KR20050021971A - 노광방법 및 노광관리시스템 - Google Patents

노광방법 및 노광관리시스템 Download PDF

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Abstract

원판위의 패턴을 물체상에 투영광학계를 통해서 노광하는 노광장치가 제공된다. 이 노광방법은, 제 1물체를 노광하기 위한 노광량과, 상기 투영광학계에 있어서의 제 1물체의 초점상태와, 상기 노광량과 초점상태로 노광된 상기 제 1물체상에 형성된 패턴형상간의 상관을, 상기 제 1물체에 도포된 레지스트의 정보마다 취득하는 공정, 상기 제 1물체와는 다른 제 2물체에 도포된 레지스트의 정보를 획득하는 공정, 상기 취득공정에서 얻어진 상관과, 상기 획득공정에서 획득한 제 2물체에 도포된 레지스트의 정보에 의거해서, 상기 제 2물체를 노광하기 위한 노광량과, 상기 투영광학계에 있어서의 상기 제 2물체의 초점상태를 결정하는 공정 및 상기 결정공정에서 결정된 노광량과 초점상태에 따라 상기 원판위에 형성된 패턴을 상기 제 2물체상에 전사하는 공정을 구비한다.

Description

노광방법 및 노광관리시스템{EXPOSURE METHOD AND EXPOSURE MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은, 일반적으로, 포토리소그라피에 있어서 반도체 웨이퍼용의 단결정 기판이나 구형 반도체, 액정표시소자("LCD")용의 유리기판 등의 물체(피노광체)를 노광하는 노광방법에 관한 것으로, 특히, 노광장치에 있어서의 노광량과 초점을 최적화하기 위한 방법에 관한 것이다.
전자장치의 소형화 및 고성능화에 대한 최근의 요청은, 전자장치에 설치할 반도체의 회로패턴의 보다 미세처리화와 보다 정확한 (단면)정형화를 더욱 필요로 하고 있다. 반도체소자를 제조하는 리소그라피 기술로서는, 종래, 레티클(또는 마스크)위에 형성되어 있는 회로패턴을, 투영광학계를 통해, 웨이퍼 등에 투영·전사하는 투영노광장치를 이용하고 있었다.
투영노광장치에 의해 전사될 최소크기나 해상도는, 노광에 사용되는 광의 파장에 비례하고, 투영광학계의 개구수("NA")에 반비례한다. 따라서, 고해상화를 시도하는 방법은, 보다 단파장의 노광광을 이용하거나, 또는 투영노광장치의 NA를 증대시키는 것이다.
고해상화는, 포토레지스트(또는 감광제, 이하 "레지스트"라 칭함)가 도포되어 있는 웨이퍼 등의 기판상에 레티클위의 패턴을 노광할 때, 적절한 노광조건을 필요로 한다. 상기 노광조건은, 각종 파라미터를 포함하고, 특히, 고해상도를 지닌 미세 패턴을 전사하기 위해 노광량과 초점을 적절하게 설정할 필요가 있다. 본 명세서에 있어서의 노광량이란, 노광대상인 레지스트도포 웨이퍼상에 조사된 광의 적산량에 관한 하나의 파라미터이다. 또, 초점은, 노광장치에 있어서 투영광학계를 통해 레티클패턴을 결상하는 최상의 초점(베스트 포커스) 위치에 레지스트 도포 웨이퍼가 놓여있는 지의 여부, 또한, 그렇지 않으면, 웨이퍼가 투영광학계에 있어서 광축방향에서 얼마나 멀리 어긋나 있는가에 관한 또하나의 파라미터이다.
다시 말하면, 노광량과 초점을 적절하게 설정하는 것은, 노광장치에 있어서 고해상화에 필수 불가결하다. 따라서, 노광공정에서는, 각 프로세스 또는 각 층에 대해 최적의 노광량과 최상의 초점을 설정하고 이들을 노광에 사용한다. 또한, 이와 같이 설정된 노광량과 초점으로 웨이퍼를 적절하게 노광하였는지의 여부를 검사하고, 필요한 경우 노광량과 초점의 보정을 행한다. 이 점에 대해서는, 예를 들면, 미국특허 출원 공보 제 2003/038250호, 제 2003/106999호 및 제 2003/121022호를 참조하면 된다.
이하, 도 20 및 도 21을 참조해서, 상기 미국특허 출원 공보 제 2003/038250호, 제 2003/106999호 및 제 2003/121022호에 개시된 바와 같은 최상의 노광량과 최상의 초점을 설정하는 방법에 대해 설명한다. 도 20은 최상의 노광량과 초점을 설정하는 종래의 방법을 설명하는 순서도이다. 도 20을 참조하면, 시험용(또는 조건결정용) 웨이퍼에 대해 최상의 노광량과 초점을 설정하도록 초점노광매트릭스("FEM") 웨이퍼를 형성한다(스텝 1002(도면에서는 "S1002"로 표기함, 이러한 표기는 이하 마찬가지로 적용됨)). 여기서, FEM웨이퍼는, 도 21에 표시한 바와 같이, 상이한 노광량 및/또는 초점으로 패턴이 노광된 복수의 샷(shot)의 집합체로서의 FEM패턴을 지니는 것이다. 상기 샷은 1개의 노광유닛이다. 도 21은, FEM웨이퍼상에 형성된 FEM패턴에 있어서 샷의 단면형상을 표시한 확대단면도이다. 가로축은 노광량을, 세로축은 초점을 나타낸다. 도 21은 각 노광량과 초점으로 노광된 패턴의 현상의 결과로서 패턴의 단면형상을 그래프방식으로 표시한 것이다.
다음에, 광CD측정기 또는 SEM 등의 형상계측장치(도시생략)는, FEM웨이퍼상의 각 샷에서 형성된 FEM패턴의 단면형상을 계측해서(스텝 1004), 목적으로 하는 레지스트 패턴형상을 제공할 수 있는 최상의 노광량과 초점을 결정한다(스텝 1006). 예를 들면, 도 21에 있어서, 두꺼운 테두리로 둘러싸인 패턴을 노광하는 데 사용되는 노광량 E0 및 초점 F0은, 넓은 한계를 유지할 수 있기 때문에 최적 노광량과 최상의 초점으로서 결정된다.
도 20으로 돌아가서, 최적 노광량 및 최상의 초점을 결정한 후에, 각 FEM패턴의 단면형상과 각 노광된 FEM패턴에 대한 노광량 및 초점간의 상관을 구한다(스텝 1008). 메모리 등에는, 후술하는 스텝 1016에서 이용하는 상관데이터를 기억시켜, 양산된 웨이퍼(이하, "양산 웨이퍼"라 칭함)의 최적 노광량과 최상의 초점을 검사한다.
양산 웨이퍼상에 스텝 1006에서 산출된 최적의 노광량과 초점으로 회로패턴 등을 노광한다(스텝 1012). 다음에, 양산 웨이퍼상에 노광된 패턴의 단면형상을 계측하고(스텝 1014), 이들을, 스텝 1008에서 기억된 최적 노광량과 초점에 상당하는 것과 비교한다. 이어서, 실제의 노광량 및 초점과, 스텝 1006에서 산출된 최적 노광량 및 초점과의 어긋남량(및 방향)을 산출한다(스텝 1016). 다음에, 최적 노광량 및 초점으로부터의 어긋남량이 소정의 허용가능 범위내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 1018). 최적 노광량과 초점으로부터의 어긋남량이 소정의 허용가능범위내이면, 스텝 1012 및 그 후속의 스텝을 반복해서, 양산 웨이퍼의 노광을 행하는 한편, 최적의 노광량과 초점으로부터의 어긋남량이 허용가능범위내에 들어가지 않을 경우에는, 그 어긋남량을 노광장치로 돌려보내 노광량과 초점을 재설정해서(스텝 1012), 양산 웨이퍼의 노광을 행한다.
종래의 방법은, 양산 웨이퍼의 패턴형상, 노광량 및 초점간의 상관에 의거해서 최적의 노광량과 초점을 설정해서 보정하지만, 미세처리화가 요구됨에 따라 최적의 노광량 및 초점으로의 설정과 보정도, 목적으로 하는 패턴형상을 더이상 제공할 수 없다.
그 원인의 하나로서, 시험용 웨이퍼의 FEM패턴형성처리와 양산 웨이퍼에 대한 실제의 패턴형성처리간에 차이가 있는 점을 들 수 있다. 이들 두 패턴형성처리간의 차이는, 양산시 노광장치에 있어서의 최상의 초점과 노광량으로부터의 어긋남량을 산출하는데 오차를 일으킬 수 있다. 상기 산출은, 양산 웨이퍼상의 변형 형상계측 마크와, 시험용 웨이퍼상의 FEM패턴의 형상정보에 의거한 것이다.
종래의 방법에서는, 동종의 레지스트가 시험용 웨이퍼와 양산 웨이퍼의 양쪽에 사용된 경우, 이들이 공통의 최적 노광량 및 초점조건을 지닌다고 하는 대략의 전제하의 조건을 결정하고 있어, 상이한 형성 프로세스가 최적의 노광량과 초점조건에 어떻게 악영향을 미치는 가에 어떠한 주의도 기울이고 있지 않았다.
이것은, 값비싼 반도체 노광장치의 긴 가동시간에 대한 장치 조작자의 요구로부터 필요하게 된다. 긴 가동시간은, 시험시간을 필연적으로 제한하므로, 이 요구에는, 시험용 웨이퍼와 양산 웨이퍼가 어떤 공통의 주된 파라미터를 사용할 경우 공통의 최상의 노광량과 초점을 지닌다는 가정이 도입되어 있다.
그러나, 미세화가 요구되는 노광회로패턴의 프로세스는, 시험용 웨이퍼와 양산 웨이퍼간의 형성처리에 있어서의 종래 무시가능한 약간의 차이를 무시하는 것을 더이상 허용할 수 없다.
최상의 노광량과 최상의 초점과 관계없이 변형 패턴의 다른 원인은, FEM패턴을 형성하는 각 샷에 배열된 형상계측패턴의 형상과 각 샷이 노광되고 있는 상태하에서의 노광조건간의 관계를 나타내는 관계식을 획득하는 접근법의 미숙한 최적화에 있다.
따라서, 본 발명의 예시적인 목적은, 상기 결점이 제거된, 고품질의 단면형상을 지닌 미세 패턴을 형성하는 노광방법을 제공하는 데 있다.
원판의 패턴을 투영광학계를 통해 물체(즉, 피노광체)상에 노광하는 본 발명에 의한 일측면의 노광방법에 있어서, 제 1물체를 노광하기 위한 노광량과, 상기 투영광학계에 있어서의 제 1물체의 초점상태와, 상기 노광량과 초점상태로 노광된 상기 제 1물체상에 형성된 패턴형상간의 상관을, 상기 제 1물체에 도포된 레지스트의 정보마다 취득하는 공정과, 상기 제 1물체와는 다른 제 2물체에 도포된 레지스트의 정보를 획득하는 공정과, 상기 취득공정에서 얻어진 상관과 상기 획득공정에서 획득한 제 2물체에 도포된 레지스트의 정보에 의거해서, 상기 제 2물체를 노광하기 위한 노광량과, 상기 투영광학계에 있어서의 상기 제 2물체의 초점상태를 결정하는 공정과, 상기 결정공정에서 결정된 노광량과 초점상태에 따라 상기 원판위에 형성된 패턴을 상기 제 2물체상에 전사하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고품질의 단면형상을 지닌 미세 패턴을 형성하는 노광방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명자는, 시험용 웨이퍼로부터 산출된 최적 노광량과 초점으로의 설정과 보정이 양산 웨이퍼에 있어서의 목적으로 하는 패턴형상을 더이상 제공할 수 없는 원인에 대해 예의 연구한 결과, 레지스트의 광학정수와 피막두께가 패턴형상에 악영향을 미치는 것을 발견하였다. 여기서, 레지스트의 광학정수는, 굴절률과 흡수계수, 즉, 흡광계수를 포함한다.
최적 노광량과 초점을 설정하는 종래의 방법은, 노광전에 레지스트의 광학정수 및/또는 피막두께를 측정하지 못하였으므로, 시험용 웨이퍼에 도포된 레지스트와 양산 웨이퍼에 도포된 레지스트간의 레지스트의 광학정수 및/또는 피막두께에 차가 있다면, 노광에 공통의 노광량과 초점을 사용하더라도, 이들 두 종류의 웨이퍼간에 동일한 단면형상을 제공할 수 없다.
예를 들면, 레지스트의 광학정수는, 제품명이 동일한 경우에도, 레지스트의 제조 로트(lots), 노화 열화 등에 따라 달라질 수 있다. 레지스트의 피막두께는, 레지스트의 점도, 도포기의 도포상태 등에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 시험용 웨이퍼에 도포된 레지스트와 양산 웨이퍼에 도포된 레지스트간에 레지스트의 광학정수 및/또는 피막두께에 차이가 있을 경우, 레지스트에 있어서 노광분포가 다르며, 또한, 시험용 레지스트로부터 얻어진 노광량과 초점이 양산 웨이퍼의 것들과 다르므로, 소망의 단면형상을 지닌 패턴을 양산 웨이퍼상에 형성할 수 없다.
광CD측정기, SEM 등의 웨이퍼로부터 산란광 혹은 2차전자빔을 활용하는 형상계측장치는, 시험용 및 양산 웨이퍼상의 패턴의 단면형상을 계측하는 데 사용된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 시험용 웨이퍼와 양산 웨이퍼간의 레지스트의 광학정수 및/또는 피막두께의 차는, 산란광의 스펙트럼 분포와 광강도에 대한 오차 정보 혹은 2차전자빔에 대한 오차 정보를 유발한다. 이 오차정보는, 비연속적인 혹은 부정확한 측정결과를 초래한다.
이하, 첨부도면을 참조해서, 본 발명의 일측면에 의한 노광방법에 대해 구체적으로 관련된 본 발명의 각종 실시예에 대해 설명한다. 또, 각 도면에 있어서의 동일 요소는 동일한 참조부호로 표시하고, 그에 대한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 제 1실시예에 대해 설명한다. 여기서, 도 1은 제 1실시예의 노광방법(100)을 설명하는 순서도이다.
본 실시예의 노광방법은, 시험용 웨이퍼 및 양산 웨이퍼에 공통으로 도포된 레지스트의 광학정수(굴절률 및/또는 흡광계수) 및/또는 피막두께에 의해 제어(즉, 관리)함으로써 고품질의 단면형상을 지닌 미세 패턴을 형성한다. 도 1을 참조하면, 노광방법(100)은, 2개의 노광흐름, 즉, 수순 A와 수순 B를 지닌다. 수순 A는 FEM패턴(하나의 웨이퍼상에 각 샷으로 노광된 매트릭스패턴으로, 노광량 및 초점의 노광파라미터에 의존함)이 노광된 FEM웨이퍼(또는 시험용 웨이퍼)를 제작(준비)하는 공정과, 상기 FEM웨이퍼를 이용해서 최적 노광량 및 초점을 설정하는 공정과, 다변량 해석(multivariate analysis)을 이용해서 노광량 및 초점을 FEM패턴 형상과 상관시키는 공정을 포함한다. 수순 B는 다변량 해석의 결과에 의거해서 실제의 처리웨이퍼(또는 양산 웨이퍼)의 노광을 행한다.
이하, FEM웨이퍼상에 FEM패턴을 노광하는 수순 A에 대해 설명한다. 먼저, FEM웨이퍼상에 레지스트를 도포한다(스텝 102). 다음에, 분광 타원편광분석법(spectroscopic ellipsometry) 등에 의해서, 레지스트의 광학정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k0)와 피막두께 t0을 측정한다(스텝 104). 메모리에는, 측정된 굴절률 n0 , 흡광계수 k0 및 피막두께 t0을 기억시킨다.
분광 타원편광분석법은, 예를 들면, 일본 공고 특허 소 62-31289호 공보 및 일본 공개특허 평 11-11655호 공보에 개시된 바와 같이, 직선 편광광을 레지스트 등의 시료에 도입한 경우, 시료로부터 s-편광광과 p-편광광의 상이한 반사를 이용함으로써, 시료의 광학 정수와 피막두께를 평가하는 접근법이다. s-편광광은, 입사면에 대해 수직인 전장을 지니는 성분으로서 정의되고, p-편광광은, 입사면에 대해 평행한 전장을 지니는 성분으로서 정의된다. Rs와 Rp간의 비 ρ는, 하기 식 (1)로 정의되고, 해당 식에 있어서, Rs는 s-편광광에 대한 복소반사율이고, Rp는 p-편광광에 대한 복소반사율이고, tanψ는 진폭반사비율이고, Δ는 p편광광에 대한 s편광광의 위상차이다:
ρ = Rs/Rp = tanΨ·exp(iΔ) (1).
광의 복수의 파장을 측정하는 타원편광분석법은, 분광 타원 편광분석법이라고 불리며, 진폭반사비율 tan ψ 및 위상차 Δ가 시료의 광학정수와 피막두께의 변화에 따라서 크게 변화하는 사실을 이용해서 광학정수와 피막두께를 산출한다.
도 1로 되돌아가서, 레지스트가 도포된 FEM웨이퍼위에, 도 2에 표시한 바와 같은 FEM패턴을 형성한다(스텝 106). FEM패턴은, 노광량 및/또는 초점을 변화시킴으로써 FEM웨이퍼상의 각 샷에 대해 노광된다. 다음에, CD-AFM 등에 의해, FEM웨이퍼상에 형성된 FEM패턴의 단면형상(선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s" 등)을 계측한다(스텝 108). 도 2는, FEM웨이퍼상의 각 샷에 형성된 FEM패턴의 확대단면도이다. 도 2는, 상이한 노광량 및 초점으로 노광된 FEM패턴의 단면형상을 그래프적으로 표시한 것이다. 가로축은 노광량, 세로축은 초점이다.
CD-AFM은, 예를 들면, 일본 공개특허 제 2002-350128호 공보에 개시된 바와 같은 임계치수(critical dimension: "CD")를 계측하고자 시도하고 있고, 예를 들면, 선폭, 피치, 깊이, 측벽각 및 조도(roughness)를 계측하려고 개발된 디지틀 인스트루멘츠사의 디멘젼 시리즈 AFM으로서 수행된다. 도 3은 CD-AFM 600의 구조의 일례를 표시한 개략 블록도이다. 도 3에 표시한 바와 같이, CD-AFM 600의 수직방향에 있어서의 측정원리에 의하면, 프로브(탐침)(610)의 선단(612)(반경이 5nm 내지 20nm사이임)을 측정대상 물체(SP)의 표면에 대해 원자간힘을 작용시키는 위치에 근접해서 이동하고, 이 프로브(610)의 위치를 광센서(620)(0.8nm의 수직해상도를 지님)가 검출한다. 수평방향에 대해서는, 압전소자에 의해 최대 70㎛의 범위내로 구동해서, 마찬가지로, 프로브(610)의 위치를 광센서(620)(1nm의 수평해상도를 지님)에 의해 검출해서, 물체(SP)의 3차원 형상을 계측한다.
도 4는, 스텝 108에서 계측한 각 샷에서의 FEM패턴의 단면형상과, FEM패턴을 생성하는데 이용되는 노광량 및 초점간의 관계를 표시한 것이다. 회로패턴의 노광에 최적인 노광량과 초점은, FEM패턴의 단면형상, 노광량 및 초점간의 관계에 의거해서 설정된다(스텝 110). 스텝 110에서 확립된 최상의 노광량과 초점은, 후술하는 회로패턴의 노광용의 최적의 프로세스 윈도우 정보에 있어서 노광파라미터로서 사용된다.
노광량, 초점 및 FEM패턴의 단면형상간의 관계를 나타내는 관계식은, 다변량 해석을 이용한 N차 다항식으로서 산출된다(스텝 112). 해당 관계식은, 후술하는 양산 웨이퍼에 노광된 패턴의 최적 프로세스 윈도우로부터의 어긋남량을 산출하는 데 이용된다.
스텝 112에 있어서, 교차 확인법(cross validation)을 이용해서, 예를 들면, 다변량 해석에 의해 산출된 다항식 근사를 이용하는 관계식의 정확도를 검증할 수 있다. 도 5를 참조해서 교차 확인법을 설명한다. 도 5는 교차 확인법을 설명하는 도면이다.
교차 확인법은, m개의 학습 데이터를 가정(assumption)용 데이터와 평가용 데이터로 분류하고, 상기 가정데이터로부터 산출된 근사 방정식에 상기 평가데이터를 적용해서 가정치를 산출하고, 상기 가정치와 평가데이터간의 차에 의거해서 근사 방정식의 정확도를 산출한다. 데이터를 분류할 때에, 평가데이터는, 종종 (m-1)개의 데이터를 이용하고, 1개의 데이터는 평가용으로 사용된다. 이 방법은, m개의 데이터의 각각이 일단 평가데이터용으로 사용되도록 m개의 분류방식을 상정하고, 각 회마다 얻어진 가정치와 평가데이터간의 차이값을 구한다.
예를 들면, FEM패턴이 도 2에 표시한 바와 같이 5×5 = 25샷을 지닐 경우, CD-AFM, SEM 등의 형상계측장치에 의해, 각 샷마다의 FEM패턴의 단면형상의 선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s"를 계측한다. 계측된 선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s"와 초점(FC)간의 관계식은, 예를 들면, 하기 식(2)에 표시한 바와 같이 N차 다항식으로 표현된다(식중, N은 정수, n은 1과 m사이의 정수임). 다음에, 교차 확인법은 산출된 다항 근사식을 검증한다:
FCm = c(xm)N + h(ym)N + s(zm)N + c(xm)N-1 + h(ym)N-1 + s(zm)N-1 + ...
+ c(xm) + h(ym) + s(zm) (2).
설명한 바와 같이, 도 4는, 도 2에 있어서의 25샷에 대한 FEM패턴의 선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s"과, 각 샷마다의 노광량 및 초점간의 관계를 부분적으로 발췌한 것이다.
여기서, 초점, 선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s"간의 관계는, 제 1행의 데이터를 제거한 데이터군으로부터, 혹은 제 2행의 데이터로부터 제 25행의 데이터까지의 다변량 해석에 의해 하기 식(3)에 표시한 바와 같이 N차 다항식으로서 산출된다:
FC1 = c11x1 + c12x1 2 + ... + c1N x1 N + h11y1 + h12y1 2 + ... + h1Ny1 N + s11z1
+ s12z1 2 + ... + s1Nz1 N + a1 (3).
다음에, 식(3)으로부터 얻어진 초점과 실제의 초점(도 4에 표시한 제 1행의 데이터에 대한 것)간의 차이값 ΔE1은, 식(3)에 대해, 관계식 혹은 식(3)을 산출할 때 제거되는 제 1행의 데이터의 선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s"를 대입함으로써 산출된다.
다음에, 초점, 선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s"간의 관계는, 제 2행의 데이터를 제거한 데이터군으로부터, 혹은 제 1행의 데이터 및 제 3행의 데이터로부터 제 25행의 데이터까지의 다변량 해석에 의해 하기 식(4)에 표시한 바와 같이 N차 다항식으로서 산출된다:
FC2 = c21x2 + c22x2 2 + ... + c2N x2 N + h21y2 + h22y2 2 + ... + c2Ny2 N + s21z2
+ s22z2 2 + ... + s2Nz2 N + a2 (4).
다음에, 식(4)로부터 얻어진 초점과 실제의 초점(도 4에 표시한 제 2행의 데이터에 대한 것)간의 차이값 ΔE2는, 식(4)에 대해, 관계식 혹은 식(4)를 산출할 때 제거되는 제 2행의 데이터의 선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s"를 대입함으로써 산출된다.
다음에, N차 다항식 근사는, 도 4에 표시된 행마다의 데이터를 각각 순차 제거할 때마다 상기 방법으로 산출되고, ΔEm은 상기 근사식을 이용해서 산출된다. 도 6은 도 4에 표시한 데이터를 이용함으로써 산출된 차이값 ΔE1 내지 ΔE25를 표시한 그래프이다. 도 6에 있어서, 가로축은 다항 근사식으로 산출된 초점과, 평가용 데이터의 초점간의 차이값을 나타내고, 세로축은 가정용 데이터의 수이다. 도 6에 있어서, ΔE의 최대값은, N차 다항식 근사의 근사 정확도를 나타낸다.
식(3) 및 식(4)로 표시되는 N차 다항식 근사에 있어서의 최적 차수를 발견하기 위해서, 제 1차 내지 제 N차 다항 근사식을 설정하고, 예를 들면, 각 차수의 식에 교차 확인법을 적용해서, 하기 식(5)로 표시되는 차이값 ΔE1 내지 ΔE25의 제곱총합을 데이터의 수로 나눈 값인 값 EN을, 근사식의 각 차수에 대해 산출한다:
ΔEN = ΔE1 2 + ΔE2 2 + ... + ΔEm 2 (5).
이 경우, m = 25이다. 제 1차 내지 제 N차 다항 근사식에 있어서, EN을 최소화하는 차수를 지닌 식을 선택한다. 도 7은, 제 1차 내지 제 3차 다항 근사식중의 어느 것이 초점(또는 노광량), 선폭, 높이 및 측벽각간의 관계식에 있어서의 근사오차를 최소화하는지를 나타내는 그래프이다. 도 7에 있어서, 가로축은 다항식의 차수를 나타내고, 세로축은 EN을 나타낸다. 도 7에 표시한 그래프는, 초점에 대해서는 제 1차 다항 근사식을 이용하는 것이 좋고, 노광량에 대해서는, 제 2차 다항 근사식을 이용하는 것이 좋은 것을 나타내고 있다.
상기 실시예는, 초점, 선폭, 높이 및 측벽각간의 관계식을 산출한다. 마찬가지로, 노광량, 선폭, 높이 및 측벽각간의 관계식도 산출된다. 스텝 112에서는, 노광량과 초점과 FEM패턴의 단면형상간의 상관을 산출하고, 스텝 112에서 산출된 다항 근사식은 후술하는 스텝 134에서 사용된다.
도 1로 되돌아가서, 회로패턴을 노광하는 양산 웨이퍼에 대한 수순 B에서는, 먼저 양산 웨이퍼상에 레지스트를 도포한다(스텝 122). 다음에, 분광 타원편광분석법 등에 의해, 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1을 측정한다(스텝 124).
다음에, 스텝 124에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1과, 스텝 104에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k0을 포함함) 및 피막두께 t0을 비교해서, 스텝 124에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1이, 스텝 104에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k0을 포함함) 및 피막두께 t0에 대해 설정한 허용가능범위내인지의 여부를 판정한다(스텝 126). 여기서, 스텝 104에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k0을 포함함) 및 피막두께 t0에 대해 설정한 허용가능범위는, 하기 식(6) 내지 (8)로 표현된다. 이들 식에 있어서, n', k' 및 t'는, 스텝 124에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1이 허용가능범위내에서 변화할 경우에도, 패턴이 스텝 106에서 확립된 최적의 노광량과 초점으로 노광된 때 해당 노광패턴의 선폭, 높이 및 측벽각이 미리 설정된 사양내에 들어가도록 설정된다:
｜n0 - n1｜ < n' (6)
｜k0 - k1｜ < k' (7)
｜t0 - t1｜ < t' (8).
스텝 124에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1이 허용가능범위내에 들어가지 않을 경우에는, 절차를 스텝 102로 되돌아가서, 스텝 104 및 후속 스텝에서 최적 노광량 및 초점을 재설정한다. 스텝 124에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1이 스텝 104에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k 0을 포함함) 및 피막두께 t0에 대해 설정한 허용가능범위내인 경우에는, 노광파라미터의 일부로서 스텝 110에서 설정된 최적 노광량과 초점을 이용해서 노광을 행한다(스텝 128).
다음에, CD-AFM 등에 의해, 양산 웨이퍼상에 형성된 FEM패턴의 단면형상(선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s" 등)을 계측한다(스텝 130). 스텝 130에서 계측된 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어가는지의 여부를 판정한다(스텝 132). 스텝 130에서 계측한 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어갈 경우에는, 스텝 128로 되돌아가, 다음 웨이퍼 혹은 다음 로트의 노광을 행한다.
한편, 스텝 130에서 계측된 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어가지 않을 경우에는, 그 원인은, 실제의 노광시의 노광량과 초점의 설정된 최적치로부터의 가능한 어긋남으로서 간주된다. 따라서, 스텝 112에서 얻어진 상관으로부터 어긋남량을 산출한다(스텝 134). 이하, 노광량과 초점의 어긋남량에 대해서 설명한다. 즉, 예를 들면, 도 8에 표시한 바와 같이 단면형상(TF1)을 지닌 패턴이 최적단면형상으로서 간주될 경우 최적 노광량 및 초점이 설정되고, 스텝 130에서 계측한 패턴은 단면형상(TF2)을 지니는 것으로 가정한다. 여기서, 도 8은 양산 웨이퍼위에 형성된 패턴의 단면형상을 표시한 확대단면도이다.
단면형상(TF2)의 선폭, 높이 및 측벽각을, 스텝 112에서 산출된 노광량, 초점 및 단면형상간의 상관을 나타내는 N차 다항 근사식에 대입한다. 다음에, 상기 관계식에 의해 산출된 노광량 및 초점과, 스텝 110에서 설정된 최적 노광량 및 초점과의 차이를 산출한다. 마지막으로, 그 차이를 고려해서, 노광량 및 초점을 재설정하여, 다음의 웨이퍼 혹은 다음의 로트에 사용한다(스텝 136).
본 실시예에서는, 도 4에 표시한 교차 확인법 및 25개의 데이터를 이용해서, 초점과 패턴의 단면형상(선폭, 높이 및 측벽각을 포함함)간의 관계를 나타내는 다항 근사식, 또는 노광량과 패턴의 단면형상(선폭, 높이 및 측벽각을 포함함)간의 관계를 나타내는 다항관계식을 산출하였으나, 데이터의 개수는 이 수로 한정되지 않고 임의로 결정할 수 있다. 또, 다항 근사식의 최적 차수를 결정하는데는 제 1차 내지 제 3차 근사식을 이용하였으나, 후보차수는 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예에서는, N차 다항 근사식을 이용해서 노광량 및 초점과 패턴의 단면형상(선폭, 높이 및 측벽각을 포함함)과의 상관을 산출하였으나, 예를 들면, 뉴트럴 네트 법(neural net method)을 이용해서 상관을 산출하는 것도 가능하다.
수순 A에서는, 레지스트의 광학정수(굴절률 및 흡광계수를 포함함)와 피막두께를 변경함으로써 도 4에 표시한 복수개의 데이터를 포함하는 데이터베이스를 작성해도 되고, 수순 B에서는, 상기 데이터베이스를 참조함으로써, 측정된 레지스트의 광학정수 및 피막두께에 의거해서 최적 노광량 및 초점을 확립해도 된다. 따라서, 각 레지스트의 광학정수(굴절률 및 흡광계수를 포함함)와 피막두께에 대한 도 4에 표시한 데이터를 포함하는 데이터베이스도 본 실시예의 일측면이다.
이것이, 본 발명의 제 1실시예의 설명의 마지막이다. 다음에, 본 발명의 제 2실시예가 이어진다. 본 실시예는, 제 1실시예에서 설명한 레지스트의 광학정수에 부가해서 각종 조건에 역점을 두어 다룬다.
제 1실시예에서는 레지스트의 광학정수에 역점을 두어 다루었으나, 본 발명자는, 시험용 웨이퍼와 양산 웨이퍼간의 이하의 조건에서의 차이가, 최적 노광량 및 초점의 부정확한 산출을 야기할 수도 있다는 것을 발견하였다. 최적 노광량 및 초점에 악영향을 미칠 수도 있는 각종 조건으로서는, 이하의 것이 포함된다. 즉,
i) 레지스트의 도포 및 현상장치에서의 레지스트의 도포방법, 예를 들면, 웨이퍼 홀더의 회전수, 도포시간 및 레지스트를 낙하시키는 노즐의 형상과 배치;
ii) 웨이퍼의 예비소성 온도와 시간;
iii) 웨이퍼의 노광후의 소성(post exposure baking: "PEB") 온도 및 시간;
iv) 웨이퍼에 있어서의 1차 피막 재료의 광학정수; 및
v) 레지스트 도포에 대한 온도, 습도, 기압, 그리고, 현상장치와 반도체 노광장치가 놓여있는 환경.
이 처리정보는, 레지스트 도포기 및 현상장치 등의 반도체 제조장치에 부착된 모니터, 그리고, 반도체 공장의 환경감시기계로부터 유래된다.
상기 처리인자가 시험용 웨이퍼와 양산 웨이퍼간에 차이가 있을 경우, 패턴의 형상(선폭, 높이 및 측벽각을 포함함)은 공통의 초점 및 노광량하에서도 다르게 형성될 것이다. 따라서, 시험용 웨이퍼와 양산 웨이퍼간의 패턴형성처리를 관리해서, 이들 조건을 동일하게 유지할 필요가 있다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 제 2실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예도, 제 1실시예에서 사용한 도면의 일부를 이용한다. 도 9는, 본 발명의 시스템에 있어서 웨이퍼의 노광수순(200)에 있어서의 초점과 노광량의 어긋남을 측정하는 방법을 설명하는 순서도이다.
측정수순은, 제 1실시예와 마찬가지로, 크게 두 부분으로 분류된다. 하나의 수순은, FEM패턴(하나의 웨이퍼상에 각 샷으로 노광된 매트릭스패턴으로, 노광량 및 초점의 노광파라미터에 의존함)이 노광된 시험용 웨이퍼를 준비, 즉, 제작하는 공정과, 상기 시험용 웨이퍼를 이용해서 최적 노광조건을 설정하는 공정과, 다변량 해석을 이용해서 노광조건을 FEM패턴 형상과 상관시키는 공정을 포함한다. 다른 하나의 수순은, 다변량 해석의 결과에 의거해서 양산 웨이퍼의 노광을 행하고, 양산 웨이퍼상에 노광된 형상계측마크의 형상계측치로부터 초점과 노광량의 어긋남량을 산출한다.
이하, FEM패턴이 노광된 시험용 웨이퍼에 대한 수순에 대해 설명한다. 먼저, 웨이퍼위에 레지스트를 도포하고(스텝 202), 레지스트의 특성을 안정화시키기 위해 레지스트가 도포된 웨이퍼를 예비소성한다(스텝 204). 다음에, 웨이퍼를 노광장치로 운반해서, 해당 웨이퍼상에 FEM패턴을 노광한다(스텝 206). 이어서, 웨이퍼에 대해 노광후의 소성("PEB")공정을 행하고(스텝 208), 현상을 행한다(스텝 210). 그 결과, 시험용 웨이퍼위에 FEM패턴이 형성된다. 다음에, CD-ARM 등에 의해 FEM웨이퍼상에 형성된 FEM패턴의 단면형상(선폭, 높이 및 측벽각 등)의 계측을 행한다(스텝 212). 이어서, 제 1실시예와 마찬가지로 도 2에 표시한 FEM패턴이 얻어진다.
제 1실시예와 마찬가지로, 각 샷에 대한 도 4에 표시한 형상계측패턴의 형상 계측치와, FEM패턴의 초점치 및 노광량과의 상관을 나타내는 표를 준비한다. 양산 웨이퍼상에 IC패턴을 노광하는 데(스텝 222) 사용되는 최적 초점치와 노광량의 위치는, 형상계측치와 노광조건(초점 및 노광량을 포함함)에 의거해서 구하고(스텝 214), 후술하는 양산웨이퍼상에 IC패턴을 노광할 때(스텝 222)의 최적 노광조건으로서 이용한다.
도 9에 있어서의 스텝 216에서는, 다변량 해석을 이용함으로써, 노광조건과 FEM패턴의 형상간의 관계를 나타내는 N차 다항식의 관계식(이하, "라이브러리"라 칭함)을 제작한다.
제 1실시예에서 설명한 교차 확인법에 의해, 예를 들면, 스텝 216에서의 다항 근사식과 다변량 해석에 의해 얻어진 라이브러리의 정확도를 검증할 수 있다. 스텝 216에서 얻어진 라이브러리는, 후술하는 스텝 232에서 사용된다.
이 관계식은, FEM패턴을 형성하는 처리조건의 변동에 의해 달라질 것이다. 따라서, 라이브러리는, 도 9에 있어서의 스텝 208의 PEB온도 등의 복수의 처리조건과 같은 복수의 노광조건하에 제작된 FEM패턴을 이용함으로써 작성해도 된다. 또는, 라이브러리는, 처리조건변화에 대한 FEM패턴의 형상변화를 산출하는 시뮬레이션을 통해 생성해도 된다. 이 경우, 메모리에는, 이들을 PEB온도 등의 처리조건과 상관시키면서 산출된 복수의 라이브러리를 기억한다(스텝 236). 여기서, 도 10 및 도 11은, PEB시간의 변화에 대한 패턴의 선폭의 변화를 표시한 그래프로, 웨이퍼처리조건의 변화에 상당하는 관계식을 필요로 한다. 도 9에 있어서, 스텝 202, 204, 208 및 210으로부터 나온 점선의 화살표는, 각 스텝에서 모니터할 반도체 제조장치에 있어서의 웨이퍼처리에 관련된 조건의 값을 나타내고, 메모리는, 이 모니터정보를 라이브러리정보와 함께 기억한다(스텝 236). 여기서, 각 스텝에서 모니터할 정보로서는, 레지스트 도포기가 레지스트를 도포할 때의 웨이퍼 홀더의 회전수와, 도포시간, 또한, 스텝 202에서 웨이퍼상에 레지스트를 낙하시키는 노즐의 형상과 배치, 스텝 204에서 레지스트가 도포된 후의 레지스트현상장치에서의 예비소성온도와 시간, 그리고, 스텝 208에서의 레지스트 현상장치에 있어서의 현상시간 및 현상액의 조성 등에 관한 정보를 들 수 있다. 센서는, 정기적으로 반도체제조장치로부터 이 모니터정보를 모니터한다.
IC패턴이 노광되어 있는 양산 웨이퍼에 대한 노광수순은, 먼저, 도 9에 있어서 스텝 218에서와 같이 레지스트를 도포하고, 웨이퍼의 예비소성을 행하고 나서(스텝 220), 스텝 214에서 얻어진 최적 초점치와 노광량값을 노광파라미터의 일부로서 이용해서 노광을 행한다(스텝 222).
스텝 222에서 노광된 웨이퍼에 대해서는, PEB(스텝 224) 및 현상(스텝 226)을 행한다. 다음에, 형성된 웨이퍼에 있어서의 형상계측패턴의 선폭, 높이 및 측벽각을 CD-AFM 등에 의해 계측한다(스텝 228).
이어서, 스텝 228에서 계측한 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어가는지의 여부를 판단한다(스텝 229). 스텝 228에서 계측한 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어가는 경우, 절차를 스텝 222로 되돌아가서, 다음 웨이퍼 혹은 다음 로트의 노광을 행한다.
한편, 스텝 228에서 계측한 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어가지 않는 경우에는, 형상변화는, 실제의 노광에서 노광조건, 즉, 노광량과 초점의 설정된 최적치로부터의 가능한 어긋남으로서 간주된다. 예를 들면, 도 8에 표시한 바와 같이, 단면형상(TF1)을 지닌 패턴이 최상의 단면형상으로서 간주될 경우 최적 노광량과 초점을 설정하고, 스텝 228에서 계측한 패턴이 단면형상(TF2)을 지니는 것으로 가정하자, 도 8에 있어서의 초점 및 노광량의 어긋남량을 산출한다. 보다 구체적으로는, 형상(TF2)의 선폭, 높이 및 측벽각의 값들을, 메모리에 기억되어 있는(스텝 236) 초점과 노광량간의 관계를 나타내는 N차 다항 근사식에 대입해서, 그 관계식에 의해 산출된 초점 및 노광량의 수치와, 최적 초점치 및 노광량치와의 차이를 산출한다. 이 차이를 고려해서, 노광조건을 재설정해서, 다음 웨이퍼 및 다음 로트의 노광을 행한다.
도 9에 있어서, 양산 웨이퍼에 대한 스텝 218, 220, 224 및 226에서의 반도체 제조장치에서의 웨이퍼처리의 각 웨이퍼공정에 대한 모니터정보는, 점선의 화살표로 표시한 흐름에 의해 메모리에 입력된다. 여기서, 모니터정보의 내용은, 시험용 웨이퍼를 제작할 때의 모니터정보와 등가이다. 예를 들면, 본 실시예에 있어서의 반도체 제조공정에서, PEB온도변화는, 선폭변화에 크게 영향을 미치는 것이 알려져 있는 것으로 가정하자. 다음에, 메모리에 기억되어 있는 복수의 라이브러리로부터, 스텝 224에서 얻어진 것과 마찬가지의 PEB온도를 지닌 라이브러리를 선택하고(스텝 230), 이 라이브러리를 이용해서 초점 및 노광량의 어긋남량을 산출하고(스텝 232), 이 어긋남량에 대응하는 초점 및 노광량으로 다음 웨이퍼의 노광을 행한다(스텝 234).
본 실시예에서는, 초점 및 노광량의 변화에 부가해서 노광패턴의 상이한 형상에 기인하는 인자로서 PEB온도에 역점을 두고 다루었으나, 그 인자는 PEB온도로 한정되는 것은 아니다. 패턴의 형상변화에 영향을 미친다면 라이브러리의 제작시 어떠한 인자라도 고려할 필요가 있다. 예를 들면, PEB온도외에도, 웨이퍼 홀더의 회전수, 도포시간, 레지스트를 낙하시키는 노즐의 형상과 배치, 예비소성온도와 시간, PEB시간 등의 이들 인자를 라이브러리의 제작시 고려해도 된다. 형상변화와 관련해서 고려되는 다른 인자로서는, 반도체 제조장치의 환경의 온도, 습도 및 기압의 변화를 들 수 있다. 이들 인자를 고려할 경우, 메모리에는 온도, 습도 및 기압을 기억시켜, 환경변화에 대응하는 라이브러리를 준비하면 된다. 레지스트가 웨이퍼상에 도포되기 전의 1차 피막의 재료가 상이하면 형상변화를 초래할 수 있으므로, 웨이퍼에 있어서의 1차 피막재료에 대응하는 라이브러리를 준비한다.
본 실시예에서는, 도 4에 표시한 교차 확인법 및 25개의 데이터를 이용해서, 초점과 패턴의 단면형상(선폭, 높이 및 측벽각을 포함함)간의 관계를 나타내는 다항 근사식, 또는 노광량과 패턴의 단면형상(선폭, 높이 및 측벽각을 포함함)간의 관계를 나타내는 다항관계식을 산출하였으나, 데이터의 개수는 이 수로 한정되지 않고 임의로 결정할 수 있다. 또, 다항 근사식의 최적 차수를 결정하는 데는 제 1차 내지 제 3차 근사식을 이용하였으나, 후보 차수는 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예에서는, N차 다항 근사식을 이용해서 노광량 및 초점과 패턴의 단면형상(선폭, 높이 및 측벽각을 포함함)과의 상관을 산출하였으나, 예를 들면, 뉴트럴 네트 법을 이용해서 상관을 산출하는 것도 가능하다.
이것이 본 제 2실시예의 설명의 마지막이지만, 보다 바람직한 실시예는, 모니터기능에 의해 검출되는 웨이퍼 프로세스의 변동이 허용가능범위내에 들어가도록 반도체 제조장치에 걸쳐 피드백제어를 도입할 수 있다. 예를 들면, 레지스트현상장치에 있어서의 예비소성 온도의 변동이 허용가능범위를 초과할 경우, 해당 온도는, 허용범위내로 되도록 관리한다. 이렇게 함으로써, 긴 주기적으로 일어나는 예비소성온도변동은, 허용가능범위내로 들어가게 된다. 레지스트 현상장치에 있어서 제어를 벗어나 예비소성변동을 예기치 않게 일으킴으로써 초래되는 형상변화가 있을 경우, 메모리에 기억되어 있는 복수의 라이브러리로부터 예비소성온도변동에 대응하는 라이브러리를 선택함으로써 정확한 계측을 유지할 수 있다.
제 1 및 제 2실시예에서는, 노광량, 초점 및 패턴의 단면형상(선폭, 높이 및 측벽각을 포함함)간의 관계를 나타내는 N차 다항 근사식의 정확도를 검증하는데 교차 확인법을 이용해서, 다항 근사식의 차수를 결정하였으나, 다항 근사식의 최소차수를 결정하는데 아카이케법을 이용해도 된다.
아카이케법은, 예를 들면, 일본 공개 특허 평 10-187452호 공보, H. 아카이케: Fitting Autogressive Models for Prediction, Ann. Inste. Stat. Math., 21, 243/247(1969), "현대 제어 시리즈 1 '신호해석과 시스템 동정'", 나카미조 타카요시, 코로나사 발행, pp. 195 - 201 및 "Science Library Information Computer 9 '다이나믹 시스템의 통계적 해석과 제어(Statistic Analysis and Control for Dynamic System)'", 아카이케 히로시 및 나카가와 토이치로, 사이언스사 발행, pp. 50 - 61에 개시된 바와 같이, 최종 예상 오차("FPE")가 가능한 한 작게 될 수 있도록 자동회귀모델의 최적차수를 산출하는 방법이다. 이 방법은, 차수 N이 불명이더라도, 자동회귀모델의 최적차수에 대해서, 범위 N = 1, 2, ..., L(여기서, L은 적절한 수임)에 있어서 모델의 차수를 산출하는 공정과, 각 제 N번째 차수 모델의 FPE값을 산출하는 공정과, FPE값을 최소화하는 차수 N을 선택하는 공정을 포함한다.
이하, 본 발명의 제 3실시예에 대해 설명한다. 본 제 3실시예는, 광CD측정장치가 각 샷의 형상을 계측하는 것을 특징으로 한다. 제 1실시예에서의 스텝 108 및 제 2실시예에서의 스텝 212에서는, CD-AFM을 이용해서 FEM패턴의 각 샷에 있어서의 형상계측패턴의 형상을 계측하였으나, 본 실시예에서는, 광CD측정장치를 이용한다.
광CD측정장치는, 예를 들면, 일본 공개특허 평 11-211421호 및 평 11-211422호 공보에 개시되어 있다. 광CD측정장치는, 편광광, 즉, s-편광광과 p-편광광을, 선폭을 계측해야하는 물체상에 형성된 주기적인 패턴에 도입하여, 광강도변화 혹은 위상변화 등의 주기적인 패턴으로부터의 반사광의 상태를 측정한다. 그 결과, 이 장치는, 주기적인 패턴이 광을 반사할 경우, 광강도변화 혹은 위상변화 등의 편광광의 상태의 변화량을 얻고, 얻어진 상태변화량에 의거해서 주기적인 패턴의 선폭, 높이 및 측벽각을 계측한다.
본 양도인은, 이미 주기적인 패턴의 선폭을 계측하고, 노광장치에서의 노광공정에 있어서의 최적 노광량 및 초점을 산출하는 방법을, 예를 들면, 일본 공개특허 평 9-36037호 및 평 10-22205호 공보에서 개시한 바 있다.
본 실시예에서는, s-편광광과 p-편광광, 그리고, 위상차가 0이고 진폭비가 1인 직선 편광광을 패턴에 도입하여, 반사광의 위상차 Δ와 진폭차 ψ를 계측함으로써 주기적인 패턴의 단면형상을 계측한다. 이 방법은, 일반적으로, 분광 타원편광분석법(spectroscopic ellipsometry)이라 불린다. 이 분광 타원편광분석법을 이용해서 스텝 104 및 124에 있어서 레지스트의 광학정수(굴절률 및 흡광계수를 포함함)의 측정에 대해 설명하였으나, 광CD측정장치의 측정원리는, 주기적인 패턴에 분광 타원평광분석법을 적용한다. 이 측정원리는, 예를 들면, M. 본 및 E. 울프: Principles of Optics, 제 6판, 캠프리지대학 출판, 및 일본 공개특허 평 11-211421호 공보에 개시되어 있으나, 본 실시예의 이해를 보다 용이하게 하기 위해 그 계측원리에 대해 이하 설명한다.
도 12는, 주기적인 선과 공간 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼를 표시한 개략 단면도이다. 예시한 바와 같이, 굴절률이 다른 2개의 매질(M1), (M2)이 교대로 배열되어 있는 주기성 구조체가 복굴절을 지니고, 이것을 구조성 복굴절(form birefringence)이라 칭하는 것은 공지되어 있다.
예를 들면, 도 12에 있어서, 제 1매질(M1)이 공기이고, 제 2매질(M2)이 레지스트인 것으로 가정하자. 이 주기적인 패턴에 대해서, 소정의 파장 및 소정의 편광상태를 지닌 광이 소정의 입사각으로 도입되어, 레지스트(M2)를 통과하고, 웨이퍼 기판(W)에 의해 반사된 후, 레지스트(M2)를 투과한 광속과, 레지스트(M2) 표면상에서 직접 반사된 광속과의 합성광속으로 된다.
또, 요철패턴을 지닌 위상형 회절격자가 그의 피치보다 큰 파장에 대해 회절광을 초래함이 없이 복굴절성을 발휘하는 것은 공지되어 있다. 본 실시예에서는, 반사광의 계측에 역점을 두고 다루었으나, 레지스트 패턴의 피치가 파장보다도 큰 경우 생성되는 회절광도 계측에 이용가능하다.
도 12에 있어서, "a"는 레지스트(또는 제 2매질)(M2)의 폭, "b"는 공기(또는 제 1매질)(M1)의 폭, "c"(=a+b)는 레지스트(또는 제 2매질)(M2)의 폭 "a"과, 공기(또는 제 1매질)(M1)의 폭 "b"와의 합, "na"는 레지스트(M2)의 굴절률, "n b"는 공기(M1)의 굴절률, θ1은 입사광의 입사각, h는 레지스트(M2)와 공기(M1)의 각 높이, "n1"은 입사측에서의 매질의 굴절률, "n3"은 웨이퍼 기판(W)의 굴절률로 하고, 수직방향으로 이 주기적인 패턴에 주기보다도 큰 파장을 지닌 레이저빔이 입사하는 것으로 가정한다. 이 입사광에 있어서, s-편광광은, 전장벡터가 격자의 선에 직교하는 평면에 수직인 편광광이고, p-편광광은, 전장벡터가 격자선에 직교하는 평면에 평행한 편광광이다. s-편광광과 p-편광광에 대한 주기적인 구조부에서 굴절률 N0 및 Ne는 다음 식(9) 및 (10)으로 표현되는 것으로 알려져 있다:
N0 = (b/c)nb 2 + (a/c)na 2 (9)
Ne = nb 2na 2/{(b/c)na 2 + (a/c)nb 2} (10)
상기 식(9) 및 (10)으로부터, 도 12에 표시한 주기적인 패턴이 s-편광광에 대한 굴절률 N0 및 p-편광광에 대한 굴절률 Ne를 지닌 단일축성 광학 결정과 등가인 것을 알 수 있다. 따라서, s-편광광 및 p-편광광에 대한 굴절계수 rs 및 rp는, s-편광광에 대한 굴절률 N0를 지닌 박막의 반사계수와 동일하고, p-편광광에 대한 굴절률 Ne를 지닌 박막의 반사계수와 동일하게 된다.
이하, 박막의 반사계수를 산출하는 각종 인자에 대해 설명한다. 도 13은 박막의 반사계수를 산출하는 각종 인자의 정의를 그래프적으로 표시한 도면이다. 도 10은, 투과광의 광로를 표시한 것으로, n1은 입사쪽의 매질의 굴절률, n2는 박막의 굴절률, n3은 웨이퍼기판(W)의 굴절률, θ2는 박막을 통과하는 광선의 각도, θ 3은 박막을 출사하는 광선의 각도이다.
s-편광광에 대해서는, 도 13의 박막의 굴절률 n2가 굴절률 N0과 동일한 것으로 가정한 상태에서, 반사계수 rs는 하기 식(11) 내지 (14)를 만족한다:
rs = {rs12 + rs23·exp(2iβs)}/{1 + rs12 ·r s23·exp(2iβs)} (11)
rs12 = (n1·cosθ1 - N0·cosθ2)/(n1·cosθ 1 + N0·cosθ2) (12)
rs23 = (N0·cosθ2 - n3·cosθ3)/(N0·cosθ 2 + n3·cosθ3) (13)
βs = (2π/λ)N0·h·cosθ2 (14).
마찬가지로, p-편광에 대해서도, 도 13에 있어서의 박막의 굴절률 n2가 굴절률 Ne와 동등하다는 가정하에 반사계수 rp는 하기 식(15) 내지 (18)을 만족한다:
rp = {rp12 + rp23·exp(2iβp)}/{1 + rp12 ·r p23·exp(2iβp)} (15)
rp12 = (Ne·cosθ1 - n1·cosθ2)/(Ne·cosθ 1 + n1·cosθ2) (16)
rp23 = (n3·cosθ2 - Ne·cosθ3)/(n3·cosθ 2 + Ne·cosθ3) (17)
βp = (2π/λ)Ne·h·cosθ2 (18).
rs12는 s-편광광이 제 1매질로부터 제 2매질로 통과할 때 제 1매질과 제 2매질사이의 경계에서 발생된 s-편광광의 반사계수이다. rs23은 s-편광광이 제 2매질로부터 제 3매질로 통과할 때 제 2매질과 제 3매질사이의 경계에서 발생된 s-편광광의 반사계수이다. rp12는 p-편광광이 제 1매질로부터 제 2매질로 통과할 때 제 1매질과 제 2매질사이의 경계에서 발생된 p-편광광의 반사계수이다. rp23은 p-편광광이 제 2매질로부터 제 3매질로 통과할 때 제 2매질과 제 3매질사이의 경계에서 발생된 p-편광광의 반사계수이다.
상기 식(9) 내지 (18)에 표시한 바와 같이, 주기적인 패턴의 듀티비 b/c가 변화하면, 주기적인 패턴의 등가 굴절률 N0 및 Ne는 변화하고, 이 결과, 주기적인 패턴의 반사계수 rs 및 rp가 연속적으로 변화하게 된다. 즉, 반사계수 rs 및 rp는, 등가 굴절률 N0 및 Ne를 통해 선폭의 듀티비 b/c의 영향을 받게 된다. 반사계수 rs 및 rp가 변화함에 따라, 주기적인 패턴의 반사시에 부여되는 각 편광광의 위상상태도 변화한다. 따라서, 듀티비는, 주기적인 패턴으로부터의 반사광의 위상차와 광강도의 비로부터 산출된다.
분광 타원편광분석법에서는, 입사조건(입사각도 또는 입사광의 파장을 포함함)에 따라 레지스트의 피막두께와 패턴형상이 달라져도 동일한 광강도의 비와 위상차를 재현할 수 있다. 따라서, 복수의 입사조건하에서 반사광의 변화를 검출함으로써, 소정의 입사조건하에서 서로 중첩하는 패턴형상은, 다른 입사조건하에서 분해되어 동정된다.
분광 타원편광분석법을 사용하는 형상계측장치는, 계측기기제작사로부터 광CD측정장치로서 시판되고 있다. 이하, 도 14를 참조해서 형상계측장치의 계측방법에 대해 설명한다. 도 14는, 형상계측장치의 계측방법(300)을 설명하는 순서도이다.
도 14를 참조하면, 계측전의 예비단계(즉, 준비단계)에서는, 상정가능한 주기적인 패턴의 단면형상을 정의하고, 주기적인 패턴의 매질의 굴절률 n, 흡광계수 k 등의 광학정보와 각 매질두께에 의거해서(스텝 312), 복수의 상이한 입사조건(입사각 및 입사광의 파장을 포함함)하에 광을 도입하고(스텝 314), 정의된 단면형상으로부터 얻어진 광의 강도비 및 위상차의 변화 등의 광정보를 계산한다(스텝 316). 이들 스텝은, 복수의 상이한 미리 정의된 단면형상에 대해 수행되고, 대응하는 단면형상과 계산결과를 서로 관련시키면서 각 단면형상으로부터 얻어진 계산결과를 메모리에 기억시킨다. 일반적으로, 라이브러리는, 소정의 광학정수와 상이한 단면형상을 지닌 주기적인 패턴에 의거해서, 대응하는 주기적인 패턴의 단면형상과 개별의 계산에 의해 얻어진 광정보를 서로 관련시키는 데이터베이스로서 정의된다.
다음에, 실제의 계측용의 주기적인 패턴에 광을 도입하고(스텝 322), 얻어진 반사광의 광정보(강도비 및 위상차의 변화에 대한)를 획득한다(스텝 324).
라이브러리에 등록되어 있는, 실제의 계측에 의해 얻어진 광정보와 일치하는 광정보를 선발한다(스텝 326). 대응하는 광정보와 관련된 소정의 주기적인 패턴의 단면형상은, 실제로 계측된 주기적인 패턴의 단면형상으로서 간주한다(스텝 328).
광CD측정장치는, 도 1에 있어서의 스텝 104, 108, 124 및 130에 적용할 경우, 레지스트의 광학정수와 피막두께 그리고 패턴의 단면형상을 계측할 수 있다. 물론, 제 2실시예에도 적용가능한 것은 말할 것도 없다. 이것이 제 3실시예의 설명의 마지막이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 각 실시예의 노광방법에서는, 웨이퍼상에 형성된 패턴의 단면형상이 소정의 단면형상과 다를 경우, 다변량 해석으로부터 얻어진 다항 근사식을 이용해서, 어긋남량을 산출·보정하여, 최상의 노광량 및 초점을 재설정하므로, 고품질의 단면형상을 지닌 미세 패턴을 웨이퍼상에 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 4실시예에 대해 설명한다.
본 실시예는, 양산 웨이퍼의 최상의 초점 및 최적 노광량을 결정하는 FEM패턴이 초점 및 노광량의 어긋남을 계측하는데 이용되는 것과는 다른 형상을 지니는 것을 특징으로 한다. FEM패턴의 형상은, 웨이퍼상에 FEM패턴으로서 노광될 단면형상 계측마크의 피치, 선폭치, 공간폭치 및 이들의 조합중의 하나를 나타낸다. 본 실시예에 이용되는 FEM패턴 1 및 2는, 웨이퍼상에 FEM패턴으로서 노광될 단면형상 계측마크의 피치, 선폭치, 공간폭치 및 이들의 조합중의 적어도 하나가 다르다.
FEM패턴 1에 있어서의 단면형상 계측마크는, 양산 웨이퍼상에 IC패턴을 노광하는데 이용되는 최상의 초점 및 최적 노광량을 결정하도록 제작된다. 단면형상 계측마크의 단면형상은, 양산 웨이퍼상에 IC패턴의 목적으로 하는 선폭에 상당하는 선폭과, 최적의 노광조건으로 노광될 때, 웨이퍼상에 도 15에 표시한 바와 같이 노광되도록 패턴폭 "a"과 공간폭 "a"를 지니는 반복패턴을 갖도록 설계된다.
한편, FEM패턴 2에 있어서의 단면형상 계측마크는, 초점, 노광량 및 마크형상간의 관계식을 산출하는 데 이용되는 마크이다. 웨이퍼상에 노광된 마크는, 도 16에 표시한 바와 같은 패턴폭 "a"와 공간폭 "5×a"를 지닌 반복패턴을 형성한다.
또, FEM패턴 2에 있어서의 단면형상 계측마크는, 피치와 공간폭에 있어서의 FEM패턴 1의 것과 다르다. FEM패턴 1 및 2가 시험용 웨이퍼상에 노광될 때, 초점 및 노광량의 초기치는, FEM패턴 1에 보다 적합한 노광조건으로 설정된다. FEM패턴 2에 있어서의 단면형상 계측마크의 형상변화의 감도가, FEM패턴 1의 것보다도 높게 설정되면, 형상변화, 초점 및 노광량간의 보다 정확한 관계식을 얻을 수 있다.
예를 들면, FEM패턴 1로 얻어진 최적 노광조건은, 초점이 변화해도, 노광된 단면형상 계측마크의 CD값이 소정의 노광량에 대해 변화하지 않는 노광조건 혹은 소위 피보탈(pivotal) 조건이다.
이상 설명한 바와 같이, FEM패턴 2에 있어서의 단면형상 계측마크는, 선폭과 공간폭과의 비가 FEM패턴 1의 1:1에 대해서 1:5로 되는 형상을 지니면, FEM패턴 2의 노광조건변화에 대한 단면형상 변화는, FEM패턴 1의 단면형상변화에 대해 훨씬 민감하게 변화한다. 따라서, 설명한 바와 같이, 형상변화, 초점 및 노광량간의 보다 정확한 관계식을 얻을 수 있다.
이하, 도 17을 참조해서 2종류의 FEM패턴을 이용하는 본 실시예의 계측방법에 대해 설명한다.
노광방법(400)에서는, 시험용 웨이퍼와 양산 웨이퍼상에 도포된 레지스트의 피막두께 및/또는 광학정수(굴절률 및 흡광계수)를 관리해서, 고품질의 단면형상을 지닌 미세 패턴을 형성한다. 도 17을 참조하면, 노광방법(400)은, 2개의 노광흐름, 즉, 수순 C 및 수순 D를 포함한다. 수순 C는, FEM패턴(하나의 웨이퍼상에 각 샷으로 노광된 매트릭스패턴으로, 노광량 및 초점의 노광파라미터에 의존함)이 노광된 FEM웨이퍼(또는 시험용 웨이퍼)를 준비, 즉, 제작하는 공정과, 상기 FEM웨이퍼를 이용해서 최적 노광조건을 설정하는 공정과, 다변량 해석을 이용해서 노광량 및 초점을 FEM패턴 형상과 상관시키는 공정을 포함한다. 수순 D에서는, 다변량 해석의 결과에 의거해서 실제의 처리웨이퍼(또는 양산 웨이퍼)의 노광을 행한다.
이하, FEM패턴 1 및 2를 FEM웨이퍼상에 노광하는 수순 C에 대해 설명한다. 먼저, FEM웨이퍼위에 레지스트를 도포한다(스텝 402). 다음에, 분광 타원편광분석법 등을 이용해서 레지스트의 광학정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k0를 포함함) 및 피막두께 t0을 측정한다(스텝 404). 측정된 굴절률 n0, 흡광계수 k0 및 피막두께 t0은 메모리에 기억시킨다.
이어서, 레지스트가 도포된 FEM웨이퍼상에 도 15 및 도 16에 표시한 바와 같이 FEM패턴 1 및 2를 형성한다(스텝 406). 이 FEM패턴에 대해서는, 노광량 및/또는 초점을 변화시킴으로써 FEM웨이퍼상의 각 샷으로 노광된다. 다음에, CD-AFM 등을 이용해서, FEM웨이퍼상에 형성된 FEM패턴 1의 단면형상(선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s" 등)을 계측한다(스텝 408). 도 2는, FEM웨이퍼상의 각 샷에 형성된 FEM패턴의 확대단면도이다. 도 2는, 상이한 노광량 및 초점으로 노광된 FEM패턴의 단면형상을 그래프적으로 표시한 것이다. 가로축은 노광량, 세로축은 초점이다.
회로패턴의 노광에 최적인 노광량 및 초점은, FEM패턴 1을 노광하는 데 이용된 각 샷에 대한 FEM패턴 1의 단면형상, 노광량 및 초점간의 관계에 의거해서 설정한다(스텝 410). 스텝 410에서 확립된 최적 노광량 및 초점은, 후술하는 회로패턴의 노광용의 최적 프로세스 윈도우 정보에 있어서의 노광파라미터로서 사용된다.
다음에, FEM패턴 2의 단면형상을 계측하고(스텝 411), 노광량과 초점 및 FEM패턴의 단면형상간의 관계를 나타내는 관계식을, 다변량 해석을 이용해서 N차 다항식으로서 산출한다(스텝 412). 상기 관계식은, 후술하는 양산 웨이퍼에 노광된 패턴의 최적 프로세스 윈도우로부터의 어긋남량을 산출하는 데 이용된다.
스텝 412에 있어서, 다변량 해석에 의해 산출된 다항 근사식을 이용하는 관계식의 정확도는, 예를 들면, 교차 확인법을 이용해서 검증할 수 있다.
스텝 412에서는, 노광량과 초점 및 FEM패턴 2의 단면형상간의 상관을 산출하고, 스텝 412에서 산출한 다항 근사식은, 후술하는 스텝 434에서 사용된다.
회로패턴을 노광하는 양산 웨이퍼에 대한 수순 D에서는, 먼저 양산 웨이퍼상에 레지스트를 도포한다(스텝 422). 다음에, 레지스트의 광학 정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1) 및 피막두께 t1을, 분광 타원편광분석법 등을 이용해서 측정한다(스텝 424).
다음에, 스텝 424에서 측정한 레지스트의 광학 정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1) 및 피막두께 t1과, 스텝 404에서 측정한 레지스트의 광학 정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k0) 및 피막두께 t0을 비교해서, 스텝 424에서 측정한 레지스트의 광학 정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1) 및 피막두께 t1이, 스텝 404에서 측정한 레지스트의 광학 정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k0) 및 피막두께 t0에 대해서 설정된 허용가능범위내인지의 여부를 판단한다(스텝 426). 여기서, 스텝 404에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k0을 포함함) 및 피막두께 t0에 대해 설정한 허용가능범위는, 하기 식(6) 내지 (8)로 표현된다. 이들 식에 있어서, n', k' 및 t'는, 스텝 424에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1이 허용가능범위내에서 변화할 경우에도, 패턴이 스텝 406에서 확립된 최적의 노광량과 초점으로 노광된 때 해당 노광패턴의 선폭, 높이 및 측벽각이 미리 설정된 사양내에 들어가도록 설정된다.
스텝 424에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1이 허용가능범위내에 들어가지 않을 경우에는, 절차를 스텝 402로 되돌아가서, 스텝 404 및 후속 스텝에서 최적 노광량 및 초점을 재설정한다. 스텝 424에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n1 및 흡광계수 k1을 포함함) 및 피막두께 t1이 스텝 404에서 측정한 레지스트의 광학정수(굴절률 n0 및 흡광계수 k 0을 포함함) 및 피막두께 t0에 대해 설정한 허용가능범위내인 경우에는, 스텝 410에서 설정된 최적 노광량과 초점을 노광파라미터의 일부로서 이용해서 노광을 행한다(스텝 428).
다음에, CD-AFM 등을 이용해서, 양산 웨이퍼상에 형성된 FEM패턴의 단면형상(선폭 "c", 높이 "h" 및 측벽각 "s" 등)을 계측한다(스텝 430). FEM패턴 2의 단면형상 계측마크는, 양산 웨이퍼상에 노광되어 있고, 노광조건의 어긋남을 계측하는 데 이용되는 마크로서 소용된다. 스텝 430에서 계측된 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어가는지의 여부를 판단한다(스텝 432). 스텝 430에서 계측한 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어갈 경우에는, 스텝 428로 되돌아가, 다음 웨이퍼 혹은 다음 로트의 노광을 행한다.
한편, 스텝 430에서 계측된 패턴의 단면형상이 미리 설정된 사양내에 들어가지 않을 경우에는, 그 원인은, 실제의 노광시의 노광량과 초점의 설정된 최적치로부터의 가능한 어긋남으로서 간주된다. 따라서, 스텝 412에서 얻어진 상관으로부터 어긋남량을 산출한다(스텝 434). 마지막으로, 얻어진 어긋남량을 고려해서, 다음의 웨이퍼 혹은 다음의 로트에 사용할 노광량 및 초점을 재설정한다(스텝 436).
본 실시예에서는, FEM패턴 1의 단면형상 계측마크의 형상(즉, 패턴폭과 공간폭간의 비)을 1:1로 설정하고, FEM패턴 2에 대한 것은 1:5로 설정하였으나, 이 비는, 이러한 조합으로 한정되는 것은 아니다. FEM패턴 1의 단면형상 계측마크의 패턴폭과 공간폭은, IC패턴의 소망의 선폭에 따라 변화시켜도 된다. FEM패턴 2의 단면형상 계측마크의 형상은, FEM패턴 1에 따라 변화시킬 수 있다.
이것이 제 4실시예의 설명의 마지막이다. 상기 각종 노광방법은, 고도로 정밀한 반도체 소자를 생산하는 스텝-앤드-리피트 노광장치 및 스텝-앤드-스캔 노광장치에 적합하다.
다음에, 도 18 및 도 19를 참조해서, 노광장치를 이용한 디바이스의 제조방법의 실시예에 대해 설명한다. 도 18은, 디바이스(예를 들면, IC나 LSI 등의 반도체칩, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하는 순서도이다. 여기서는, 반도체칩의 제조를 일례로 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크제작)에서는 설계한 회로패턴을 지닌 마스크를 제작하고, 스텝 3(웨이퍼제조)에서는 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼처리)에서는, 이와 같이 해서 준비한 마스크와 웨이퍼를 이용해서 포토리소그라피기술에 의해 웨이퍼상에 실제의 회로를 형성하며, 전(前)공정이라고도 부른다. 후공정이라고도 불리는 스텝 5(조립)에서는 스텝 4에서 처리된 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하며, 어셈블리(예를 들면, 다이싱 및 본딩)공정과 패키징(칩봉인)공정을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 작성된 반도체디바이스의 유효성 체크, 내구성 체크 등의 각종 검사를 실시한다. 이들 공정에 의해, 반도체디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 19는 스텝 4의 웨이퍼처리공정의 상세한 순서도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화하고, 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼표면에 절연막을 형성하고, 스텝 13(전극형성)에서는 증착법 등에 의해 웨이퍼상에 전극을 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입하고, 스텝 15(레지스트처리)에서는 웨이퍼에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 상기 노광장치를 이용해서 웨이퍼상에 마스크의 회로패턴을 노광하고, 스텝 17(현상)에서는 노광한 웨이퍼를 현상하고, 스텝 18(에칭)에서는 현상한 레지스트상이외의 부분을 에칭하고, 스텝 19(레지스트박리)에서는 에칭공정후 불필요하게 된 레지스트재를 제거한다. 이들 공정을 반복함으로써, 웨이퍼상에 다층의 회로패턴이 형성된다. 본 실시형태의 제조방법에 의하면, 종래보다도 고품위의 디바이스를 제조할 수 있다. 이와 같이, 노광방법을 이용하는 디바이스의 제조방법 및 결과물로서의 디바이스도 본 발명의 한 측면을 구성한다.
또, 본 발명은 이들 바람직한 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변형이나 변경이 가능하다.
본 출원은, 본 명세서에 참고로 병합되어 있는 2003년 8월 29일자로 출원된 일본 특허출원 제 2003-306293호 및 2004년 3월 25일자로 출원된 일본 특허 출원 제 2004-089539호에 의거한 우선권을 주장하여 청구된 것이다.
이상, 본 발명에 의하면, 고품질의 단면형상을 지닌 미세 패턴을 형성하는 노광방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제 1실시예의 노광방법을 설명하는 순서도
도 2는 FEM웨이퍼상의 각 샷에서의 FEM패턴의 단면형상을 표시한 확대단면도
도 3은 CD-AFM 구조의 일례를 표시한 개략블록도
도 4는 FEM패턴의 각 샷의 단면형상과 FEM패턴을 노광하는 데 사용되는 노광량 및 초점간의 관계를 표시한 도면
도 5는 교차 확인법을 설명하는 도면
도 6은 도 4에 표시한 데이터를 사용하는 초점과 실제의 초점간의 차이값을 표시한 도면
도 7은 초점(또는 노광량), 선폭, 높이 및 측벽각간의 관계식에 있어서의 근사차를 최소화하는 차수를 산출하는 그래프
도 8은 양산 웨이퍼상에 형성된 패턴의 단면형상을 표시한 확대단면도
도 9는 제 2실시예의 노광장치를 설명하는 순서도
도 10은 PEB온도와 패턴의 선폭간의 관계를 설명하는 그래프
도 11은 PEB시간과 패턴의 선폭간의 관계를 설명하는 그래프
도 12는 주기적인 선과 공간(라인-앤드-스페이스) 패턴이 형성된 웨이퍼를 표시한 개략단면도
도 13은 박막의 반사계수를 산출하는 각종 양을 그래프로 정의한 도면
도 14는 형상계측장치의 계측방법을 설명하는 순서도
도 15는 FEM패턴 1에 있어서의 단면형상 계측 마크의 단면형상
도 16은 FEM패턴 2 있어서의 단면형상 계측 마크의 단면형상
도 17은 제 4실시예의 노광방법을 설명하는 순서도
도 18은 디바이스(IC, LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등)의 제조방법을 설명하는 순서도
도 19는 도 18에 표시한 웨이퍼처리의 스텝 4의 상세순서도
도 20은 최상의 노광량과 최상의 초점을 설정하는 종래의 방법을 설명하는 순서도
도 21은 FEM웨이퍼상의 각 샷에서의 FEM패턴의 단면형상의 확대단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
610: 프로브 612: 선단
620: 광센서 SP: 물체

Claims (10)

  1. 원판의 패턴을 투영광학계를 통해 물체상에 노광하는 노광방법에 있어서,
    제 1물체를 노광하기 위한 노광량과, 상기 투영광학계에 있어서의 제 1물체의 초점상태와, 상기 노광량과 초점상태로 노광된 상기 제 1물체상에 형성된 패턴형상간의 상관을, 상기 제 1물체에 도포된 레지스트의 정보마다 취득하는 공정과;
    상기 제 1물체와는 다른 제 2물체에 도포된 레지스트의 정보를 획득하는 공정과;
    상기 취득공정에서 얻어진 상관과 상기 획득공정에서 획득한 제 2물체에 도포된 레지스트의 정보에 의거해서, 상기 제 2물체를 노광하기 위한 노광량과, 상기 투영광학계에 있어서의 상기 제 2물체의 초점상태를 결정하는 공정과;
    상기 결정공정에서 결정된 노광량과 초점상태에 따라 상기 원판위에 형성된 패턴을 상기 제 2물체상에 전사하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 노광방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 취득공정은, 상기 제 1물체상에 도포된 레지스트의 정보를 획득하는 공정과;
    상기 제 1물체상에 형성된 패턴형상을 계측하는 공정을 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 노광방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 레지스트의 정보는, 상기 레지스트의 굴절률, 흡수계수, 피막두께, 상기 레지스트의 도포방법, 상기 웨이퍼의 예비소성 온도와 시간, 상기 웨이퍼의 노광후의 소성온도와 시간, 상기 웨이퍼의 1차피막의 재료의 광학정수 및 현상장치와 반도체 노광장치가 설치되어 있는 환경의 적어도 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 취득공정은 다변량 해석을 이용해서 상기 상관을 얻는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 취득공정은 N차 다항식 또는 뉴트럴 네트 법을 이용해서 상기 상관을 얻는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 취득공정은 교차 확인법을 이용해서 관계식의 정확도를 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 획득공정은, 타원편광분석(ellipsometry)법 또는 분광 타원편광분석법에 의해 레지스트의 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 패턴형상이 선폭, 높이, 측벽각 및 이들의 조합의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  9. 노광장치가 원판위의 패턴을 투영광학계를 통해서 피노광 물체상에 노광할 때 상기 물체에 대한 노광량 및 초점상태를 결정하는 데 사용되고, 상기 노광량 및 초점상태와 상기 노광량 및 초점상태에 의해 노광된 물체상에 형성된 패턴형상간의 상관을, 상기 물체에 도포된 레지스트의 정보에 대해서 나타내는 것을 특징으로 하는 데이터베이스.
  10. 제 1항에 의한 노광방법에 의해 웨이퍼를 노광하는 공정과;
    노광된 웨이퍼를 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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