의 위치를 다른 노광량과 포커스값으로 노광하는 제1준비공정과, 상기 기 판을 현상하여 기준현상패턴을 형성하는 제2준비공정과, 상기 기준현상패턴을 SEM 관찰하여 상기 기준현상패턴의 형상정보를 얻는 제3준비공정과, 상기 기준현상패턴의 소정 범위에 일정 강도의 빛을 조사하여 그 반사광에 관한 광정보를 얻는 제4준비공정과, 상기 형상정보와 상기 제4준비공정에서 얻어진 광정보를 관련시킨 기준 데이타를 작성하는 제5준비공정을 갖는 준비공정과, 상기 제1준비공정과 상기 제2준비공정과 마찬가지의 공정에 따라 기판에 소정의 현상패턴을 형성하는 제1공정과, 상기 현상패턴의 소정 범위에 일정 강도의 빛을 조사하여 그 반사광에 관한 광정보를 얻는 제2공정과, 상기 광정보를 상기 기준 데이터를 대조하는 것에 의해 상기 제1공정에서의 노광량과 포커스값의 조합중에서 최적 노광량과 최적 포커스값을 결정하는 제3공정을 가지는 주공정으로 이루어지는 노광조건결정방법을 제공한다.

본 발명의 제6의 관점에 의하면, 노광처리된 기판의 현상처리를 행하는 현상처리부를 가지는 처리장치로서, 소정 패턴으로 기판의 다른 복수의 위치를 다른 노광량과 포커스값으로 노광하고, 또한 상기 현상처리부에서 현상하여 형성된 현상패턴의 상태를 광정보로 변환하여, 상기 광정보로부터 최적의 노광량 및 포커스값을 결정하는 노광조건결정장치를 구비하는 처리장치를 제공한다.

본 발명의 제7의 관점에 의하면, 노광처리된 기판의 현상처리를 행하는 현상처리부를 가지는 처리장치로서, 소정 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 소정 패턴으로 기판상의 다른 복수의 위치가 다른 노광량과 포커스값으로 노광되고, 그 후에 상기 현상처리부에서 현상된 기판을 사용하여 노광조건결정을 행하는 노광조건결정장치를 구비하며, 상기 노광조건결정장치는, 상기 기판에 형성된 현상패턴의 소정 범위에 소정의 강도의 빛을 조사하는 광조사부와, 상기 소정 범위 중의 소정 영역의 광정보를 검출하는 검출부와, 상기 광정보로부터 최적의 노광량과 포커스값에 의해 노광된 부위를 검색하여 최적 노광조건을 결정하는 연산처리부를 갖는 처리장치를 제공한다.

본 발명의 제8의 관점에 의하면, 기판에 레지스트막을 형성하는 레지스트도포처리부와, 상기 레지스트막이 형성된 기판에 노광처리를 행하는 노광장치와, 상기 노광장치를 사용하여 노광처리된 기판의 현상처리를 행하는 현상처리부와, 상기 노광장치를 사용하여 소정 패턴으로 기판의 다른 복수의 위치를 다른 노광량과 포커스값으로 노광하고, 상기 현상처리부에서 현상하여 형성된 현상패턴의 상태를 광정보에 변환하여, 상기 광정보로부터 최적의 노광량 및 포커스값을 결정하고 상기 노광장치에 상기 최적 노광량 및 최적 포커스값을 피드백하는 노광조건결정장치를 구비하는 처리장치를 제공한다.

본 발명의 제9의 관점에 의하면, 기판에 레지스트막을 형성하는 레지스트도포처리부와, 노광처리된 기판의 현상처리를 행하는 현상처리부와, 상기 레지스트도포처리부에서 레지스트막이 형성된 기판의 다른 복수의 위치가 다른 노광량과 포커스값으로 소정 패턴으로 노광되고, 그 후에 상기 현상처리부에서 현상처리하여 형성된 현상패턴의 상태를 광정보로 변환하여, 상기 광정보로부터 최적의 노광량 및 포커스값을 결정하는 노광조건결정장치를 구비하는 처리장치를 제공한다.

본 발명의 제10의 관점에 의하면, 기판에 레지스트막을 형성하는 레지스트도포처리부와, 노광처리된 기판의 현상처리를 행하는 현상처리부와, 상기 레지스트도 포처리부에서 레지스트막이 형성된 기판의 다른 복수의 위치가 다른 노광량과 포커스값으로 소정 패턴으로 노광되고, 그 후에 상기 현상처리부에서 현상처리하여 기판에 형성된 현상패턴의 상태를 광정보로서 검출하는 광정보검출장치와, 상기 광정보검출장치에 의해 검출된 광정보로부터 상기 레지스트도포처리부 및/또는 상기 현상처리부에서의 처리조건을 결정하고, 상기 결정된 처리조건을 상기 레지스트도포처리부 및/또는 상기 현상처리부로 피드백하는 도포/현상제어부를 구비하는 처리장치를 제공한다.

이러한 구성에 의하면, 종래는 SEM 관찰결과로부터 인간의 판단에 의해 행해지고 있는 노광조건결정을, 예컨대 반사광 강도 등의 광정보를 이용하여 자동으로 행하는 것이 가능해지기 때문에, 공정수를 삭감하여 생산효율을 향상시킬 수 있다. 또한 예를들어 종래의 1일∼1주간에 1회 등으로 노광조건결정에 더하여, 수시간 간격 등의 소정의 타이밍으로 노광조건을 체크하는 것이 용이하게 되어, 제품의 품질을 높게 유지하는 것이 가능해진다. 또한 노광조건결정에 있어서 얻어지는 광정보가 미리 측정된 기준 데이터와 동떨어진 것일 때에는, 노광장치나 일련의 처리를 행하는 레지스트도포·현상처리 시스템의 고장 또는 노광조건결정장치에 고장이 생기고 있다는 것을 시사하고 있기 때문에, 광정보로부터 이들 각종장치의 고장을 조기에 발견하여 대처하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 구성의 노광조건결정장치는, 레지스트도포나 현상처리를 행하는 처리부와 동일한 상자체 내에 배치하거나, 노광장치 내에 배치할 수 있다. 이에 따라 레지스트도포처리 등과 병행해 실시간에서의 현상패턴의 형성상태의 감시를 행 하는 것이 가능해지기 때문에, 제품의 품질을 높게 유지할 수 있다. 검출되는 광정보와 기준 데이타의 차이가 큰 경우 등에 경보를 발하는 구성으로 해 놓으면, 좀더 빠르게 장치의 고장을 발견하는 것이 가능해져, 쓸데없이 처리하는 기판의 수가 저감된다는 효과도 얻어진다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 반도체 웨이퍼(웨이퍼)의 포트리소그래피공정을 예로 들어 도면을 참조하면서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 관한 노광조건결정장치를 사용한 노광조건결정의 공정을 나타내는 플로우챠트이다. 본 발명의 노광조건결정방법은, 준비공정(도 1 좌측란)과, 실제의 제품에 노광처리를 실시하기 전에 노광장치의 조건을 확인하여 최적의 현상패턴을 주는 노광조건을 결정하는 주공정(도 1 우측란)으로 구성되어 있다.

처음에 준비공정부터 설명한다. 노광조건결정을 행하는 데 있어서, 우선 레지스트막이 형성된 웨이퍼를 준비한다. 웨이퍼에 레지스트의 정착성을 높이기 위한 소수화처리(HMDS 처리) 등을 필요에 따라 실시한 뒤에, 웨이퍼에 레지스트액을 도포하여, 웨이퍼 표면에 레지스트막을 형성한다(스텝1). 이 레지스트막의 형성은, 예컨대 스핀척에 웨이퍼를 흡착고정하여 스핀척을 소정의 회전수로 회전시키면서 웨이퍼의 중심부에 레지스트액을 공급하고, 원심력에 의해 레지스트액을 웨이퍼의 가장자리둘레를 향하여 넓히는 방법을 사용하여 행해진다. 웨이퍼의 이면이나 가장자리둘레부에 부착한 레지스트를 제거한 뒤에, 웨이퍼는 가열처리되고, 이어서 냉 각되어, 레지스트막의 정착이 행해진다.

레지스트막이 형성된 웨이퍼를 사용하여 최적 노광조건을 결정하기 위한 테스트노광을 행한다(스텝2). 이 테스트노광은, 노광장치(스텝퍼)를 사용하여, 마스크(레티클)에 형성된 소정의 테스트패턴으로, 웨이퍼가 다른 위치를 다른 포커스값과 노광량으로 점차 노광해 나감으로써 행해진다. 예컨대 도 2에 나타낸 바와 같이, 11열×11행의 격자형상 매트릭스(95)를 설정하여, 종방향에서 포커스값(Y1∼ Y11)을 바꾸고, 횡방향에서는 노광량(X1∼X11)을 바꿔서, 격자형상 매트릭스(95)의 각 세그먼트(90)에 다른 노광조건에 의해, 도 3에 나타낸 테스트패턴(60)을 전사한다.

도 3에 나타낸 테스트패턴(60)은, 패턴 A∼G라는 다른 패턴(영역)을 가지고 있으며, 패턴 A∼G는, 일정 폭 N 내에 있어서, 선형태의 차광부분(61)의 폭비율을 P로 하고, 투과부분(65)의 폭비율을 Q(P와 Q의 합은 100)로 하였을 때에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 그 비율을 P:Q= 95:5∼5:95의 범위로서 7단계로 바꾼 것이다.

예를들어, 일정 폭 N은 0.5㎛로 할 수 있다. 차광부분(61)의 폭비율 P와 투과부분(65)의 폭비율 Q의 비율은, 도 3에 나타낸 값에 한정되지 않고, 임의의 비율로서 복수단계로 형성할 수 있다. 각 폭비율 P·Q의 분할단계를 많게 하여 보다 많은 서브 패턴을 설치함으로써, 보다 정확하고 정밀한 노광조건결정을 할 수 있다.

또, 스텝2의 테스트노광에서 사용하는 테스트패턴은, 도 3에 나타낸 선형태 패턴에 한정되는 것이 아니다. 도 3에 나타낸 테스트패턴(60)에 있어서의 패턴 A∼ G에는 각각 세로방향에만 선형태의 투과부분(65)이 형성되어 있지만, 도 4A에 나타 내는 기둥형태의 패턴(60a)과 같이, 패턴 Aa∼Ga의 각각에 사각형상의 복수의 차광부분(61a)이 매트릭스형태로 형성되고, 이들 차광부분(61a) 사이에 투과부분(65a)이 형성된 패턴을 사용할 수도 있다. 또한 도 4B에 나타낸 구멍형태의 패턴(60b)과 같이, 차광부분(61b) 중에 소정형상의 투과부분(65b)이 소정위치에 배치되고, 또한 투과부분(65b)의 점유면적이 변화하도록 형성된 패턴 등을 사용할 수도 있다.

다음에, 테스트패턴(60)을 사용하여 테스트노광이 종료된 웨이퍼의 현상처리를 행한다(스텝3). 현상처리는, 예컨대 스핀척으로 웨이퍼를 흡착고정하고, 웨이퍼상으로 현상액을 담그어서, 소정시간 경과후에 웨이퍼상의 현상액을 웨이퍼를 회전시킴으로써 제거하고, 또한 린스액으로 웨이퍼상의 현상액 잔여분을 씻어 버리는 방법을 사용하여 행해진다.

현상처리가 종료한 웨이퍼를 건조한 뒤, 얻어진 현상패턴의 형상관찰을, 예컨대 주사형 전자현미경(SEM)이나 길이측정 SEM을 사용하여 관찰하고, 최적의 노광조건을 결정한다(스텝4). 이 SEM 관찰에서는, 패턴 A∼G에 형성된 투과부분(65)을 투과한 빛에 의해서 노광된 부분(노광부분)과, 차광부분(61)에 의해 노광하는 빛이 차단되어 노광되지 않은 부분(비노광부분)의 해상(식별)이 가능한 범위가 넓고, 더구나 현상패턴의 형상이 테스트패턴(60)에 가까와지도록, 고정밀도로 현상패턴이 형성되어 있는 노광조건을 탐색한다.

여기서, 웨이퍼상에 실제로 형성된 현상패턴은, 반드시 마스크에 형성된 패턴(60)과 일치하는 것은 아니다. 이에 대하여 레지스트로서 포지티브형 레지스트가 사용되고 있는 경우를 예로 들어 이하에 자세히 설명한다.

도 5A는 테스트패턴의 폭방향의 거리와 얻어지는 반사광 강도의 신호레벨과의 관계를 나타내는 그래프, 도 5B는 도 5A에 대응하는 테스트패턴을 나타내는 평면도, 도 5C는 도 5B의 테스트패턴에 대응하는 현상패턴을 나타내는 수직단면도, 또한 도 6은 노광량이 적절한 값인 경우에 포커스값의 변화에 의해서 얻어지는 현상패턴이 어떻게 변화하는가를 나타낸 설명도이고, 도 7은 포커스값이 적절한 값인 경우에 노광량의 변화에 의해서 얻어지는 현상패턴이 어떻게 변화하는 가를 나타낸 설명도이다.

포지티브형 레지스트의 경우에는, 노광하는 빛이 조사된 부분은 현상에 의해 용해함으로써, 도 5A, 5B, 5C에 나타낸 바와 같이, 그 부분에서는 웨이퍼(W)의 표면이 노출하여 오목부(66)가 형성된다. 한편 노광하는 빛이 조사되지 않은 부분은 레지스트가 잔류하기 위해서 볼록부(62)가 된다. 따라서 테스트패턴(60) 중의 어떤 패턴이 그대로 전사된 경우에는, 차광부분(61)이 볼록부(62)에 일치하고, 투과부분 (65)이 오목부(66)와 일치한다.

그렇지만, 포커스값 및 노광량이 적절하여도, 노광하는 빛의 파장이나 마스크에 형성된 패턴의 실제의 폭(길이) 등에 따라, 도 6 또는 도 7에 나타낸 바와 같이, 반드시 패턴 A∼G에 대응하는 모든 노광영역 A1∼G1에 패턴 A∼G 대로의 현상패턴이 형성되는 것은 아니다.

요컨대, 도 6·도 7의 세그먼트(90b)에 나타낸 바와 같이, 적정 포커스값·적정 노광량이더라도, 패턴 A·B에서는, 투과부분(65)의 실치폭이 좁기 때문에 노광하는 빛이 마스크를 투과할 수 없고, 패턴 A·B에 의한 노광영역 A1·B1에는 오목부(66)가 형성되지 않고서 전체가 레지스트막으로 이루어지는 볼록부(62)가 형성되게 된다. 또한 투과부분(65)을 투과할 수 있는 광량이 적기 때문에 현상처리에 의해 용해할 정도로 레지스트를 감광할 수 없는 경우에도, 마찬가지로 패턴 A·B에 대응하는 노광영역 A1·B1에는 오목부(66)는 형성되지 않는다.

한편, 투과부분(65)의 선폭이 넓은 패턴 G에서는, 마스크를 투과하는 광량이 많아지기 때문에, 패턴 G에 대응하는 노광영역 G1전체에서 레지스트가 감광하게 되고, 웨이퍼의 표면이 전면에 노출한 상태{볼록부(62)가 형성되지 않은 상태}가 된다. 또한 투과부분(65)을 투과한 빛이 확산 등을 하는 것에 의해서도, 패턴 G에 의한 노광영역 G1전체에서 웨이퍼의 표면이 전면으로 노출된 상태가 된다.

이렇게 해서, 실제로 테스트패턴(60)을 사용한 경우에, 노광부분과 비노광부분의 해상이 가능하던 노광영역은, 포커스값과 노광량의 양쪽이 적절하여도, 예컨대 패턴 C∼F에 대응하는 노광영역 C1∼F1이라는 결과를 얻을 수 있게 된다.

도 6의 세그먼트(90d·90e)는, 각각 언더포커스값의 경우와 오버포커스값인 경우에 얻어지는 현상패턴을 나타내고 있다. 어떤 경우에 있어서도, 노광량은 적절하지만 포커스값이 적절하지 않기 때문에, 패턴 A∼G를 투과하는 빛이 확산 등으로, 패턴 A∼G의 전사할 때의 형상정밀도가 저하하고 있는 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 6의 세그먼트(90d·90e)는, 노광영역 A1·B1뿐만 아니라 노광영역 C1에도 오목부(66)가 형성되지 않게 되고, 한편 노광영역 F1에는 볼록부(62)가 형성되지 않게 된 상태를 나타내고 있다. 이렇게 해서 결과적으로 노광영역 D1·E1만으로 해상이 가능해지고, 해상이 가능한 범위가 적절한 노광조건에 의한 세그먼 트(90b)의 경우보다도 좁게 되어 있다.

이에 대하여, 도 7의 세그먼트(90a)에 나타낸 바와 같이, 포커스값이 적절한 값이더라도 노광량이 적은 경우(언더 노광량)에는, 해상이 가능한 패턴은 투과부분 (65)의 실폭치수가 넓은 쪽으로 시프트한다. 예컨대 패턴 D∼F에 대응하는 노광영역 D1∼F1로 해상가능한 범위로 된다. 한편 세그먼트(90c)에 나타낸 바와 같이, 노광량이 많은 경우(오버 노광)에는, 해상이 가능한 패턴은 투과부분(65)의 실폭치수가 좁은 쪽으로 시프트하기 때문에, 예컨대 패턴 B∼E에 대응하는 노광영역 B1∼E1이 해상가능한 범위로 된다.

이와 같이 포커스값이 적절하게 설정되어 있은 경우에는, 해상이 가능한 범위가 투과부분(65)의 폭이 좁은 방향 또는 넓은 방향으로 시프트하게 되는데, 노광량이 다르면, 패턴 A∼G에서의 투과부분(65)의 실폭치수와 얻어진 현상패턴에 있어서의 오목부(66)의 실폭치수과의 값에 차이가 생긴다.

예컨대, 패턴 D에 대응하는 노광영역 D1에서 본다면, 패턴 D에서의 폭비율 P·Q의 비율은, P:Q= 50:50이니까, 세그먼트(90b)로 나타낸 바와 같이, 노광영역 D1에는 같은 폭의 볼록부(62)와 오목부(66)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

그러나, 언더 노광량{세그먼트(90a)}의 경우에는 오목부(66)의 폭이 볼록부 (62)의 폭보다 좁아지고, 한편 오버 노광량{세그먼트(90c)}의 경우에는 오목부(66)의 폭이 볼록부(62)의 폭보다 넓어져서, 소망하는 현상패턴을 얻을 수 없게 된다.

이상의 점에서, 스텝4의 SEM 관찰에 있어서는, 이러한 포커스값과 노광량의 조합이, 현상패턴의 형상으로 미치게 하는 영향을 고려하고, 또한 테스트패턴(60) 에 있어서의 각 패턴 A∼G의 설정치수를 고려하여, 최적의 노광조건을 결정한다. 예컨대 도 6·도 7의 예에서는, 해상범위가 넓고, 더구나 패턴 D에 대응하는 노광영역 D1에 형성된 볼록부(62)와 오목부(66)의 폭이 동등한 세그먼트(90b)의 상태를 얻을 수 있는 포커스값과 노광량을 최적 포커스값과 최적 노광량, 요컨대 최적 노광조건으로서 결정한다.

도 6 및 도 7에 따라, 이하 SEM 관찰에 의한 최적 노광조건은, 테스트패턴 (60)을 사용한 경우에는, 세그먼트(90b)의 현상패턴을 얻을 수 있는 노광조건으로 한다. 또한 노광부분과 비노광부분과의 해상이 가능한 노광영역 C1∼F1을 형성하는 패턴 C∼F에서의 투과부분(65)의 폭비율 Q의 최소치와 최대치의 조합을 1조의 최적 폭비율(Cb)로 정의한다.

또, 이 1조의 최적 폭비율 및 후술하는 1조의 폭비율은, 차광부분(61)의 폭비율 P를 사용하여 결정하는 것도 가능하다. 세그먼트(90b)에서는, 패턴 C의 폭비율 Q의 값인 30이 최소치가 되고, 패턴 F의 폭비율 Q의 값인 80이 최대치로 되기 때문에, 1조의 최적 폭비율(Cb)을,「Cb(30·80)」로 나타내는 것으로 한다.

상술한 스텝4의 SEM 관찰에 의한 노광조건결정방법은, 종래의 노광조건결정방법과 동일하여, 본 발명에 있어서도 준비공정의 중의 1공정으로서 행할 필요가 있다.

그렇지만, 본 발명의 노광조건결정방법에서는, 예컨대 다음 번의 노광조건결정을 행할 때에는, 이 작업을 필요하지 않게 하기 위해서, 이 준비공정에서, SEM 관찰에 덧붙여, 적어도 최적 노광조건에 의해 얻어진 현상패턴의 광정보의 수집을 하여, 얻어진 광정보를 규격화하고(스텝5), 이 규격화된 광정보와 SEM 관찰에 의해 결정된 노광조건의 관련시킴을 행한다(스텝6).

광정보로서는, 예컨대 현상패턴에 소정의 강도의 빛을 조사하였을 때의 반사광 강도(반사율), 간섭줄무늬의 모양 등을 사용할 수 있으나, 본 실시형태에 있어서는, 광정보로서 반사광 강도를 사용하는 것으로 한다. 이 경우에 스텝5과 스텝6은, 도 2에 나타낸 격자형상 매트릭스(95)의 각 세그먼트(90)의 각 노광영역 A1∼ G1에 대하여 SEM 관찰을 행함으로써 얻어지는 현상패턴의 상태(형태, 형상)라는 정보를, 반사광 강도의 규격치로 변환하는 공정으로 된다.

SEM 관찰에 의한 최적 노광조건인 도 6과 도 7의 세그먼트(90b)를 다시 도 8에 기재하고, 이 도 8을 참조하면서, 반사광 강도의 측정과 얻어진 측정치의 규격화에 대하여 설명한다.

처음에, 세그먼트(90b) 전체 또는 패턴 A∼G에 대응하는 노광영역 A1∼G1의 각각에 대하여 소정의 강도의 빛을 조사하고, 노광영역 A1∼G1내의 설정범위(S)의 반사광 강도의 측정을 한다. 또 이 때 사용되는 장치(노광조건결정장치)의 구성의 상세에 있어서는, 뒤에 설명한다.

노광영역 A1·B1은, 모두 레지스트막에만의 볼록부(62)로 이루어지는 것이 SEM 관찰의 결과로부터 분명하게 되어 있다. 이 때문에 노광영역 A1·B1의 반사광 강도는 거의 같은 값을 나타낸다. 노광영역 C1에서는 오목부(66)가 형성되고 웨이퍼의 표면의 일부가 노출되어 있고, 또한 웨이퍼표면부터의 빛의 반사율이 레지스트막 표면부터의 빛의 반사율보다 높은 점에서, 노광영역 C1의 반사광 강도는 노광 영역 A1·B1의 반사광 강도보다 커진다.

또한, 노광영역 D1으로부터 노광영역 F1으로 향함에 따라, 웨이퍼의 노출면적이 커지기 때문에, 측정되는 반사광 강도는 커지고, 레지스트막이 모두 용해하여 웨이퍼의 표면이 완전히 노출되어 버린 노광영역 G1에서 가장 큰 반사광 강도를 얻을 수 있다.

노광영역 G1의 반사광 강도는 웨이퍼의 반사광 강도를 나타내는 것이므로, 이 값을 불변적인 값으로 가정하고, 노광영역 G1의 반사광 강도를 기준으로, 노광영역 A1∼G1의 반사광 강도의 값을 규격화한다. 예컨대 도 8에 병기된 바와 같이, 측정된 반사광 강도의 규격화는 노광영역 G1의 반사광 강도를 100으로 함으로써 행하고, 노광영역 A1∼G1로 각각 20·20·55·60·65·70·100이라는 규격치(이하「규격화강도」라고 함)를 얻을 수 있다.

다음에, 얻어진 규격화강도의 값과 패턴 A∼G에서의 투과부분(65)의 폭비율 Q와의 관계를 설명한다. 도 9는 이 관련부의 형태를 나타내는 설명도, 이 작업을 행하기 위해서, 도 9에서 볼록부(62)만으로 이루어지는 노광영역과 볼록부(62) 및 오목부(66)가 혼재하고 있는 노광영역과의 경계, 또는 볼록부(62) 및 오목부(66)가 혼재하고 있는 노광영역과 오목부(66)만으로 이루어지는 노광영역과의 경계를 판단하는 지표로서, 규격화강도의 「하역치(Lb)」 및 「상역치(Lt)」를 설정한다.

그리고, 하역치(Lb)와 상역치(Lt) 사이의 규격화강도를 갖는 노광영역을 형성하는 패턴에 있어서, 투과부분(65)의 폭비율 Q의 가장 작은 값을 하한 폭비율 (Qb)로 하고, 가장 큰 값을 상한 폭비율(Qt)로 한다. 흔히 하한 폭비율(Qb)과 상한 폭비율(Qt)의 조합을 1조의 폭비율 C로 하고, 이 1조의 폭비율 C를 C(Qb·Qt)로 나타내도록 한다. 이들의 값은, 노광조건결정의 주 공정에 사용하는 것이다.

세그먼트(90b)에 관해서의 SEM 관찰결과와의 모순이 생기지 않도록, 하역치 (Lb)는 노광영역 B1·C1의 규격화강도 사이에서, 또한 상역치(Lt)는 노광영역 F1· G1의 규격화강도의 사이에서 정한다.

예컨대, 하역치(Lb)는 20초 55이하의 범위로 정할 수 있지만, 그 거의 중간의 값인 40에 하역치(Lb)를 설정할 수 있다. 세그먼트(90b)의 경우에는, 규격화강도가 40이상이며 더구나 가장 값이 작은 규격화강도 55를 나타낸 노광영역 C1을 형성하는 패턴 C의 폭비율 Q(=30)이 하한 폭비율이 된다(Qb= 30).

또한, 상역치(Lt)는 70이상 100미만의 범위로 정할 수 있지만, 예컨대 상역치(Lt)를 80으로 설정하면, 규격화강도가 80이하이며 더구나 가장 값이 큰 규격화강도 70을 나타낸 노광영역 F1을 형성하는 패턴 F의 폭비율 Q(= 80)가 상한 폭비율 (Qt= 80)이 된다.

이렇게 하여, 세그먼트(90b)에 관해서 얻어지는 하한 폭비율(Qb)과 상한 폭비율(Qt)과의 조합인 1조의 폭비율 C(Qb·Qt)은, 당연히 전술한 SEM 관찰에 의해 결정된 1조의 최적 폭비율(Cb)(30·80)에 일치한다.

또, 규격화강도의 가장 작은 값{도 8의 경우에는, 노광영역 A1·B1에 대응하는 규격화강도의 값(=20)}은, 예컨대 형성되는 레지스트막의 두께 등이 미소한 변화에 의해서 변화하는 것이 있다. 이 때문에 설정한 하역치(Lb)가 작기 때문에, 뒤의 주공정에서, 실제로는 웨이퍼의 표면이 전혀 노출하지 않는 노광영역을 형성하 는 패턴이, 오목부(66)와 볼록부(62)와의 해상이 가능한 범위내에 포함된다고 하는 판단이 일어나지 않도록, 하역치(Lb)를 설정할 때에는 조심한다.

이상의 스텝1∼6에 의해, 하역치(Lb), 상역치(Lt), 1조의 최적 폭비율(Cb){하한 폭비율(Qb)·상한 폭비율(Qt)}이 결정되고, 이것들의 값이 다음번 이후의 노광조건결정에 있어서의 데이터 해석의 판단기준이 된다(스텝7). 또한 SEM 관찰에 의해서 결정된 최적 노광조건(포커스값과 노광량)은, 노광조건결정에 요하는 시간을 단축하여 행하는 경우에, 반사광 강도의 측정을 시작하는 초기조건으로서 쓸 수 있다.

다음에, 전술한 도 2에 나타낸 격자형상 매트릭스(95)의 각 세그먼트(90)에 관해서, 요컨대 전 노광조건에 대하여, 패턴 A∼G에 대응하는 노광영역 A1∼G1의 반사광 강도를 측정하여 규격화하여, 먼저 정한 하역치(Lb)(= 40)에 대한 하한 폭비율(Qb)와 상역치(Lt)(=80)에 대한 상한 폭비율(Qt)을 구하고, 도 2와 같이 매트릭스형태로 표시한 데이타를 작성한다(스텝8).

여기서, SEM 관찰에 관해서도 도 2에 나타낸 격자형상 매트릭스(95)의 각 세그먼트(90)에 관해서 행하는 것이 바람직하다. 요컨대 이 스텝8의 작업은, SEM 관찰의 결과와 반사광 강도의 측정에 의한 노광조건결정방법과의 상관을 확인하는 의미로 행하는 것이며, 준비공정에서 반드시 필요한 것은 아니지만, 본 발명에 관한 반사광 강도의 측정을 이용한 노광조건결정방법의 신뢰성을 확인하는 의미로 중요하고, 그 때문에 행해진다.

도 10은 스텝8에 의한 데이타를 매트릭스로서 나타낸 것이다. 도 10A·10B에 서, 예컨대 노광량 X5·포커스값 Y5의 노광조건에서는, 하한 폭비율(Qb)이 50이고, 상한 폭비율(Qt)이 70인 것부터, 패턴 D·E에 대응하는 노광영역 D1·E1에 볼록부 (62) 및 오목부(66)가 존재하고, 노광영역 A1∼C1는 볼록부(62)만이 존재하며, 노광영역 F·G에서는 오목부(66)만이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 이 상태는 먼저 도 6에 나타낸 세그먼트(90d) 또는 세그먼트(90e)와 같은 상태에 있는 것을 나타내고 있다.

또한, 노광량 X7·포커스값 Y6의 노광조건에서는, 상한 폭비율(Qt)이 70이고, 하한 폭비율(Qb)이 20이기 때문에, 패턴 B∼E에 대응하는 노광영역 B1∼E1로 볼록부(62) 및 오목부(66)가 형성되고, 노광영역 A1로서는 볼록부(62)만이 존재하며, 노광영역 F1·G1로서는 오목부(66)만이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 이 상태는 먼저 도 7에 나타낸 세그먼트(90c)의 같은 상태에 있는 것을 보이고 있다.

이와 같이, 얻어진 현상패턴을 SEM 관찰함으로써 패턴 A∼G 내에서 노광부분과 비노광부분의 해상이 가능하던 패턴의 범위를, 각 세그먼트(90)에 대하여 도 10A·10B에서 바로 알 수 있다. SEM 관찰의 결과로부터는, 도 6에 나타낸 세그먼트 (90b)의 상태를 주는 노광조건이 최적의 노광조건인 것부터, 하한 폭비율(Qb)이 30으로 상한 폭비율(Qt)이 80인 노광조건을, 도 10A·10B에서 검색하면, 포커스값 Y6·노광량 X6이, 최적 노광조건인 것을 알 수 있다.

도 10A·10B에서의 최적 노광조건을 찾기 시작하는 것을 용이하게 하기 위해서, 도 10C에 나타낸 바와 같이, 각 세그먼트(90)에 대하여 도 10B의 값으로부터 도 10A의 값을 뺀 값을 나타낸 매트릭스를 준비한다. 도 5와 도 6을 사용하여 먼저 설명한 바와 같이, 포커스값이 적절하면, 노광부분과 비노광부분의 해상이 가능한 패턴의 수가 많아지기 때문에, 도 10C에 표시되는 값이 큰 경우의 노광조건이, 적절한 조건에 가까운 것으로 판단할 수가 있다. 이렇게 해서 노광조건의 압축이 용이해 진다.

예컨대, 도 10C에서는, 50이라는 값이 가장 큰 값이므로, 최적 노광조건은, 포커스값이 Y6이고, 노광량이 X6∼X8의 범위에 있으면 용이하게 좁혀진다. 그렇지만 예를들어 1조의 폭비율 C가, C(30·80)인 경우와 C(20·70)인 경우에서는, 그 차이는 모두 50이 된다.

따라서, 도 10C 중의 최대치가 같은 경우에는, 도 10A·10B의 값으로부터, 1조의 최적 폭비율(Cb)(30·80)이 얻어지고 있는 노광조건을 선택한다. 요컨대 도 10C의 경우에는, 1조의 폭비율 C(Qb·Qt)가 1조의 최적 폭비율 Cb(30·80)에 일치하는 것은, 노광량이 X6의 경우 뿐이고, 이렇게 해서 최적 노광조건을 정하는 것이 가능해진다.

이상의 설명으로부터 명백하듯이, 스텝1에서 스텝8까지의 공정은, SEM 관찰에 의해 결정되는 현상패턴의 상태를 반사광 강도라는 정보에 변환하여, 흔히 규격화된 데이타(이하, 「기준 데이터」이라 함)를 작성하는 것이며, 이 기준 데이타로부터 최적의 노광조건의 검색이 가능해진다.

여기서, 상술한 준비공정에서의 기준 데이타의 작성 및 뒤에 설명하는 주공정에서 사용하는 노광조건결정장치의 구성의 형태에 대하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 노광조건결정장치(80)의 구성의 일 실시형태를 나타내는 설명도이다. 이 노 광조건결정장치(80)는, 크게 나누어 웨이퍼(W)에 형성된 현상패턴의 일정범위에 일정 강도의 빛을 조사하는 광조사부(81)와, 빛이 조사된 웨이퍼(W)의 소정 범위의 반사광 강도를 측정하는 검출부(82)와, 검출부(82)로 얻어지는 반사광 강도를 처리하는 연산처리부(83)로 구성되어 있다.

광조사부(81)는, 할로겐램프나 메탈하라이드램프, 형광등, 백열등 등으로부터 발생하는 빛의 협대역 파장, 예컨대 400∼600nm의 파장의 빛만을 조사가능한 광원 및 리플렉터 등을 구비한 광원장치(84)와, 광원장치(84)부터의 빛을 웨이퍼(W)로 이끄는 광화이버(85)를 가지고 있으며, 광파이버(85)로부터 조사되는 빛은 광로조정부(86)에 구비된 도시하지 않은 미러 및 렌즈에 의해 집광되어, 웨이퍼 (W)의 일정범위, 예컨대 1개소의 세그먼트(90) 전체에 조사된다.

이 때, 웨이퍼(W)는, 예를들어 도시하지 않은 X-Y 스테이지상에 얹어져 있으며, 빛이 조사되는 범위에 웨이퍼(W)의 소정 범위가 수습되도록, 면내에서 평행하게 이동하는 것이 가능하도록 되어 있다.

검출부(82)는, 일정광량이 조사된 일정범위의 중의 설정범위(S){도 8에 나타낸 설정범위(S)를 가리킴. 도 11에 도시하지 않음}의 반사광 강도를 측정하기 위한 장치로서, 예컨대 CCD 카메라 또는 라인센서(87)를 가지며, CCD 카메라 또는 라인센서(87)에 찍힌 영상정보를, CCD 카메라 또는 라인센서(87)에 접속된 엘렉보드 (88) 등의 신호변환장치를 사용하여 반사광 강도로 변환한다. 이렇게 해서 설정범위(S)의 반사광 강도를 얻을 수 있다.

또, 라인센서는 CCD 소자를 직선적으로 일렬로 나열하여 주사시키는 카메라 이고, CCD 카메라와 같은 정보를 취득하는 것이 가능하다. 또한 먼저 나타낸 도 5에 병기한 바와 같이, 반사광 강도의 신호레벨은 웨이퍼(W)의 표면이 노출하는 오목부(66)의 부분으로 크고, 반대로 레지스트로 피복된 볼록부(62)의 부분으로 작아진다.

얻어진 반사광 강도는, 연산처리부(83)에 있어서 계산처리되고, 규격화강도가 산출된다. 연산처리부(83)의 구체예는 퍼스널컴퓨터이다. 웨이퍼(W)의 이동(X-Y 스테이지의 구동인엘렉보드(88)에 의한 신호의 읽기는, 이 연산처리부(83)부터의 신호에 의해 자동으로 할 수 있다.

예컨대, 웨이퍼(W)에 형성된 1개의 세그먼트(90)의 반사광 강도를 읽어낸 뒤에, 연산처리부(83)부터의 신호에 의해 웨이퍼를 소정량만큼 이동시켜 다시 다른 노광영역의 반사광 강도를 측정한다는 작업을 되풀이할 수 있다. 연산처리부(83)에서는 반사광 강도를 규격화하는 처리를, 반사광 강도의 측정과 병행해 할 수 있다.

이러한 노광조건결정장치(80)를 사용하여 얻어진 규격화강도를, 전술한 준비공정에서 결정된 상역치(Lt)와 하역치(Lb)를 비교함으로써, 그 규격화강도를 주는 설정범위(S)의 상태, 즉 노광부분과 비노광부분의 해상의 가부를 알 수 있다. 이렇게 해서, 반사광 강도의 측정이 행해진 웨이퍼(W)에 대하여, 먼저 도 10A 및 도 10B에 나타낸 바와 같은 하한 폭비율(Qb)과 상한 폭비율(Qt)의 조합의 정보를 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 노광조건결정방법의 주공정에 관해서 설명한다. 이 주공정에서는, 상술한 노광조건결정장치와 전술한 준비공정에서 결정된 기준 데이타를 사용하지만, SEM 관찰을 요하지 않는다.

도 1의 우측란에 도시한 바와 같이, 우선 제품이 되는 웨이퍼의 노광처리를 시작하기에 앞서, 테스트용의 웨이퍼(테스트 웨이퍼)에 레지스트막을 형성하고(스텝9), 이어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 테스트 웨이퍼상에 있어서 격자형상 매트릭스(95)를 구성하는 복수의 세그먼트(90)의 각각, 테스트패턴(60)을 사용하여 다른 포커스값과 노광량으로 노광하고(스텝10), 그 후에 테스트 웨이퍼를 현상, 건조하여, 현상패턴을 형성한다(스텝11).

다음에, 노광조건결정장치(80)를 사용하여, 각 세그먼트(90)에 대하여, 테스트패턴(60)의 각 패턴 A∼G에 대응하는 노광영역 A1∼G1에 관해서 반사광 강도의 측정과 그 규격화를 행한다(스텝12). 이 때 얻어진 규격화강도의 값이 하역치(Lb= 40) 이상, 상역치(Lt= 80) 이하이면, 노광부분과 비노광부분과의 해상이 가능하다고 판단한다. 또한 이러한 해상이 가능한 노광영역을 형성하는 패턴의 투과부분의 폭비율 Q에서, 하한 폭비율(Qb) 및 상한 폭비율(Qt)을 구한다(스텝1 3).

또, 테스트 웨이퍼에 형성된 레지스트막은, 준비공정에서 웨이퍼에 형성된 레지스트막과, 같은 종류의 레지스트액을 사용하여 동등한 두께로 형성되어 있어야 한다. 기준 데이타는, 사용하는 레지스트액이 복수인 경우와 형성하는 레지스트막의 두께가 다른 경우의 각 조건에 대응하는 복수의 것을, 적절히 스텝1∼스텝8에 의거 준비한다.

모든 세그먼트(90)에 대하여, 이들 하한 폭비율(Qb) 및 상한 폭비율(Qt)의 값과 그 차이를 구하고, 준비공정에서 얻어진 최적 노광조건을 나타내는 1조의 최 적 폭비율(Cb)(30·80)을 나타내는 노광조건을 검출하고, 새로운 최적의 노광조건을 결정할 수 있다(스텝14).

스텝9∼스텝14에 따라서 모든 세그먼트(90)에 관해서 반사광 강도의 측정을 행하면, 자동화가 가능하다고 하여도, 노광조건결정에 긴 시간을 써버리는 것은 피할 수 없다. 따라서 노광장치의 조건은 시간 경과적으로 변화는 하지만, 극단적으로 크게 변화할만한 것이 아니라는 노광장치의 특성에 착안하여, 전술한 스텝12에 있어서는, 먼저 준비공정에서 결정된 최적 노광조건에 가까운 노광조건에 의해 형성된 현상패턴의 존재하는 세그먼트(90)에 관해서만 반사광 강도의 측정을 행한다. 이러한 방법에 의해서도, 일반적으로, 최적 노광조건을 검출하는 것이 가능하고, 노광조건결정 요하는 시간을 단축할 수 있다.

도 12A 내지 도 12C는, 포커스값 Y6·노광량 X6 근방의 15의 노광조건에 대하여, 스텝9∼스텝14를 행하고, 하한 폭비율(Qb) 및 상한 폭비율(Qt)과 그 차이를 구한 결과를 나타내고 있다.

이들 15의 노광조건에 대응하는 세그먼트(90)에 대하여 자동으로 반사광 강도를 측정하여 규격화하고, 얻어진 규격화강도의 값을 상역치(Lt) 및 하역치(Lb)와 비교하여, 노광부분과 비노광부분의 해상이 가능한 범위에 있는 노광영역을 주는 패턴의 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)의 값을 결정한다. 최적 노광조건을 주는 1조의 최적 폭비율(Cb)은 Cb(30·80)이므로, 도 12A∼도 12C에 의해, 그 조건을 만족하는 포커스값 Y5·노광량 X7이, 최적 노광조건으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이 복수의 세그먼트(90)에 대하여 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율 (Qb)을 매핑하는 방법 이외에, 어떤 1개의 노광조건으로부터 출발하여, 최적 노광조건을 검색하는 방법도 있다.

예컨대, 준비공정에서 결정된 최적 노광량/최적 포커스값을, 주공정의 노광조건결정에 있어서 반사광 강도의 측정을 해야 되는 노광영역을 좁히기 위한 초기조건으로 하고, 점차 초기조건으로 변하는 잠정조건을 정해나가고, 그 잠정조건이 변하지 않으면, 그 잠정조건이 실제의 최적 노광조건으로 하는 방법이다.

이러한 방법에 있어서는, 초기조건의 최적 노광량/최적 포커스값 중 어느 한쪽, 예컨대 최적 노광량을 잠정노광량으로서 임시로 고정하고, 소정 범위의 포커스값에 의한 노광영역의 반사광 강도의 측정을 행해, 얻어진 반사광 강도로부터 최적 폭비율(Cb)(30·80)에 가까운 1조의 폭비율 C'(Qt·Qb)를 결정한다.

계속해서 결정된 1조의 폭비율 C'(Qt·Qb)를 주는 노광조건에 있어서의 포커스값을 잠정 포커스값으로서 고정하고, 노광량을 변화시킨 복수의 노광영역의 반사광 강도의 측정을 행하고, 최적 폭비율(Cb)(30·80)에 가까운 1조의 폭비율 C"(Qt·Qb)를 결정한다.

여기서, 1조의 폭비율 C'(Qt·Qb)과 1조의 폭비율 C"(Qt·Qb)의 조건이 같은 경우로서, 최적 폭비율(Cb)(30·80)로 되는 경우에, 이 1조의 폭비율 C'(Qt·Qb)를 주는 노광조건이 최적 노광조건이 된다.

또한, 1조의 폭비율 C'(Qt·Qb)와 1조의 폭비율 C"(Qt·Qb)의 조건이 다른 경우에는, 1조의 폭비율 C"(Qt·Qb)를 주는 노광조건의 노광량을 잠정 노광량으로 서 갱신하여, 초기 조건으로부터 1조의 폭비율 C'(Qt·Qb)를 구하고, 또한 1조의 폭비율 C"(Qt·Qb)를 구한 방법을 되풀이 하는 것으로, 최적 노광조건을 좁힐 수 있다.

도 13A에서 도 13C는 이러한 방법에 의해서 최종적으로 얻어지는 하한 폭비율(Qb) 및 상한 폭비율(Qt)과 그 차이를 매핑한 결과를 보이고 있다.

준비공정에서 얻어진 최적 노광조건은, 포커스값 Y6·노광량 X6이기 때문에, 예컨대 최초에 포커스값을 포커스값 Y6로 고정하고, 노광량 X4∼X8의 범위로 변화시켜, 반사광 강도의 측정과 규격화강도의 산출 및 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율 (Qb)의 결정을 행한다.

이렇게 해서 규격화강도를 산출한 범위로 1조의 최적 폭비율(Cb)(30·80)을 갖는 조건를 얻을 수 있으면 그 시점에서 노광조건결정은 종료한다. 그러나 1조의 최적 폭비율(Cb)이 없는 경우에는, 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)의 차이가 큰 조건을 주는 노광량에 대하여, 이번은 포커스값을 바꿔 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)을 결정한다.

도 13A 및 도 13B의 경우에서는, 노광량 X6의 경우와 노광량 X7의 경우가 대응하지만, 예컨대 준비단계에서의 최적 노광량인 노광량 X6의 경우에 대하여, 포커스값 Y4∼Y7의 범위로 바꿔, 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)을 구한다.

그런데, 노광량 X6의 경우에 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)의 차이가 50인 노광조건이 없기 때문에, 다음에 예를들어 노광량 X6의 경우에 2번째로 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)의 차이가 커지는 포커스값 Y5에 대하여, 노광량 X4 ∼X8의 범위에서, 다시 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)을 구한다.

그렇게 하면 포커스값 Y5의 경우에는, 노광량 X7·X8의 2조건으로 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)의 차이가 50이 되고, 이 중 포커스값 Y5·노광량 X7의 노광조건에 있어서의 1조의 폭비율 C(Qt·Qb)이 1조인 최적 폭비율(Cb)(30·80)로 일치함으로써, 이 노광조건이 최적 노광조건인 것을 알 수 있다.

또한, 예를들어 최적 노광조건인 포커스값 Y5·노광량 X7 근방의 노광조건, 예컨대 포커스값을 Y4로, 노광량을 X7, X8로 한 경우의 규격화강도를 구해서 상한 폭비율(Qt)과 하한 폭비율(Qb)을 구함으로써, 포커스값 Y5·노광량 X7의 노광조건이 최적 노광조건인 것을 확인할 수 있다.

상술한 각종 방법에 의해 정해진 최적 노광조건에 따라 형성된 패턴 A∼G에 대응하는 노광영역 A1∼G1의 규격화강도의 각 값이, 준비공정에서 결정된 최적 노광조건에 의해 요청된 규격화강도의 값에 근접하고 있는지 어떤지를 확인하는 것이 바람직하다.

예컨대, 준비공정에서 얻어진 세그먼트(90b)에서는, 노광영역 C1∼F1의 규격화강도는, 55 이상 70 이하의 범위에 들어 있었기 때문에, 상술한 주공정에서 요청된 최적 노광조건인 포커스값 Y5·노광량 X7로 형성된 세그먼트에 있어서의 노광영역 C1∼F1의 규격화강도가, 55 이상 70 이하의 범위에 거의 수용되어 있는지의 여부를 확인함으로써 노광조건결정의 정밀도를 높이는 것이 가능해진다.

또한, 주공정에서 요청된 포커스값 Y5·노광량 X7로 형성된 세그먼트에 있어서의 노광영역 C1∼F1의 규격화강도가, 55이상 70이하의 범위에 수습되어 있은 경 우이더라도, 극단적으로 좁은 값의 범위, 예컨대 60 이상 65 이내나 65 이상 70 이내라는 좁은 범위에 수습되어 있은 것 같은 경우에는, 노광영역 C1∼F1에 형성된 볼록부(62)와 오목부(66)의 실치수가, 패턴 C∼F의 차광부분(61)과 투과부분(65)의 실치수와 어긋나 있을 가능성이 커진다.

이러한 상황을 검출하기 위해서, 준비공정에 의거하면, 하한 폭비율(Qb)을 부여하는 패턴에 대응하는 노광영역의 규격화강도는 50 이상, 보다 엄밀하게는 50 이상 60 이하라고 제한을 두고, 이 조건을 만족하지 않은 경우에는 경보를 발하도록, 노광조건결정장치(80)를 구성하는 것도 바람직하다.

또한, 상한 폭비율(Qt)을 주는 패턴에 대응하는 노광영역의 규격화강도는 75 이하, 보다 엄밀하게는 65 이상 75 이하라는 제한을 두고, 이 조건을 만족하지 않은 경우에도 경보를 발하도록 노광조건결정장치(80)를 구성하면, 본 발명에 따른 노광조건결정의 정밀도를 보다 높일 수 있고, 바람직하다.

그런데, 레지스트막의 형성이나 레지스트막에의 노광처리, 노광된 웨이퍼(W)의 현상처리나, 노광조건결정장치(80)가 정상으로 동작하고 있는 경우에는, 이상에서 말한 주공정에서의 노광조건결정방법에 의해, 준비공정에서 정한 최적 노광조건과 같은 노광조건을 구할 수 있다. 그러나 예컨대, 노광조건결정을 위해서 테스트 웨이퍼에 형성된 노광조건이 다른 복수의 세그먼트 중에, 준비공정에서 결정된 최적 노광조건에 의한 현상패턴과 동등의 형상을 갖는 현상패턴이 검출되지 않은 사태도 상정된다.

이러한 사태가 생기는 원인으로서는, 노광장치에 있어서의 광원이나 광학계 의 조정불량, 마스크의 손상 등, 노광장치에 있어서의 여러가지의 고장이 생각되고, 한편 노광조건결정장치(80)의 광원장치(84)나 CCD 카메라 또는 라인센서(87)의 부진이나 고장도 생각되기 때문에, 반대로 본 발명의 노광조건결정방법의 결과로부터, 사용되는 노광장치 및 노광조건결정장치의 점검을 하여, 그 사용상태를 양호하게 유지하는 것도 가능해진다. 이러한 사태가 생기고 있는 경우에도, 예컨대 경보를 발하는 등의 대책을 채택할 수 있다.

이상, 본 발명의 노광조건결정장치 및 노광조건결정방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 노광조건결정장치는, 단일체로서 사용하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 예컨대 노광장치에 병설시키는 것이 가능하다. 또한 노광조건결정장치는, 레지스트도포·현상처리 시스템의 내부에 설치하는 것도 가능하고, 현상처리 뒤의 웨이퍼가 노광조건결정장치로 반송되고, 자동으로 노광조건결정이 행해지는 것과 같은 구성으로 하는 것으로도 가능하다.

예컨대, 도 14는 노광조건결정장치(80)를 구비한 레지스트도포·현상처리 시스템(1)을 나타내는 개략평면도, 도 15는 그 측면도이다. 이 레지스트도포·현상처리 시스템(1)은, 반송 스테이션인 카세트스테이션(10)과, 복수의 처리유닛을 가지는 처리스테이션(11)과, 처리 스테이션(11)에 인접하여 설치되는 노광장치(50) 사이에서 웨이퍼(W)를 주고받기 위한 인터페이스부(12)를 구비하고 있다.

카세트스테이션(10)은, 피처리체로서의 웨이퍼(W)를 복수매, 예컨대 25매 단위로 웨이퍼 카세트(CR)에 탑재된 상태에서, 다른 시스템으로부터 레지스트도포·현상처리 시스템(1)으로 반입하고, 또는 레지스트도포·현상처리 시스템(1)으로부 터 다른 시스템으로 반출하는 등, 웨이퍼 카세트(CR)와 처리스테이션(11) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하기 위한 것이다.

카세트스테이션(10)에 있어서는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 얹어놓는대(20) 상에 도면중 X방향을 따라 복수(도면에서는 4개)의 위치결정돌기(20a)가 형성되어 있고, 이 돌기(20a)의 위치에 웨이퍼 카세트(CR)가 각각의 웨이퍼 출입구를 처리스테이션(11) 측으로 향해 일렬로 얹어둘 수 있도록 되어 있다. 웨이퍼 카세트(CR)에서는 웨이퍼(W)가 수직방향(Z방향)으로 배열되어 있다. 또한 카세트스테이션(10)은, 얹어놓는대(20)와 처리스테이션(11) 사이에 위치하는 웨이퍼반송기구(21)를 가지고 있다.

웨이퍼반송기구(21)는, 카세트 배열방향(X방향) 및 그 중의 웨이퍼(W)의 배열방향(Z방향)으로 이동가능한 웨이퍼반송용 아암(21a)을 가지고 있으며, 이 웨이퍼 반송용 아암(21a)에 의해, 어느 하나의 웨이퍼 카세트(CR)에 대하여 선택적으로 억세스 가능하도록 되어 있다. 또한 웨이퍼반송용 아암(21a)은, 도 14중에 나타낸 θ방향으로 회전이 가능하도록 구성되어 있고, 후술하는 처리스테이션(11)측의 제3의 처리부(M₃)에 속하는 얼라이먼트유닛(ALIM) 및 익스텐션유닛(EXT)에도 억세스할 수 있도록 되어 있다.

한편, 처리스테이션(11)은, 웨이퍼(W)에 대하여 도포·현상을 행할 때의 일련의 공정을 실시하기 위한 복수의 처리유닛을 구비하여, 이들이 소정위치에 다단으로 배치되어 있으며, 이들에 의해 웨이퍼(W)가 1매씩 처리된다. 이 처리스테이션 (11)은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 중심부에 웨이퍼반송로(22a)를 가지고 있으며, 이 중에 주웨이퍼반송기구(22)가 설치되고, 웨이퍼반송로(22a) 주위에 모든 처리유닛이 배치된 구성으로 되어있다. 이들 복수의 처리유닛은, 복수의 처리부로 분리되어 있고, 각 처리부는 복수의 처리유닛이 수직방향(Z방향)을 따라 다단으로 배치되어 있다.

주웨이퍼반송기구(22)는, 통형상 지지체(49)의 안쪽에, 웨이퍼반송장치(46)를 상하방향(Z방향)으로 승강이 자유롭게 장착하고 있다. 통형상 지지체(49)는 모터(도시하지 않음)의 회전구동력에 의해 회전가능하도록 되어 있고, 그에 따라 웨이퍼반송장치(46)도 일체적으로 회전가능하도록 되어 있다. 웨이퍼반송장치(46)는, 반송기대(47)의 전후방향으로 이동이 자유로운 복수 라인의 유지부재(48)를 구비하고, 이들 유지부재(48)에 의해서 각 처리유닛 사이에서의 웨이퍼(W)의 주고 받음을 실현하고 있다.

또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 이 실시형태에 있어서는, 4개의 처리부(M₁·M₂·M₃·M₄)가 웨이퍼반송로(22a)의 주위에 실제로 배치되어 있다. 이중 제1 및 제2의 처리부(M₁·M₂)는 레지스트도포·현상처리 시스템(1)의 정면(도 14에서 앞쪽)측에 병렬로 배치되고, 제3의 처리부(M₃)는 카세트스테이션(10)에 인접하여 배치되며, 제4의 처리부(M₄)는 인터페이스부(12)에 인접하여 배치되어 있다.

레지스트도포·현상처리 시스템(1)에 있어서는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼반송로(22a)의 주위에 실제로 배치된 4개의 처리부(M₁·M₂·M₃ ·M ₄)에 더하여, 장치의 배면부에 제5의 처리부(M₅)가 배치가능하도록 되어 있고, 이 제5의 처리부(M₅)의 위치에, 노광조건결정장치(80)가 부착된 구조로 되어 있다. 이렇게 해서, 현상이 종료된 웨이퍼(W)를, 유지부재(48)를 사용하여 노광조건결정장치(80)에 있어서 웨이퍼(W)가 얹어지는 X-Y 테이블(도시하지 않음)과의 사이에서 주고 받는 것이 가능하게 되어 있다.

제5의 처리부(M₅)는, 안내레일(25)을 따라 주웨이퍼반송기구(22)에서 보아 옆쪽으로 이동할 수 있게 되어 있고, 따라서 제5의 처리부(M₅)를 마련하여, 그 자리에 노광조건결정장치(80)를 배치한 경우에도, 이것을 안내레일(25)을 따라 슬라이드함에 의해 공간부가 확보되기 때문에, 주웨이퍼반송기구(22)에 대하여 배후로부터 유지관리작업을 용이하게 할 수 있다.

제1의 처리부(M₁)에서는, 코터컵(CP) 내에서 웨이퍼(W)를 스핀척(도시하지 않음)에 탑재하여 소정의 처리를 행하는 2대의 스피너형 처리유닛인 레지스트도포유닛(COT) 및 레지스트의 패턴을 현상하는 현상유닛(DEV)이 밑에서 순서대로 2단으로 포개어져 있다. 제2의 처리부(M₂)도 마찬가지로, 2대의 스피너형 처리유닛으로서 레지스트도포유닛(COT) 및 현상유닛(DEV)이 밑에서 순서대로 2단으로 포개어져 있다.

제3의 처리부(M₃)에 있어서는, 예컨대 웨이퍼(W)를 얹어놓는대(SP)에 실어 소정의 처리를 행하는 오븐형의 처리유닛을 다단으로 배치할 수 있다. 예컨대 냉각처리를 행하는 쿨링유닛(COL), 레지스트의 정착성을 높이기 위한 소위 소수화처리를 행하는 어드히젼유닛(AD), 위치맞춤을 행하는 얼라이먼트유닛(ALIM), 웨이퍼(W)의 반입출을 행하는 익스텐션유닛(EXT), 노광처리전이나 노광처리후, 그위에 현상처리후에 웨이퍼(W)에 대하여 가열처리를 행하는 핫플레이트유닛(HP)을 순차로 겹쳐서 배치할 수 있다.

제4의 처리부(M₄)도, 오븐형의 처리유닛을 다단으로 겹쳐져서 구성된다. 예컨대 쿨링유닛(COL), 쿨링플레이트를 구비한 웨이퍼 반입출부인 익스텐션·쿨링유닛(EXTCOL), 익스텐션유닛(EXT), 쿨링유닛(COL) 및 핫플레이트유닛(HP)을 겹쳐서 배치할 수 있다.

인터페이스부(12)는, 안쪽길이방향(X방향)에 있어서는, 처리 스테이션(11)과 같은 길이를 가지고 있다. 도 14, 도 15에 나타낸 바와 같이, 이 인터페이스부(12)의 정면부에는, 운반 가능한 픽업카세트(CR)와 정치형의 버퍼카세트(BR)가 2단으로 배치되고, 배면부에는 주변노광장치(23)가 배치되며, 중앙부에는 웨이퍼반송기구(24)가 배치되어 있다. 이 웨이퍼반송기구(24)는 웨이퍼반송용 아암(24a)을 가지고 있으며, 이 웨이퍼반송용 아암(24a)은, X방향, Z방향으로 이동하고 양 카세트(CR· BR) 및 주변노광장치(23)에 억세스 가능하도록 되어 있다.

웨이퍼반송용 아암(24a)은, θ방향으로 회전가능하고, 처리 스테이션(11)의 제4의 처리부(M₄)에 배치되는 익스텐션유닛(EXT)이나, 그 위에 인접하는 노광장치 (50)의 웨이퍼 주고받음대(도시하지 않음)에도 억세스 가능하도록 있다. 또한 노광조건결정장치(80)의 배치위치는 제5의 처리부(M₅)에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 노광장치(50) 내에, 또는 노광장치(50)에 인접하여 배치하는 것이 가능하고, 또한 레지스트도포·현상처리 시스템(1) 내에 배치된 각종의 웨이퍼반송기구에 의해 웨이퍼를 반송할 수 있는 장소라면, 어떤 부분에 배치하더라도 상관없다.

상술한 레지스트도포·현상처리 시스템(1)을 이용한 노광조건결정의 공정에서는, 우선 카세트스테이션(10)에 있어서, 웨이퍼반송기구(21)의 웨이퍼반송용 아암(21a)이 얹어놓는대(20) 상의 미처리의 웨이퍼(W)를 수용하고 있는 웨이퍼 카세트(CR)에 억세스하여 1매의 웨이퍼(W)(테스트 웨이퍼)를 취출하여, 제3의 처리부 (M₃)에 배치된 익스텐션유닛(EXT)으로 반송한다.

웨이퍼(W)는, 이 익스텐션유닛(EXT)에서, 주웨이퍼반송기구(22)의 웨이퍼반송장치(46)에 의해 처리스테이션(11)에 반입된다. 그리고 제3의 처리부(M₃)에 배치된 얼라이먼트유닛(ALIM)에 의해 얼라이먼트된 뒤, 어드히젼처리유닛(AD)으로 반송되고, 거기서 레지스트의 정착성을 높이기 위한 소수화처리(HMDS 처리)가 실시된다. 이 처리는 가열을 동반하기 때문에, 그 후 웨이퍼(W)는, 웨이퍼반송장치(46)에 의해 쿨링유닛(COL)으로 반송되어 냉각된다.

또, 사용되는 레지스트의 종류에 따라서는, 이 HMDS 처리를 행하지 않고서, 직접에 웨이퍼(W)를 레지스트도포유닛(COT)에 반송하는 경우가 있다. 예컨대 폴리이미드계 레지스트를 사용하는 경우를 들 수 있다.

어드히젼처리유닛(AD)에서의 처리가 종료하여, 쿨링유닛(COL)에서 냉각된 웨이퍼(W) 또는 어드히젼처리유닛(AD)에서의 처리를 행하지 않은 웨이퍼(W)는, 계속해서 웨이퍼반송장치(46)에 의해 레지스트도포유닛(COT)으로 반송되고, 따라서 레지스트가 도포되어, 도포막이 형성된다. 도포처리 종료후, 웨이퍼(W)는 제3 또는 제4의 처리부(M₃·M₄)중 어느 하나에 배치된 핫플레이트유닛(HP) 내에서 프리베이크처리되고, 그 후 어느 하나에 쿨링유닛(COL)으로써 냉각된다.

냉각된 웨이퍼(W)는, 제3의 처리부(M₃)에 배치된 얼라이먼트유닛(ALIM)으로 반송되고, 거기서 얼라이먼트된 뒤, 제4의 처리부(M₄)에 배치된 익스텐션유닛(EXT)을 통해 인터페이스부(12)로 반송된다.

인터페이스부(12)에서는, 주변노광장치(23)에 의해 주변노광되어 여분인 레지스트가 제거된 뒤, 인터페이스부(12)에 인접하여 설치된 노광장치(50)에 의해, 전술한 테스트패턴(60)을 사용하여, 웨이퍼(W)의 레지스트막에 최적 노광조건을 결정하기 위한 테스트 노광처리가 실시된다.

노광후의 웨이퍼(W)는, 다시 인터페이스부(12)로 복귀되고, 웨이퍼반송기구 (24)에 의해, 제4의 처리부(M₄)에 배치된 익스텐션유닛(EXT)으로 반송된다. 그리고 웨이퍼(W)는, 웨이퍼반송장치(46)에 의해, 핫플레이트유닛(HP)으로 반송되어, 포스트익스포저베이크처리가 실시되고, 이어서 쿨링유닛(COL)에 의해 냉각된다.

그 후, 웨이퍼(W)는 현상유닛(DEV)으로 반송되고, 거기서 노광패턴의 현상이 행해진다. 현상종료후, 웨이퍼(W)는 어느 한 항에 핫플레이트 유닛(HP)에 반송되어 포스트베이크처리가 실시되고, 이어서 쿨링유닛(COL)에 의해 냉각된다. 이러한 일련의 처리가 종료한 뒤, 웨이퍼(W)는 제5의 처리부(M₅)에 배치된 노광조건결정장치 (80)로 반송되고, 거기서 반사광 강도의 측정에 의거한 최적 노광조건의 결정이 행해지고, 그 결과가 노광장치(50)에 피드백되어 노광장치(50)의 동작조건이 재설정되며, 제품인 웨이퍼(W)의 처리가 시작된다.

또, 테스트 웨이퍼는, 제3의 처리부(M₃)에 배치된 익스텐션유닛(EXT)을 통해 카세트스테이션(10)으로 복귀되어, 어느 하나의 웨이퍼 카세트(CR)에 수용된다.

이러한 레지스트도포·현상처리 시스템(1)을 사용하면, 제품의 처리 도중에, 적절히 테스트 웨이퍼를 레지스트도포·현상처리 시스템(1) 내로 반송하여, 적절히 노광조건을 바꾸거나 레지스트도포·현상처리 시스템(1)의 고장진단을 행하는 것이 가능하다.

또한, 상술한 노광조건결정방법을 사용하면, 예컨대 제품으로서의 웨이퍼(W)에 형성되는 현상패턴의 특정범위에 대하여, 양호한 형상으로 현상패턴이 형성된 것에 관해서 반사광 강도의 측정과 그 규격화를 행해 얻어진 규격화강도를 기준치로 하여, 점차 처리되는 웨이퍼(W)에 관해서 그 특정범위에 관해서 반사광 강도의 측정을 행하고, 그 결과를 미리 정한 기준치와 비교함으로써, 모든 웨이퍼(W)에 관해서 현상패턴의 형성상태를 확인하면서, 처리를 행한다고 하는 처리방법도 가능해진다. 이러한 노광조건결정방법을 사용하면, 제품의 품질관리를보다 철저하여 하는 것이 가능해져, 신뢰성이 향상한다.

이상, 본 발명에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 예를들어 노광조건결정을 이용한 테스트패턴(60)에 있어서는, 패턴 A∼G의 7단계에서 차광부분(61)과 투과부분(65)의 폭비율 P·Q을 변화시켰으나, 보다 다단층으로 패턴을 형성함으로써, 더욱 노광조건결정의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

테스트패턴(60)에서는, 패턴 A∼G는, 차광부분(61)과 투과부분(65)이 0.5㎛의 일정 폭 N의 범위로 형성되어 있지만, 일정 폭 N은 이러한 값에 한정되는 것이 아니다. 흔히 예컨대, 차광부분(61)과 투과부분(65)의 폭비율 P·Q가 같고, 일정 폭 N이 다른 2와 같은 패턴을 모두 형성하여, 어떤 노광조건으로 얻어지는 노광영역의 현상패턴의 형태을 더욱 상세하게 한정하는 것도 가능하다.

또한, 도 3에 나타낸 선형태의 테스트패턴(60) 대신에, 도 4A 및 도 4B의 각 그림에 나타낸 기둥형태, 구멍형태의 테스트패턴(60a·60b)을 쓸 수 있다. 또한 이들의 테스트패턴(60·60a·60b)은, 차광부분(61)과 투과부분(65)의 경계를 직선을 사용하여 형성한 패턴이지만, 차광부분(61)과 투과부분(65)과의 경계는 곡선을 사용하여 형성하더라도 좋다. 예컨대 도 4B에 나타낸는 투과부분(65)의 형상을 정방형 대신에 원형 등으로 할 수 있다.

노광조건결정장치(80)에 있어서는, 복수의 광원을 구비한 것을 사용하는 것으로도 바람직하다. 예컨대 파장영역이 다른 복수의 협대역 파장광원을 구비한 광원을 이용하여, 테스트패턴에 형성된 투과부분의 폭 등의 실제의 치수 등에 따라, 복수의 협대역 파장광원의 속에서 적절한 하나의 협대역 파장광원을 선택하여 사용함으로써, 웨이퍼에 형성된 현상패턴의 형상을 보다 충실히 반영한 반사광 강도에 관한 정보를 얻을 수 있다. 예컨대 테스트패턴에 형성된 투과부분의 폭이 좁은 경우에는, 이 투과부분을 투과할 수 있도록 파장이 짧은 빛을 사용한다.

복수의 협대역 파장광원을 구비하는 광원을 구비하는 노광조건결정장치를 사용한 경우에는, 다층막에 대한 반사광 강도의 측정을 보다 정확히 하는 것이 가능해진다고 하는 이점도 있다.

노광조건결정장치(80)는, 결정된 노광조건을 노광장치(50)로 피드백하여 노광장치(50)에 있어서의 노광조건을 최적조건으로 변경하도록 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 레지스트도포유닛(COT)이나 현상유닛(DEV)에 있어서의 처리조건을 변경하도록 사용하는 것도 가능하다.

도 16은, 노광조건결정장치(80)를 사용하여 레지스트도포유닛(COT)과 현상유닛(DEV)의 처리조건을 변경하는 시스템의 구성을 나타내는 설명도이다. 예컨대 노광장치(50)에 있어서의 노광조건이 고정되어 있는 때에 얻어지는 현상패턴이, 노광조건을 변경하지 않고, 최적 노광조건에 의해서 형성되는 현상패턴과 동등하게 되도록, 노광조건결정장치(80)는, 현상유닛 제어장치(98)에, 현상처리시간을 변경하거나, 또는 현상액의 온도를 변경하는 등의 지령을 보내어, 현상유닛 제어장치(98)는 이 지령에 따라서, 현상처리시간 등을 변경한다.

또한, 노광조건결정장치(80)는, 레지스트도포유닛 제어장치(99)에, 레지스트액을 웨이퍼 전체로 넓히기 위한 웨이퍼의 회전수의 변경이나 레지스트액의 온도변 경 등의 지령을 보내고, 레지스트도포유닛 제어장치(99)는 이 지령에 따라, 웨이퍼의 회전수 등을 변경한다. 이렇게 해서, 웨이퍼에 양호한 현상패턴을 형성하는 것이 가능해진다.

상기 설명에서는 기판으로서 반도체 웨이퍼를 사용한 노광조건결정에 대하여 설명하였지만, 예컨대 LCD 기판의 노광조건결정도, 본 발명을 효율적으로 쓸 수 있다.

이상 설명한 실시형태는, 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 명백하게 하는 것을 의도하는 것이며, 본 발명은 이러한 구체예에만 한정하고 해석되는 것이 아니라, 본 발명의 정신과 클레임에 서술하는 범위에서, 잡다히 변경하여 실시할 수가 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 노광조건결정의 자동화에 의해 공정수를 삭감하여 생산효율을 높일 수 있고, 또한 제품의 품질을 높이 유지할 수 있다.

Claims (45)

1. 포토리소그래피공정에 있어서의 노광조건결정방법으로서,

   소정 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 상기 소정 패턴으로 기판의 다른 복수의 위치를 다른 노광량과 포커스값으로 노광하는 제1준비공정과,

   상기 기판을 현상하여 기준현상패턴을 형성하는 제2준비공정과,

   상기 기준현상패턴을 SEM 관찰하여 상기 기준현상패턴의 형상정보를 얻는 제3준비공정과,

   상기 기준현상패턴의 소정 범위에 일정 강도의 빛을 조사하여 그 반사광 강도를 측정하는 제4준비공정과,

   상기 형상정보와 상기 제4준비공정에서 얻어진 반사광 강도를 관련시킨 기준 데이타를 작성하는 제5준비공정을 구비하는 준비공정과,

   상기 제1준비공정과 상기 제2준비공정과 같은 공정에 따라 기판에 소정의 현상패턴을 형성하는 제1공정과,

   상기 현상패턴의 소정 범위에 일정 강도의 빛을 조사하여 그 반사광 강도를 측정하는 제2공정과,

   상기 제2공정에서 얻어진 반사광 강도를 상기 기준 데이타와 대조하는 것에 의해 상기 제1공정에서의 노광량과 포커스값의 조합 중에서 최적 노광량과 최적 포커스값을 결정하는 제3공정을 갖는 주공정으로 이루어지고,

   상기 소정 패턴은, 선형태, 기둥형태 및 구멍형태 중 하나 또는 2개 이상의 형상을 이루는 투과부분과 차광부분과의 일정 폭내에서의 폭비율이 다른 복수개 영역을 가지며,

   상기 제3준비공정에서는, 상기 투과부분에 의거한 노광부분과 상기 차광부분에 의거한 비노광부분과의 해상이 상기 SEM 관찰에 의해 가능하다고 판단되는 노광영역에 대응하는 상기 소정 패턴에서의 상기 투과부분의 폭비율의 상하한치의 조합을, 노광조건마다 1조의 폭비율로서 기록하고,

   상기 제4준비공정에서는, 상기 노광부분과 상기 비노광부분의 해상이 불가능하다고 판단되는 노광영역의 반사광 강도의 상하한치를 노광조건마다에 대하여 기록하고,

   상기 제5준비공정에서는, 노광조건마다, 상기 반사광 강도의 상하한치 사이 범위의 반사광 강도를 가지는 노광영역이, 상기 1조의 폭비율의 상하한치를 부여하는 노광영역과 일치하도록, 상기 반사광 강도의 상하한치와 상기 1조의 폭비율의 상하한치를 조합시키는 노광조건결정방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 1조의 폭비율로서, 상기 투과부분의 폭비율 대신에 상기 차광부분의 폭비율을 사용하는 노광조건결정방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제3준비공정에서는, SEM 관찰에 의한 최적 노광조건을 결정하고,

   상기 제4준비공정에서는, 상기 제3준비공정에서 결정된 최적 노광조건에 의해서 노광된 노광영역의 반사광 강도의 측정을 행하며,

   상기 제5준비공정에서는, 상기 제4준비공정에서 얻어진 반사광 강도의 값으로부터 최적 노광조건에 있어서의 1조의 폭비율을 결정하고,

   상기 제2공정에서는, 상기 제3준비공정에서 결정된 최적 노광조건 및 상기 최적 노광조건에 가까운 여러종의 노광조건과 같은 노광조건에 의해 노광된 노광영역에 대하여 반사광 강도의 측정을 행하고,

   상기 제3공정에서는, 상기 제2공정에서 측정된 반사광 강도의 값으로부터 각 노광조건에 대하여 1조의 폭비율을 구하고, 또한 상기 최적 노광조건에서의 1조의 폭비율과 같거나 또는 근접하는 1조의 폭비율을 얻을 수 있는 노광조건을 잠정 노광조건으로 하여, 상기 최적 노광조건을 나타내는 1조의 폭비율를 얻을 때까지, 상기 잠정 노광조건에 가까운 노광조건에 의해 노광된 노광영역에 대한 반사광 강도의 측정과 측정된 반사광 강도의 값에 의거하는 1조의 폭비율의 결정 및 잠정 노광조건의 갱신을 되풀이하여 노광조건을 좁히는 노광조건결정방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제4준비공정 및 상기 제2공정에서는, 각 노광조건에 대하여 각 폭비율에 대응하는 노광영역의 반사광 강도를 측정하고,

   상기 제3공정에서는, 상기 제2공정에서 얻어진 반사광 강도를, 상기 제4준비공정에서 얻어진 반사광 강도의 상하한치와 비교하는 것에 의해, 상기 각 노광조건에 있어서의 1조의 폭비율을 결정하고, 상기 1조의 폭비율이 최적 노광량 및 최적 포커스값을 나타내는 미리 결정된 1조의 폭비율과 일치 또는 근접하는 노광조건을 최적 노광조건으로서 결정하는 노광조건결정방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제2공정에서의 반사광 강도의 측정은, 종전에 결정된 최적 노광조건의 노광량 및 포커스값에 가까운 노광량 및 포커스값을 조합한 1 이상 30 이하의 노광조건에 의해 형성된 각 현상패턴에 대하여 행하는 노광조건결정방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제3준비공정에서의 SEM 관찰의 결과에 의해 결정된 최적 노광조건에 대하여, 상기 제4준비공정에 의해 얻어지는 노광부분과 비노광부분의 해상이 가능하다고 판단되는 노광영역의 반사광 강도의 상하한치를 경보값으로서 설정하고,

   상기 제3공정에 의해 결정된 최적 노광조건에서의 노광부분과 비노광부분의 해상이 가능하다고 판단되는 노광영역의 반사광 강도의 범위가, 상기 경보값의 범위로부터 벗어났을 때에 경보를 발하는 노광조건결정방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 현상패턴에 조사되는 광의 광원으로서, 협대역 파장광원을 사용하는 노광조건결정방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 현상패턴에 조사하는 빛의 광원으로서 파장영역이 다른 복수의 협대역 파장광원을 이용하고, 상기 소정 패턴에 따라 상기 복수의 협대역 파장광원 중에서 적절한 하나의 협대역 파장광원을 선택하여 사용하는 노광조건결정방법.
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