TWI614586B - 評估方法及裝置、加工方法、以及曝光系統 - Google Patents

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Abstract

使用具有藉由在複數個加工條件下之加工而設置之構造體之基 板，高精度地評估該複數個加工條件中之一個加工條件。
評估裝置1，具備：照明系20，以照明光照明晶圓10，該晶圓10具有藉由在包含第1及第2曝光條件之複數個曝光條件下之曝光而設置之圖案；受光系30及攝影部35，藉由從晶圓10表面產生之光；以及運算部50，根據在照明條件與檢測條件之至少一方不同之第1繞射條件及第2繞射條件下藉由攝影部35取得之檢測結果，推定晶圓10之曝光時之其第1曝光條件。

Description

評估方法及裝置、加工方法、以及曝光系統
本發明係關於具有藉由在複數個加工條件下之加工而設置之構造體之基板之評估技術、使用此評估技術之加工技術及曝光技術、以及使用該加工技術之元件製造技術。
在用以製造半導體元件等之微影製程中所使用之掃描步進機或步進機等曝光裝置中，必須高精度地管理劑量(曝光量)、聚焦位置(相對於投影光學系之像面之曝光對象之基板之散焦量)、以及曝光波長等複數個曝光條件。因此，必須使用以曝光裝置曝光基板而形成於曝光後之基板之圖案等高精度地評估該曝光裝置之實際曝光條件。
例如作為曝光裝置之聚焦位置之習知評估方法，已知有一種方法，係以主光線傾斜之照明光照明標線片之評估用圖案，一邊以載台使基板高度變化、一邊將該圖案之像依序曝光至該基板之複數個照射區域，測量藉由曝光後之顯影而取得之抗蝕劑圖案之橫偏移量，並從此測量結果評估各照射區域之曝光時之聚焦位置(參照例如專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利申請公開第2002/0100012號說明書
[專利文獻2]美國專利申請公開第2007/242247號說明書
習知之聚焦位置之評估方法中，有測量結果某程度被劑量不均等影響之虞。今後，為了更高精度地評估個別之曝光條件，最好係盡可能地抑制其他曝光條件之影響。
又，習知之聚焦位置之評估方法中，必須曝光專用之評估用圖案，而難以進行在曝光實際元件用之圖案之情形之評估。
本發明之態樣係有鑑於此種問題而完成者，其目的在於，使用具有藉由在複數個加工條件(例如曝光條件)下之加工而設置之構造體之基板，高精度地評估該複數個加工條件中之一個加工條件。
根據本發明之第1態樣，係提供一種評估裝置，具備：照明部，以照明光照明基板，該基板具有藉由在包含第1及第2加工條件之複數個加工條件下之加工而設置之構造體；檢測部，檢測藉由前述照明光而從前述基板之被加工面產生之光；以及推定部，根據在前述照明部之照明條件與前述檢測部之檢測條件之至少一方不同之複數個評估條件下藉由前述檢測部取得之檢測結果，推定前述基板之加工時之前述第1加工條件與前述第2加工條件之至少一方。
又，根據第2態樣，係提供一種曝光系統，具備：曝光部，具有對基板表面曝光圖案之投影光學系；以及該第1態樣之評估裝置；依據藉由前述評估裝置之前述推定部推定之前述第1加工條件修正前述曝光部之加工條件。
又，根據第3態樣，係提供一種評估方法，係以照明光照明基板，該基板具有藉由在包含第1及第2加工條件之複數個加工條件下之加工而設置之構造體；檢測藉由前述照明光而從前述基板之被加工面產生之光；根據在前述照明光之照明條件與從前述被加工面產生之光之檢測條件之至少一方不同之複數個評估條件下檢測從前述被加工面產生之光而取得之檢測 結果，推定前述基板之加工時之前述第1加工條件與前述第2加工條件之至少一方。
又，根據第4態樣，係提供一種加工方法，係藉由加工而於基板表面設置圖案；使用該第3態樣之評估方法推定前述基板之前述第1加工條件；依據藉由前述評估方法推定之前述第1加工條件修正前述基板之曝光時之加工條件。
又，根據第5態樣，係提供一種元件製造方法，具有於基板表面設置圖案之加工步驟；在前述加工步驟係使用第4態樣之加工方法。
又，根據第6態樣，係提供一種元件製造方法，具有於基板表面設置圖案之加工步驟；在前述加工步驟係使用第4態樣之加工方法；依據製造對象之元件，儲存為了抑制相對前述第2加工條件之變化之變化量所施加之運算式。
根據本發明之態樣，能使用具有藉由在複數個加工條件下之加工而設置之構造體之基板，高精度地評估該複數個加工條件中之一個加工條件。
1‧‧‧評估裝置
5‧‧‧載台
10‧‧‧晶圓
10a‧‧‧條件變更晶圓
20‧‧‧照明系
30‧‧‧受光系
35‧‧‧攝影部
40‧‧‧影像處理部
50‧‧‧運算部
60‧‧‧檢查部
85‧‧‧記憶部
100‧‧‧曝光裝置
DMS‧‧‧元件製造系統
圖1(a)係顯示實施形態之評估裝置整體構成之圖，(b)係顯示元件製造系統之方塊圖。
圖2(a)係顯示於光路上插入有偏光濾光器之評估裝置的圖，(b)係顯示半導體晶圓表面之圖案一例之俯視圖。
圖3(a)係顯示重複圖案之凹凸構造的放大立體圖，(b)係顯示直線偏光之射入面與重複圖案之週期方向(或重複方向)之關係的圖。
圖4係顯示求出評估條件之方法(條件得出)一例之流程圖。
圖5係顯示劑量之評估方法之流程圖。
圖6(a)係顯示條件變更晶圓10之一例之俯視圖，(b)係顯示一個照射區域之放大圖，(c)係顯示照射區域中複數個設定區域之排列一例之放大圖。
圖7係顯示以複數個繞射條件拍攝之晶圓之像之圖。
圖8(a)係顯示複數個聚焦變化曲線之圖，(b)係顯示複數個劑量變化曲線之圖。
圖9(a)及(b)係顯示分別以兩個繞射條件測量之聚焦變化曲線及劑量變化曲線之圖。
圖10(a)係顯示聚焦位置之殘差之圖，(b)係顯示劑量之差分之圖。
圖11(a)係顯示晶圓面之劑量分布一例之圖，(b)係顯示晶圓面之聚焦值分布一例之圖。
圖12(a)係顯示條件得出之其他例之主要部分之流程圖，(b)係顯示聚焦值之評估方法之主要部分之流程圖。
圖13(a)及(b)係顯示分別以兩個繞射條件測量之劑量變化曲線及聚焦變化曲線之圖。
圖14(a)係顯示晶圓主要部位之放大剖面圖，(b)係顯示其他晶圓主要部位之放大剖面圖，(c)係顯示後製程之晶圓之放大剖面圖，(d)係顯示形成於晶圓之圖案之一部分之放大剖面圖，(e)係顯示兩個間隔壁變化曲線及其殘差之圖，(f)係顯示兩個蝕刻變化曲線及其差分之圖。
圖15(a)係顯示第2實施形態之條件得出之一例之流程圖，(b)係顯示第2實施形態之蝕刻之評估方法之流程圖。
圖16係顯示半導體元件製造方法之流程圖。
[第1實施形態]
以下，參照圖1~圖11說明本發明之較佳第1實施形態。圖1(a)係顯示本實施形態之評估裝置1，圖1(b)係顯示本實施形態之元件製造系統DMS。圖1(b)中，元件製造系統DMS具備於半導體基板之半導體晶圓(以下單稱為晶圓)之表面(晶圓面)形成薄膜之薄膜形成裝置(未圖示)、對晶圓面進行抗蝕劑(感光材料)之塗布及顯影之塗布顯影機200、將半導體元件等電路圖案曝光於塗布有抗蝕劑之晶圓面之曝光裝置100、以及在曝光及顯影後使用形成於晶圓面之構造體評估作為加工條件之曝光裝置100之曝光條件的評估裝置1。作為曝光裝置100，係使用例如作參照援用之專利文獻2等所揭示之液浸型掃描步進機(掃描型之投影曝光裝置)。進而，元件製造系統DMS具備加工顯影後之晶圓之蝕刻裝置、在此等裝置間搬送晶圓之搬送系500、以及進行在此等裝置間之控制資訊之流通等之主電腦600。
圖1(a)中，評估裝置1具備支撐大致圓板形之晶圓10之載台5，藉由圖1(b)之搬送系500搬送來之晶圓10載置於載台5之上面(載置面)，藉由例如真空吸附而被固定保持。載台5係透過控制以載台5之中心軸作為旋轉軸之角度ψ 1之第1驅動部(未圖示)、以及控制例如通過載台5之上面、以與圖1(a)之紙面垂直之軸作為旋轉軸之傾斜角ψ 2(晶圓10表面之傾斜角)之第2驅動部(未圖示)被支撐於底座構件(未圖示)。
評估裝置1進一步具備：照明系20，將照明光ILI作為平行光照射於支撐於載台5之晶圓10表面(晶圓面)；受光系30，將從接收照明光ILI之照射之晶圓面射出之光(反射光或繞射光等)聚光；攝影裝置35，接收被受光系30聚集之光以檢測晶圓面之像；以及運算部50，進行從攝影裝置35輸出之影像訊號之處理等。攝影裝置35具有形成晶圓面之像之成像透鏡35a與CCD或CMOS型之二維攝影元件35b，攝影元件35b係將晶圓10全面之像一次拍攝而輸出影像訊號。運算部50具備：影像處理部40，根據從攝影裝置35輸入之晶圓10之影像訊號生成晶圓10之數位影像(各像素之 輝度、就各照射平均化之輝度、或就較照射區域小之各區域平均化之輝度等)資訊；包含運算部60a,60b,60c之檢查部60，處理從影像處理部40輸出之影像資訊、控制部80，係控制影像處理部40及檢查部60之動作等；記憶部85，儲存與影像相關之資訊等；以及訊號輸出部90，將所得到之曝光條件之評估結果透過主電腦600輸出至曝光裝置100內之控制部(未圖示)。此外，亦可將運算部50整體以電腦構成，以電腦之軟體來發揮檢查部60及控制部80之功能。
照明系20具有射出照明光之照明單元21、將從照明單元21射出之照明光往晶圓面作為平行光反射之照明側凹面鏡25。照明單元21具有金屬鹵素燈或水銀燈等的光源部22、藉由控制部80之指令從來自光源部22之光中抽出具既定波長(例如波長λ 1、λ 2、λ 3等)之光並調節其強度的調光部23、將以調光部23選擇且強度經調節之光從既定射出點往照明側凹面鏡25射出之導光光纖24。例如，波長λ 1為248nm、λ 2為265nm、λ 3為313nm。此情形下，由於導光光纖24之射出部配置於照明側凹面鏡25之焦點面，因此在照明側凹面鏡25反射之照明光ILI成為平行光束照射於晶圓面。對晶圓10之照明光之射入角θ 1，可藉由以控制部80之指令控制載台5之傾斜角ψ 2來調整。
又，於導光光纖24與照明側凹面鏡25之間以可基於控制部80之指令藉由未圖示之驅動部插入或拔出於光路之方式設有照明側偏光濾光器26。如圖1(a)所示，在將照明側偏光濾光器26從光路上拔去之狀態下進行利用來自晶圓10之繞射光ILD之檢査(以下為方便起見，稱繞射檢査)。另一方面，如圖2(a)所示，在照明側偏光濾光器26插入光路上之狀態下進行利用偏光(構造性複折射形成之偏光狀態之變化)之檢査(以下為方便起見，稱PER檢査)。照明側偏光濾光器26係可控制例如旋轉角之直線偏光板。此外，在繞射檢査時，亦能以照明光ILI對晶圓10表面成為S偏光(相 對射入面為垂直之方向之直線偏光)之方式將照明側偏光濾光器26配置於光路上。在使用S偏光之繞射檢査中，不易受到晶圓10之積底層之影響而能檢測出最上層之狀態。
受光系30具有與載台5(晶圓10)對向配置之受光側凹面鏡31，攝影裝置35之射入部配置於受光側凹面鏡31之焦點面。因此，從晶圓面射出之平行光藉由受光側凹面鏡31被聚光於攝影裝置35，於攝影裝置35之攝影元件35b之攝影面成像出晶圓10之像。
又，於受光側凹面鏡31與攝影裝置35之間以基於控制部80之指令藉由未圖示之驅動部能插入或拔出於光路上之方式設有受光側偏光濾光器32。如圖1(a)所示，在將受光側偏光濾光器32從光路上拔去的狀態下進行繞射檢査。另一方面，如圖2(a)所示，在將受光側偏光濾光器32插入光路上之狀態下進行PER檢査。受光側偏光濾光器32亦與照明側偏光濾光器26同樣地係可控制例如旋轉角之直線偏光板。在PER檢査中通常，受光側偏光濾光器32之偏光方向，設定為相對照明側偏光濾光器26之偏光方向為正交之正交偏光(cross nicol)的狀態。
藉由控制部80之指令，檢查部60最基本之動作，係比較從影像處理部40供應之晶圓10之數位影像與儲存於記憶部85之良品晶圓之影像資料，以檢查晶圓面是否有缺陷(異常)。接著，檢査部60之檢査結果及此時之晶圓10面之影像以未圖示之影像顯示裝置加以輸出顯示。本實施形態中，係如後述般處理晶圓面之影像，評估曝光晶圓10後之曝光裝置100之劑量(曝光量或曝光能量)、聚焦位置(曝光面之投影光學系之光軸方向之位置)、曝光波長(中心波長及/或半波帶寬)、以及以液浸法曝光時之投影光學系與晶圓間之液體溫度等複數個曝光條件中既定之曝光條件。該曝光條件之評估結果供應至曝光裝置100內之控制部(未圖示)，依據該評估結果，曝光裝置100能進行該曝光條件之修正(例如偏置或不均之修正)。
又，晶圓10係以曝光裝置100對最上層之抗蝕劑投影曝光出既定圖案，以塗布顯影機200進行顯影後，使用搬送系500搬送至評估裝置1之載台5上。此時，晶圓10係在搬送途中以未圖示之對準機構將晶圓10之照射區域內之圖案、晶圓面之標記(例如搜尋對準標記)、或外緣部(notch或orientation flat等)為基準進行了對準的狀態下，搬送至載台5上。又，於晶圓面，如圖2(b)所示，於正交之兩個方向(X方向及Y方向)分別以既定間隔排列有複數個照射區域11，於各照射區域11中，作為半導體元件之電路圖案而形成有線(line)圖案或窗(hole)圖案等之凹凸重複圖案12。此外，以與XY面垂直之軸為Z軸。重複圖案12可係例如抗蝕劑圖案。此外，雖大多會於一個照射區域11中包含複數個晶片區域，但圖2(b)為了容易理解而於一個照射區域中具有一個晶片區域。
欲使用以上述方式構成之評估裝置1進行晶圓面之繞射檢査(檢測來自晶圓10之繞射光ILD來進行之檢查)時，係由控制部80讀入儲存於記憶部85之製法資訊(檢查條件或步驟等)，進行以下處理。首先，如圖1(a)所示，從光路上取出照明側偏光濾光器26及受光側偏光濾光器32，以搬送系500將晶圓10搬送至載台5上。此外，根據於搬送途中已使用未圖示之對準機構取得之晶圓10之位置資訊，將晶圓10以既定方向裝載於載台5上之既定位置。
其次，將載台5之角度ψ 1調整成在晶圓面之照明光ILI之射入面之方向(照明方向)與各照射區域11內之重複圖案12之週期方向(或重複方向)一致(線圖案之情形，即相對線為正交)。又，設重複圖案12之間距為P、射入晶圓10之照明光ILI之波長為λ、照明光ILI之射入角為θ 1、從晶圓面射出之檢測對象之n次(n為0以外之整數)繞射光ILD之繞射角為θ 2時，以滿足下述式(式1)之方式調整載台5之傾斜角ψ 2。
[式1]P=n×λ/{sin(θ 1)-sin(θ 2)}
其次，開始來自照明單元21之既定選擇波長之照明光ILI之射出。藉此從導光光纖24射出之照明光ILI在照明側凹面鏡25反射，成為平行光照射於晶圓面。在晶圓面繞射之繞射光ILD藉由受光側凹面鏡31而聚光於攝影裝置35，於攝影裝置35之攝影面成像出晶圓10全面之像(繞射像)。攝影裝置35將該像之影像訊號輸出至影像處理部40，影像處理部40生成晶圓面之數位影像，將該影像之資訊輸出至檢查部60。此情形下，藉由滿足上述式(1)之條件，而於該攝影面形成繞射光ILD之晶圓面之像。
接著，將從該晶圓面之像取得之數位影像各個之影像訊號之位準(對應部分之影像之輝度)成為平均某強度(輝度)以上時之照明光ILI之波長λ及載台5之傾斜角ψ 2(射入角θ 1或繞射角θ 2)之組合稱為一個繞射條件。接著，複數繞射條件包含於上述製法資訊。此外，實際上，亦可以所取得之數位影像所對應之部分之影像輝度成為平均某輝度以上之方式調整載台5之傾斜角ψ 2。此種傾斜角ψ 2之調整方法亦能稱為繞射條件搜尋。
其次，說明以評估裝置1進行晶圓面之PER檢査(基於反射光偏光狀態之變化之檢查)。此情形下，圖2(b)之晶圓面之重複圖案12，如圖3(a)所示，係假設為複數個線部2A沿其短邊方向即排列方向(此處為X方向)隔著空間部2B以一定間距(週期)P排列之抗蝕圖案(線圖案)。將線部2A之排列方向(X方向)亦稱為重複圖案12之週期方向(或重複方向)。
此處，設重複圖案12中線部2A之線寬DA之設計值為間距P之1/2。若重複圖案12形成的如設計值時，線部2A之線寬DA與空間部2B之線寬DB會相等，線部2A與空間部2B之體積比約略為1：1。相對於此，當形成重複圖案12時之曝光裝置100聚焦位置偏離最佳聚焦位置(適當值)時，間距P雖不改變，但線部2A及空間部2B之線寬DA,DB會與設計值 不同，線部2A與空間部2B之體積比即從約1：1偏離。
PER檢査，係利用在上述伴隨重複圖案12之線部2A與空間部2B間之體積比變化之反射光之偏光狀態之變化，來進行重複圖案12狀態(優劣等)之檢査。此外，為簡化說明，設理想的體積比(設計值)為1：1。體積比之變化係起因於從聚焦位置之適當值偏離等，而出現於晶圓10之每一照射、進而出現於照射區域11內之複數個區域。此外，亦可將體積比另稱為剖面形狀之面積比。
為了使用本實施形態之評估裝置1進行晶圓面之PER檢査，控制部80係讀入儲存於記憶部85之製法資訊(檢查條件或步驟等)，進行以下之處理。首先，如圖2(a)所示，照明側偏光濾光器26及受光側偏光濾光器32係插入光路上。接著，藉由圖1(b)之搬送系500將晶圓10搬送至載台5上。此外，在搬送途中，根據藉由未圖示之對準機構取得之晶圓10之位置資訊，晶圓10以既定方向載置於載台5上之既定位置。又，進行PER檢査時，載台5之傾斜角，設定為能以受光系30接收來自晶圓10之正反射光ILR、亦即射入之照明光ILI之射入角(圖2(a)中為角度θ 3)與以受光系30接收之光相對晶圓面之反射角相等。再者，載台5之旋轉角，設定為在晶圓面之重複圖案12之週期方向如圖3(b)所示相對晶圓面之照明光(在圖3(b)中為P偏光之直線偏光之光L)之振動方向以45度傾斜。這是為了使來自重複圖案12之反射光之訊號強度成為最高。在藉由使週期方向與其振動方向之角度成為22.5度或67.5度而檢測感度(相對於曝光條件變化之檢測訊號變化之比率)變高時，亦可變更該角度。此外，該角度不限於此等角度，可設定為任意角度。
照明側偏光濾光器26配設在導光光纖24與照明側凹面鏡25之間，且其透射軸被設定於既定方位(方向)，根據透射軸從來自照明單元21之光中抽出(使透射)偏光成分(直線偏光)。本實施形態中，作為一例，從 導光光纖24射出之光透過照明側偏光濾光器26及照明側凹面鏡25成為P偏光之直線偏光L(參照圖3(b))照射於晶圓面。
此時，由於射入晶圓面之照明光ILI(此處為直線偏光之光L)為P偏光，因此如圖3(b)所示，在重複圖案12之週期方向對光L之射入面(在晶圓面之光L之行進方向)設定為45度之角度之場合，在晶圓面之光L之振動方向與重複圖案12之週期方向所夾角度，亦設定為45度。換言之，直線偏光之光L係在光L於晶圓面之振動方向對重複圖案12之週期方向傾斜45度之狀態下，以斜向切過重複圖案12之方式射入重複圖案12。
在晶圓面反射之平行光之正反射光ILR，被受光系30之受光側凹面鏡31聚光而透過受光側偏光濾光器32到達攝影裝置35之攝影面。此時，藉由在重複圖案12之構造性複折射而使正反射光ILR(此處為直線偏光之光L)之偏光狀態變化為例如橢圓偏光。受光側偏光濾光器32之透射軸之方位設定為相對上述照明側偏光濾光器26之透射軸成正交(正交偏光(cross nicol)的狀態)。因此，藉由受光側偏光濾光器32，抽出來自晶圓10(重複圖案12)之正反射光中與光L之振動方向大致為直角之偏光成分，導至攝影裝置35。其結果，於攝影裝置35之攝影面，藉由來自晶圓10之正反射光中相對光L之振動方向大致為直角之偏光成分(若光L為P偏光則為S偏光成分)而形成晶圓面之像。此外，在橢圓偏光之短軸方向未與光L之偏光方向正交時，亦可使受光側偏光濾光器32之透射軸配合於該橢圓偏光之短軸方向。藉此，有時可提升檢測感度(相對於曝光條件變化之檢測訊號變化之比率)。
接著，攝影裝置35將該晶圓面之像之影像訊號輸出至影像處理部40，影像處理部40生成晶圓面之數位影像，將該影像之資訊輸出至檢查部60。檢查部60使用該影像之資訊評估形成晶圓10之重複圖案12時所使用之曝光裝置中之曝光條件等。此外，亦能使照明側偏光濾光器26旋 轉來使射入晶圓面之照明光ILI之偏光方向從P偏光錯開。不過，此情形下亦同樣地，受光側偏光濾光器32之偏光方向設定為相對照明側偏光濾光器26成正交偏光狀態。如上述已生成數位影像時，將照明光ILI之波長λ及照明側偏光濾光器26之角度之組合稱為一個偏光條件。此外，例如亦能設置變更照明光ILI之射入角θ 3(亦即反射角θ 3)之機構，在如上述變更射入角時，射入角亦包含於一個偏光條件。又，複數個偏光條件包含於上述製法資訊。
其次，參照圖5之流程圖說明本實施形態中，使用評估裝置1檢測來自晶圓面之圖案之光以評估在形成該圖案時所使用之曝光裝置100之曝光條件之方法例。又，由於在進行該評估時必須預先求出評估條件，因此參照圖4之流程圖說明求出該評估條件之方法(以下亦稱為條件得出)一例。此處，例如係使用評估裝置1進行晶圓面之繞射檢査(檢測來自晶圓10之繞射光ILD並進行之檢查)。因此，如圖1(a)所示，從評估裝置1之光路取出照明側偏光濾光器26及受光側偏光濾光器32。進而，係進行包含曝光裝置100之劑量及聚焦位置之複數個曝光條件中之劑量之評價。
首先，為了進行條件得出，在圖4之步驟102(條件變更晶圓之作成)中，如圖6(a)所示，例如準備隔著劃線區域SL排列N個(N為例如數10~100左右之整數)照射區域SAn(n=1~N)之晶圓10a。接著，將塗布有抗蝕劑之晶圓10a搬送至圖1(b)之曝光裝置100，藉由曝光裝置100，以在晶圓10a之例如排列於掃描曝光時之掃描方向(照射區域之長邊方向)之照射區域間聚焦位置逐漸變化、在排列於與掃描方向正交之非掃描方向(照射區域之短邊方向)之照射區域間劑量逐漸變化的方式，一邊使曝光條件變化、一邊對各照射區域SAn曝光相同之實際元件用之標線片(未圖示)之圖案。此時，為了提高聚焦位置及劑量之控制精度，例如亦可使掃描曝光時之掃描速度較慢。其後，藉由使曝光完畢之晶圓10a顯影，而作成在各照射 區域SAn不同之曝光條件下形成有重複圖案12之晶圓(以下稱為條件變更晶圓)10a。
此外，通常於實際元件用之標線片以複數個間距形成有週期方向為相同或正交之複數個圖案，於各照射區域SAn亦在間距P之重複圖案12外形成不同間距之圖案。再者，當有例如將間距P之重複圖案以較其大之間距P1(>P)排列之圖案塊時，由於從此圖案塊會產生與從間距P1之圖案產生之繞射光相同之繞射光，因此，實質上亦能將之視為有間距P1之圖案來進行繞射檢査。
以下，作為聚焦位置，係指使用相對於最佳聚焦位置(最佳聚焦位置係指於±變更聚焦時線寬之變動為最小之位置。不過，本說明書中，係指設定於曝光裝置100之最佳聚焦位置)之散焦量(此處稱為聚焦值)。關於聚焦位置，例如係聚焦值以30nm之刻度設定為-60nm,-30nm,0nm,+30nm,+60nm之五階段。後述之圖8(a)之橫軸之聚焦值之編號1~5，對應於該五階段之聚焦值(-60~+60nm)。此外，亦能將聚焦值例如以50nm刻度設定為複數階段，亦能將聚焦值例如以25nm刻度設定為-200nm~+200nm之十七階段等。
接著，劑量例如係以1.5mJ之刻度設定為九階段(10.0mJ,11.5mJ,13.0mJ,14.5mJ,16.0mJ,17.5mJ,19.0mJ,20.5mJ,22.0mJ)。後述之圖8(b)之橫軸之劑量之編號1~9，對應於該九階段之劑量(10.0~22.0mJ)。此外，實際之半導體元件用之圖案所需要之最佳曝光量(最佳劑量)，依圖案不同而為5mJ~40mJ左右，劑量最好係以該圖案之最佳劑量為中心以在0.5mJ~2.0mJ左右之間隔變化。
本實施形態之條件變更晶圓10a，係將劑量(曝光量或曝光能量)與聚焦位置變更為矩陣狀而曝光並顯影之所謂FEM晶圓(Focus Exposure Matrix晶圓)。此外，在聚焦值之階段數目乘以劑量之階段數目而取得之曝 光條件之組合為不同之照射區域數目，較條件變更晶圓10a全面之照射區域數目多之情形，亦可作成複數片條件變更晶圓10a。
相反地，例如照射區域SAn之掃描方向排列數目較聚焦值變化之階段數目大時、及/或非掃描方向排列數目較劑量變化之階段數目大時，亦可僅使排列於掃描方向及/或非掃描方向之照射區域之一部分照射區域曝光。不過，此情形下，亦可將使聚焦值及劑量變化而曝光之複數個照射區域於掃描方向或非掃描方向設置複數組，將在聚焦值及劑量相同之照射區域所得到之測量值平均化。又，例如亦可為了減輕晶圓1中心部與周邊部之抗蝕劑塗布不均之影響及掃描曝光時之晶圓掃描方向(圖2(b)之+Y方向或-Y方向)差異之影響等，亦可將聚焦值及劑量不同之複數個照射區域隨機排列。
在作成條件變更晶圓10a後，將條件變更晶圓10a搬送至圖1(a)之評估裝置1之載台5上。接著，控制部80從記憶部85之製法資訊讀出複數個繞射條件。作為複數個繞射條件，例如假定照明光ILI之波長λ為上述λ 1、λ 2、λ 3之任一者，載台5之傾斜角ψ 2係滿足上述式(式1)之五個角度D1~D5之任一者之15(=3×5)個條件。此處，將波長λ以λ n(n=1~3)、傾斜角ψ 2為Dm(m=1~5)之繞射條件以圖8(a)及(b)之(n-Dm)表示。
接著，將繞射條件以該15個條件中之n=1且m=1~5、n=2且m=1~5、n=3且m=1~5之條件依序設定，在各繞射條件下，將照明光ILI照射於條件變更晶圓10a表面，攝影裝置35拍攝條件變更晶圓10a之繞射光之像並將影像訊號輸出至影像處理部40(步驟104)。此外，此時亦可利用繞射條件搜尋來求出繞射條件。圖7係顯示以該15個繞射條件(n-Dm)拍攝之條件變更晶圓10a之像A1~A15之輝度分布一例。
其次，影像處理部40根據從攝影裝置35輸入之條件變更晶圓10a之影像訊號，依複數個(此處為15個)繞射條件之各個生成條件變更 晶圓10a全面之數位影像。接著，依該複數個繞射條件，使用分別對應之數位影像，算出將除了條件變更晶圓10a之劃線區域SL外之全部照射區域SAn(參照圖6(b))內之全部像素之訊號強度平均化之平均訊號強度，將算出結果輸出至檢查部60(步驟106)。此外，亦將該平均訊號強度稱為照射區域平均輝度(或照射區域內平均輝度)。之所以如上述般算出照射區域平均輝度，係為了抑制曝光裝置100之投影光學系之像差影響等。此外，為了更加抑制該像差之影響等，例如亦可算出將圖6(b)之照射區域SAn中央部之部分區域CAn內之全部像素之訊號強度平均化之平均訊號強度(平均輝度)。
不過，亦能預先求出投影光學系之像差影響(給予數位影像之誤差分布)，在數位影像之階段即修正該像差影響。此情形下，係取代照射區域平均輝度，而就照射區域SAn內之I個(I為例如數十之整數)之長方形等設定區域16(參照圖6(c))之每一個算出平均訊號強度(平均輝度)，使用例如在照射區域SAn內位於相同位置之設定區域16之平均輝度來進行以後之處理。設定區域16之排列雖例如係於掃描方向為六行於非掃描方向為五列，但其大小及排列係為任意。
接著，檢查部60內之第1運算部60a，從針對該複數個繞射條件(n-Dm)之各個所得之條件變更晶圓10a全部之照射區域平均輝度，抽出曝光條件中之劑量相同且聚焦值五階段變化時之平均輝度之變化特性作為聚焦變化曲線，並儲存於記憶部85(步驟108)。圖8(a)，係顯示其中劑量為最佳劑量時以繞射條件(n-Dm)取得之複數個(此處為15個)聚焦變化曲線。圖8(a)、(b)之縱軸係照射區域平均輝度之相對值，圖8(a)之橫軸係第1階段~第5階段之聚焦值(-100~+100)。
又，該第1運算部60a，從針對該複數個繞射條件(n-Dm)之各個所得之全部之照射區域平均輝度，抽出曝光條件中之聚焦值相同且劑量九階段變化時之平均輝度之變化特性作為劑量變化曲線，並儲存於記憶 部85(步驟110)。圖8(b)，係顯示其中聚焦量為0(最佳聚焦位置)時以繞射條件(n-Dm)取得之複數個劑量變化曲線。圖8(b)之橫軸係第1階段~第9階段之劑量(10.0~22.0mJ)。
其後，該第1運算部60a從上述複數個繞射條件選擇聚焦變化曲線具有相同傾向(例如聚焦值增加時兩方之照射區域平均輝度大致相同地增減的特性)、劑量變化曲線具有相反傾向(例如劑量增加時一方之照射區域平均輝度大致增加但另一方之照射區域平均輝度大致減少之特性)的第1及第2繞射條件，將所選擇之兩個繞射條件儲存於記憶部85(步驟112)。本實施形態中，係選擇(n=1,m=2)之(1-D2)及(n=3,m=3)之(3-D3)作為上述第1及第2繞射條件。圖9(a)係顯示在圖8(a)之15個聚焦變化曲線中之繞射條件(1-D2)及(3-D3)下所取得之兩個聚焦變化曲線B2及B13，圖9(b)係顯示在圖8(b)之15個變化曲線中之繞射條件(1-D2)及(3-D3)下所取得之兩個劑量變化曲線C2及C13。聚焦變化曲線B2及B13以相同傾向變化，劑量變化曲線C2及C13以相反傾向變化。
接著，第1運算部60a，係以將藉由第1繞射條件(1-D2)所取得之聚焦變化曲線B2以增益a(任意之倍率或比例係數)及偏置b修正後之曲線B2A(參照圖10(a))與藉由第2繞射條件(3-D3)所取得之聚焦變化曲線B13一致之方式、亦即修正後之曲線B2A與聚焦變化曲線B13之差分(以下稱為聚焦殘差)△B成為最小之方式決定增益a及偏置b，將此等增益a及偏置b儲存於記憶部85(步驟114)。此外，圖10(a)之右側之縱軸係聚焦殘差△B之值。此情形下，作為一例，亦可將聚焦變化曲線B2,B13之聚焦值為Fi(i=1~5)時之值作為LB2(Fi),LB13(Fi)，以次一差分之平方和之誤差成為最小之方式決定增益a及偏置b。圖9(a)之情形，由於曲線B2之值較曲線B13大，因此增益a係較1小之值。下述式(式2)中之加算係針對聚焦值Fi(i=1~5)來執行。
[式2]誤差=Σ{LB13(Fi)-(a．LB2(Fi)+b)}2
此外，增益a及偏置b亦可就曝光對象之標線片之各圖案來決定該等之值並加以儲存。
又，亦可以將以第2繞射條件(3-D3)所得到之聚焦變化曲線B12以增益a’(比例係數或倍率)及偏置b’修正後之曲線與以第2繞射條件(1-D2)所得到之聚焦變化曲線B2一致之方式來決定增益a’及偏置b’。再者，亦可將曲線B2A及聚焦變化曲線B13以與聚焦值Fi相關之高次多項式(例如4次之多項式)加以近似，以此等之差分之平方和成為最小之方式決定a,b之值。又，亦可僅使用增益a或偏置b修正一方之聚焦變化曲線，並以此修正後之曲線與另一方之聚焦變化曲線盡可能一致之方式決定a或b之值。再者，例如亦可就各聚焦值Fi，以修正後之差分成為0之方式獨立地決定乘以一方之聚焦變化曲線之係數cfi。
此外，亦能使用兩個聚焦變化曲線之特性具有相反傾向(例如相對聚焦值Fx之變化，一方之曲線FA1呈凸狀變化，另一方之曲線FB1呈凹狀變化)、劑量變化曲線之特性具有相同傾向(例如相對於劑量之變化，兩個曲線DA1,DA2大致單調地增加或減少)之兩個繞射條件。此情形下，若將一方之曲線FA1設為函數(fa(Fx)+fb1)(fb為常數)，則另一方之曲線FB1則成為大致函數(-fb1．fa(Fx)+fb2)(fb1,fb2為常數、fb1為正)，用以使曲線FB1配合曲線FA1之增益a1成為-1/fb1之負值。因此，上述數式(式2)右邊之之括弧內之運算，關於增益a1，為曲線FA1與將曲線FB1乘以常數(1/fb1)後之值的和。
其次，第1運算部60a，係算出將以圖9(b)之第1繞射條件 (1-D2)所取得之劑量變化曲線C2以在步驟114所算出之增益a及偏置b修正後之曲線C2A(圖10(b)參照)與以第2繞射條件(3-D3)所取得之劑量變化曲線C13之差分(劑量差分)以劑量之函數來表示之曲線(以下，稱為基準劑量曲線。)SD1，將所算出之圖10(b)之基準劑量曲線SD1儲存於記憶部85(步驟116)。此外，圖10(b)右側之縱軸為劑量差分之值。又，基準劑量曲線SD1亦可以與劑量相關之1次式或高次多項式來加以近似。藉由以上之動作，結束求出在評估曝光裝置100之曝光條件時所使用之評估條件即第1及第2繞射條件之條件得出。
其次，係對在實際之元件製造步驟中藉由曝光裝置100之曝光而形成有圖案之晶圓，藉由評估裝置1進行使用以上述條件得出求出之兩個繞射條件(1-D2)及(3-D3)之繞射檢查，藉此將曝光裝置100之曝光條件中之劑量以下述方式評估。此評估動作亦稱為劑量監測。首先，在圖5之步驟120中，將具有與圖6(a)相同之照射區域排列、塗布有抗蝕劑之實際曝光用之晶圓10搬送至圖1(b)之曝光裝置100，藉由曝光裝置100，於晶圓10之各照射區域SAn(n=1~N)曝光實際元件用之標線片(未圖示)之圖案，使曝光後之晶圓10顯影。此時之曝光條件，係於全部照射區域中關於劑量為與該標線片對應而決定之最佳劑量，關於聚焦位置則為最佳聚焦位置。
然而，實際上，由於會因曝光裝置100之掃描曝光時之狹縫狀照明區域內之例如非掃描方向中之些微照度不均等之影響，而有可能在晶圓10之每一個照射區域SAn、進而各照射區域SAn內之複数個設定區域16之每一個產生劑量不均等，因此係進行該劑量之評估。再者，有可能會因曝光裝置100之振動等之影響，而於照射區域SAn之每一個、進而各照射區域SAn內之複数個設定區域16之每一個亦產生聚焦位置不均等。此情形下，由於若單純進行繞射檢查，則會於該檢查結果亦包含除了劑量外之起因於聚焦位置之部分，因此係將該聚焦位置之影響以下述方式加以排 除。
曝光及顯影後之晶圓10，係透過未圖示之對準機構裝載於圖1(a)之評估裝置1之載台5上(步驟122)。接著，控制部80從記憶部85之製法資訊讀出以上述條件得出決定之第1及第2繞射條件(1-D2)及(3-D3)。接著，將繞射條件依序設定為該第1及第2繞射條件，在各繞射條件下，分別將照明光ILI照射於晶圓10之表面，攝影裝置35拍攝晶圓10之繞射光之像並將影像訊號輸出至影像處理部40(步驟124)。
此外，在上述圖4之條件得出步驟中之步驟104中，在複數個繞射條件下得到之圖7所示之條件變更晶圓之像A1~A13中在該第1繞射條件(1-D2)下所得到之像為像A2，在該第2繞射條件(3-D3)下所得到之像為像A13。因此，在該第1及第2繞射條件下所拍攝之晶圓10之各部分之像之輝度，分別在像A2及A13中係與晶圓10之該部分之劑量及聚焦值於條件變更晶圓中大致相同之部分之像之輝度大致相同。
其次，影像處理部40根據從攝影裝置35輸入之晶圓10之影像訊號，依第1及第2繞射條件之各個生成晶圓10全面之數位影像。接著，依該第1及第2繞射條件，使用分別對應之數位影像，就晶圓10全部之照射區域SAn內之I個設定區域16(參照圖6(c))之每一個算出平均訊號強度(平均輝度)，並將算出結果輸出至檢查部60(步驟126)。此外，亦可取代設定區域16而使用與攝影裝置35之攝影元件之各像素對應之區域。此處，係在第1及第2繞射條件下將在第n個照射區域內之第i個設定區域16所取得之平均輝度分別設為L1ni及L2ni(n=1~N,i=1~I)。於此等平均輝度分別包含聚焦變化曲線及劑量變化曲線之兩個值。
接著，檢查部60內之第3運算部60c，係就晶圓10全部之設定區域16之每一個，從將以第1繞射條件(1-D2)所取得之平均輝度L1ni以在上述步驟114所算出之增益a及偏置b修正後之輝度L1ni’，減去以第 2繞射條件(3-D3)所取得之平均輝度L2ni，而算出平均輝度之差分△ni，並將算出結果儲存於記憶部85(步驟128)。從此差分△ni大致地除去與圖10(a)之修正後之聚焦變化曲線B2A,B13對應之成分，僅大致殘留與圖10(b)之修正後之劑量變化曲線C2A,C13之差分對應之成分。
接著，第3運算部60c，係就晶圓10全部之設定區域16之每一個，將上述平均輝度之差分△ni代入在上述步驟116所儲存之圖10(b)之基準劑量曲線SD1，算出或推定對應之劑量Dni，並將算出結果或推定結果儲存於記憶部85(步驟130)。從如上述算出或推定之劑量Dni已除去起因於聚焦位置之成分。此後，控制部80將劑量Dni換算為例如亮度(或亦可使顏色變化)並將晶圓10全面之劑量分布(例如圖11(a)之影像所表示之分布)顯示於顯示裝置(未圖示)(步驟132)。進而，在控制部80之控制下，從訊號輸出部90透過主電腦600對曝光裝置100提供晶圓10全面之劑量分布之資訊(步驟134)。與此對應地，在曝光裝置100之控制部(未圖示)，例如求出該劑量分布與最佳劑量之差分之分布，當此差分之分布超過既定之容許範圍時，係進行例如掃描曝光時之照明區域之掃描方向寬度之分布之修正等。藉此，在其後之曝光時減低劑量分布之誤差。
根據此實施形態，藉由使用形成有實際元件用之圖案之晶圓10在兩個繞射條件下進行繞射檢査，而能除去聚焦位置之影響而高精度地推定或評估該圖案之形成時所使用之曝光裝置100之曝光條件中之劑量。
如上所述，本實施形態之評估裝置1，具備：照明系20，係以照明光照明晶圓10，該晶圓10具有藉由在包含劑量及聚焦位置(第1及第2曝光條件)之複數個曝光條件下之曝光而設置之凹凸重複圖案12(構造體)；受光系30及攝影部35(檢測部)，檢測藉由該照明光而從晶圓10之表面(曝光面)產生之光；以及運算部50，根據對在該照明系20之照明條件(波長λ等)與該受光系30及攝影部35之檢測條件(載台5之傾斜角ψ 2等)之至少一方不同 之第1及第2繞射條件(評估條件)下藉由攝影部35取得之檢測結果，施加用以抑制相對該聚焦之變化之變化量之運算所得之運算結果，算出或推定晶圓10之曝光時之劑量。
又，使用評估裝置1之評估方法，具有：步驟124，係以照明光照明晶圓10，並檢測藉由該照明光而從晶圓10之形成有重複圖案12之表面產生之光；以及步驟128,130，根據在該照明光之照明條件與從晶圓10表面產生之光之檢測條件之至少一方不同之第1及第2繞射條件下檢測從該表面產生之光所取得之檢測結果，施加用以抑制相對聚焦位置之變化之變化量之運算所得之運算結果，算出或推定晶圓10之曝光時之劑量。
根據此實施形態，能使用具有藉由在作為複數個加工條件之複數個曝光條件下之曝光而設置之凹凸重複圖案12的晶圓10，在已抑制聚焦位置之影響之狀態下高精度地推定或評估該複數個曝光條件中之劑量。又，由於不需另外使用測量用之圖案，能藉由檢測來自形成有實際元件之圖案之晶圓之光來評估曝光條件，因此能有效率地且高精度地評估實際曝光之圖案相關之曝光條件。
又，該評估方法具有：步驟102，係一邊改變劑量及聚焦位置之至少一方一邊使評估用晶圓曝光，於此晶圓表面之複數個照射區域設置重複圖案12而作成條件變更晶圓10a(評估用基板)；步驟104,106，以照明光照明晶圓10a之設有重複圖案12之表面，並檢測因該照明光而從該表面產生之光；步驟108~112，使用在該照明光之照明條件與從晶圓10a表面產生之光之檢測條件之至少一方不同之第1及第2繞射條件下針對條件變更晶圓10a檢測從其表面產生之光所取得之複數個檢測結果，預先求出會產生能抑制相對聚焦位置之變化之變化量之檢測結果的該第1及第2繞射條件並加以儲存；以及步驟114，求出對在該第1及第2繞射條件下取得之兩個檢測結果施加之運算式之係數(增益a及偏置b)並加以儲存。
因此，藉由預先求出該第1及第2繞射條件，即能在其後僅進行兩次測量即有效率地針對形成有實際元件之圖案之晶圓評估曝光條件。
又，本實施形態之元件製造系統DMS(曝光系統)，具備：曝光裝置100(曝光部)，具有對晶圓表面曝光圖案之投影光學系；以及本實施形態之評估裝置1；依據藉由評估裝置1之運算部50推定之第1曝光條件(第1加工條件)修正曝光裝置100之曝光條件(加工條件)。
又，本實施形態之曝光方法(加工方法)，係藉由曝光而於晶圓表面設置圖案(步驟120)；使用本實施形態之評估方法推定晶圓之第1曝光條件(步驟122~130)；依據藉由該評估方法推定之第1曝光條件修正晶圓之曝光時之曝光條件(步驟134)。
如上述，依據藉由評估裝置1或使用此裝置之評估方法推定之第1曝光條件修正曝光裝置100之曝光條件，使用實際製造元件而使用之晶圓，而能有效率且高精度地將曝光裝置100之曝光條件設定為作為目標之狀態。
此外，上述實施形態中，雖係抑制聚焦位置之影響來評估劑量，但如圖12(a)、(b)之變形例要部之流程圖所示，亦能抑制劑量之影響來評估聚焦位置。此評估動作亦能稱為聚焦監測。此變形例中，係接續於圖4之步驟110而在圖12(a)之步驟112A中，圖1(a)之檢查部60之第2運算部60b，係從上述複數個繞射條件選擇劑量變化曲線具有相同傾向、聚焦變化曲線具有相反傾向的第1及第2繞射條件，將所選擇之兩個繞射條件儲存於記憶部85。選擇(n=1,m=3)之(1-D3)及(n=1,m=4)之(1-D4)作為上述第1及第2繞射條件。
此外，在上述圖4之條件得出步驟中之步驟104中，在複數個繞射條件下得到之圖7所示之條件變更晶圓之像A1~A13中在該第1繞射條件(1-D3)下所得到之像為像A3，在該第2繞射條件(1-D4)下所得到之像為像 A4。因此，在該第1及第2繞射條件下所拍攝之晶圓10之各部分之像之輝度，分別在像A3及A4中係與晶圓10之該部分之劑量及聚焦值於條件變更晶圓中大致相同之部分之像之輝度大致相同。
圖13(a)係顯示在圖8(b)之15個劑量變化曲線中之繞射條件(1-D3)及(1-D4)下所取得之兩個劑量變化曲線C2及C4，圖13(b)係顯示在圖8(a)之15個變化曲線中之繞射條件(1-D3)及(1-D4)下所取得之兩個聚焦變化曲線B3及B4。劑量變化曲線C2及C43以相同傾向變化，聚焦變化曲線B3及B4以相反傾向變化。此外，由於在聚焦值小之範圍，聚焦變化曲線B3之負傾斜之絕對值較聚焦變化曲線B4之負傾斜之絕對值大，因此在聚焦值之全部範圍內，曲線B3之傾斜較曲線B4之傾斜小，曲線B3,B4能視為以相反傾向變化。
接著，第2運算部60b，係以將藉由第1繞射條件(1-D3)所取得之劑量變化曲線C3以增益a及偏置b修正後之曲線(未圖示)與藉由第2繞射條件(1-D4)所取得之劑量變化曲線C5一致之方式、亦即修正後之曲線與劑量變化曲線C4之殘差△C之平方和成為最小之方式決定增益a及偏置b，將此等增益a及偏置b儲存於記憶部85(步驟114A)。此外，圖13(a)右側之縱軸係殘差△C之值。
其次，第2運算部60b，係算出將以圖13(b)之第1繞射條件(1-D3)所取得之聚焦變化曲線B3以在步驟114A所算出之增益a及偏置b修正後之曲線(未圖示)與以第2繞射條件(1-D4)所取得之聚焦變化曲線B4之差分(聚焦差分)以聚焦值之函數來表示之曲線(以下、稱為基準聚焦曲線。)SF1，將所算出之基準聚焦曲線SF1儲存於記憶部85(步驟116A)。此外，圖10(b)右側之縱軸為聚焦差分之值。又，基準劑量曲線SF1亦可以與聚焦相關之1次式或高次多項式來加以近似。
接著，在藉由曝光裝置100之曝光及顯影後之晶圓之繞射 檢查來評估該晶圓之曝光條件即聚焦位置時，圖5之步驟124，係在於步驟112A所選擇之第1及第2繞射條件(1-D3)及(1-D4)下拍攝晶圓10之像，在圖5之步驟128，係使用在步驟114A所儲存之增益a及偏置b，就晶圓10之設定區域之每一個，算出將在該第1及第2繞射條件下所取得之兩個平均輝度之差分△ni。接著，接續於步驟128，在圖12(b)之步驟130A中，檢查部60之第3運算部60c，係就晶圓10全部之設定區域16之每一個，將上述平均輝度之差分△ni代入在上述步驟116A所儲存之圖13(b)之基準聚焦曲線SF1，算出或推定對應之聚焦值Fni。將算出結果或推定結果儲存於記憶部85。從如上述算出或推定之聚焦值Fni已除去起因於劑量之成分。
此後，控制部80將聚焦值Fni換算為例如亮度(或亦可使顏色變化)並將晶圓10全面之聚焦分布(例如圖11(b)之影像所表示之分布)顯示於顯示裝置(未圖示)(步驟136)。進而，在控制部80之控制下，從訊號輸出部90對曝光裝置100提供晶圓10全面之聚焦分布之資訊(步驟134A)。與此對應地，在曝光裝置100之控制部(未圖示)，例如求出該聚焦分布與最佳聚焦位置之差分之分布，當此差分之分布超過既定之容許範圍時，係進行例如自動聚焦機構(未圖示)之調整(修正)等。藉此，在其後之曝光時減低聚焦分布之誤差。
此外，上述實施形態中，係對從在兩個繞射條件下所取得之晶圓之影像取得之平均輝度施加用以抑制一方之曝光條件之影響之運算。此外，例如亦可對從在三個以上繞射條件下所取得之晶圓之影像取得之三個以上之輝度施加用以抑制一方之曝光條件之影響之運算，並從此運算結果求出另一方之曝光條件。
再者，上述實施形態中，雖係使用評估裝置1對晶圓面之繞射檢査來檢查曝光條件，但亦可使用評估裝置1對晶圓面之PER檢査(基於反射光偏光狀態變化之檢查)來檢查曝光條件。
又，上述實施形態中，由於係從複數個繞射條件(或偏光條件)選擇例如聚焦變化曲線具有相同傾向、劑量變化曲線具有相反傾向的第1及第2繞射條件(或偏光條件)，因此第1及第2繞射條件(或偏光條件)之選擇係容易。除此以外，亦可從複數個繞射條件(或偏光條件)，以在此等條件下之檢測結果之例如相對於劑量變化之差分(或差分之平方和)較相對於聚焦值變化之差分(或差分之平方和)大之方式來選擇第1及第2繞射條件(或偏光條件)。
再者，上述實施形態中，雖作為曝光條件係評估劑量及聚焦位置，但作為曝光條件，亦可係為了評估曝光裝置100中之曝光用光之波長、照明條件(例如相干要素(σ值))、投影光學系PL之數值孔徑、或液浸曝光時之液體溫度等而使用上述實施形態之繞射檢査或PER檢査。
[第2實施形態]
參照圖14(a)~圖15(b)說明第2實施形態。本實施形態中亦同樣地，使用圖1(b)之元件製造系統DMS，且使用圖1(a)之評估裝置1評估加工條件。又，本實施形態中，係評估以所謂間隔壁雙重圖案法(或側壁雙重圖案法)而形成有微細節距之重複圖案之晶圓之加工條件。
在間隔壁雙重圖案法中，首先如圖14(a)所示，於晶圓10d之例如硬光罩層17之表面，藉由抗蝕劑之塗布、透過曝光裝置100之圖案曝光、以及顯影，而形成將複數個抗蝕劑圖案之線部2A以節距P排列之重複圖案12。本實施形態中，節距P接近曝光裝置100之解像極限。此後，如圖14(b)所示，將線部2A藉由縮窄(slimming)而作成線寬為1/2之線部12A，藉由未圖示之薄膜形成裝置將間隔壁層18沈積成覆蓋線部12A。其後，以蝕刻裝置300蝕刻晶圓10d之間隔壁層18後，以蝕刻裝置300僅除去線部12A，藉此如圖14(c)所示，於硬光罩層17上形成將線寬為大致P/4之複數個間隔壁部18A以節距P/2排列而成的重複圖案。其後，將複數個間隔壁部18A作為光罩蝕刻硬光罩層17，藉此如圖14(d)所示，形成將線寬為 大致P/4之硬光罩部17A以節距P/2排列而成的重複圖案17B。此後，作為一例，係將重複圖案17B作為光罩進行晶圓10d之元件層10da之蝕刻，而能形成曝光裝置100之解像極限之大致1/2之節距之重複圖案。進而，可藉由反覆上述步驟來形成節距為P/4之重複圖案。
又，在使用評估裝置1進行繞射檢査時，為了引起繞射，重複圖案之節距必須為評估裝置1之照明光ILI之波長λ之1/2以上。因此，在使用波長為248nm之光作為照明光時，在節距P為124nm以下之重複圖案12會無法產生繞射光ILD。因此，如圖14(a)之情形所示，若節距P接近曝光裝置100之解像極限，則繞射檢査會逐漸變得困難。進而，如圖14(d)之情形所示，由於針對節距為P/2(進而為P/4)之重複圖案17B僅產生正反射光ILR，因此繞射檢査係困難。但是，當存在重複圖案17B以較大節距排列之圖案塊時，則能藉由檢測來自此圖案塊之繞射光來進行繞射檢査。
本實施形態中，如圖14(d)所示，檢測來自於各照射區域形成有不產生繞射光之重複圖案17B之晶圓10d的光，為了評估重複圖案17B之加工條件，而進行評估裝置1對晶圓面之PER檢査(基於反射光偏光狀態變化之檢查)。以下，參照圖15(a)之流程圖，說明在進行PER檢査時所使用之選擇複數個偏光條件之條件得出，參照圖15(b)之流程圖，說明使用該選擇之偏光條件進行PER檢査，以評估元件製造系統DMS之加工條件的方法。此外，圖15(a)、(b)中，係對對應於圖4及圖5之步驟賦予相同或類似之符號，省略或簡化其說明。
此處，由於使用評估裝置1進行晶圓10d之形成有節距P/2之重複圖案17B之表面之PER檢査，因此如圖2(a)所示，於評估裝置1之光路插入照明側偏光濾光器26及受光側偏光濾光器32，載置晶圓10d之載台5之傾斜角，設定為能以受光系30接收來自晶圓10(被來自照明系20之照明光ILI照射)之正反射光ILR。又，載台5之旋轉角，設定為在重複圖案 17B之週期方向與照明光ILI之射入方向以例如45度交叉。接著，作為複數個偏光條件，例如假定照明光ILI之波長λ a(上述λ 1~λ 3之任一者)與照明側偏光濾光器26之角度θ b(例如相對於重複圖案週期方向之偏光軸之旋轉角度、旋轉角35度+5度×b(b=0~4))之組合即15個條件(λ a,θ b)(a=1~3,b=0~4)。不過，在照明側偏光濾光器26之角度被切換時，受光側偏光濾光器32之角度亦被切換成相對照明側偏光濾光器26維持正交偏光狀態。進而，本實施形態中，作為元件製造系統DMS之重複圖案17B之加工條件，係假定圖14(b)之間隔壁層18之沈積時間ts(薄膜沈積量)及間隔壁層18之蝕刻時間te(蝕刻量)，一邊抑制沈積時間t之影響一邊評估其中之蝕刻時間te。
首先，為了進行條件得出，係在圖15之步驟102A中，將圖14(a)~(d)之間隔壁雙重圖案程序，以組合五種類之沈積時間ts(ts3~ts7)及五種類之蝕刻時間te(te3~te7)而成之25(=5×5)次程序來執行，而於25片之條件變更晶圓(未圖示)之各照射區域分別形成重複圖案17B。此外，沈積時間ts5係最佳沈積時間(適當量)，蝕刻時間te5係最佳蝕刻時間(適當蝕刻量)。此情形下，蝕刻時間te3,te4係蝕刻不足，蝕刻時間te6,te7係蝕刻過度。
所作成之複數個(此處為25片)之條件變更晶圓被依序搬送至圖2(a)之評估裝置1之載台5上。接著，在複數個條件變更晶圓之各個，在上述複數個(此處為15個)偏光條件(λ a，θ b)下將照明光ILI照射於條件變更晶圓表面，攝影裝置35拍攝來自條件變更晶圓之正反射光ILR所產生之像，將影像訊號輸出至影像處理部40(步驟104A)。此處由於係針對25片條件變更晶圓分別拍攝15個像，因此在影像處理部40中，係得到全部為375(=25×15)個數位影像。
進而，影像處理部40係依該複數個偏光條件，使用分別對 應之數位影像，算出將條件變更晶圓之全部照射區域(或照射區域中央部之區域)內全部像素之訊號強度平均化後的平均訊號強度(平均輝度)，並將算出結果輸出至檢查部60(步驟106A)。
接著，檢查部60內之第1運算部60a，從依該複數個偏光條件(λ a，θ b)之各個所取得之全部條件變更晶圓之平均輝度抽出加工條件中之蝕刻量(蝕刻時間te)相同且沈積量(沈積時間ts)五階段變化時之平均輝度之變化特性作為間隔壁變化曲線(未圖示)，並儲存於記憶部85(步驟108A)。又，該第1運算部60a，從依該複數個偏光條件(λ a，θ b)之各個所取得之全部平均輝度抽出加工條件中之沈積量相同且蝕刻量五階段變化時之平均輝度之變化特性作為蝕刻變化曲線(未圖示)，並儲存於記憶部85(步驟110A)。
其後，該第1運算部60a從上述複數個偏光條件(λ a，θ b)選擇間隔壁變化曲線具有相同傾向(例如沈積時間ts增加時兩方之平均輝度大致相同地增減的特性)、蝕刻變化曲線具有相反傾向(例如蝕刻時間te增加時一方之平均輝度大致增加但另一方之平均輝度大致減少之特性)的第1及第2偏光條件，將所選擇之兩個偏光條件儲存於記憶部85(步驟112B)。圖14(e)係顯示在15個間隔壁變化曲線中之第1及第2偏光條件下所取得之兩個變化曲線Bk1及Bk2，圖14(f)係顯示在15個蝕刻變化曲線中之第1及第2偏光條件下所取得之兩個變化曲線Ck1及Ck2。變化曲線Bk1及Bk2以相同傾向變化，變化曲線Ck1及Ck2以相反傾向變化。
接著，第1運算部60a，係以將藉由第1偏光條件所取得之間隔壁變化曲線Bk1以增益a及偏置b修正後之變化曲線(未圖示)與藉由第2偏光條件所取得之間隔壁變化曲線Bk2一致之方式、亦即修正後之曲線與曲線Bk2之差分△Bk透過最小平方法而成為最小之方式決定增益a及偏置b，將此等增益a及偏置b儲存於記憶部85(步驟114B)。此外，圖14(e)之右側之縱軸係差分△Bk之值。此外，當部分差分△Bk之值變得較大時，亦可 設為僅差異該部分之增益a’及偏置b’。
其次，第1運算部60a，係算出將以圖14(f)之第1偏光條件所取得之蝕刻變化曲線Ck1以在步驟114B所算出之增益a及偏置b修正後之曲線(未圖示)與以第2偏光條件所取得之蝕刻變化曲線Ck2之差分以蝕刻時間te(蝕刻量)之函數來表示之曲線(以下，稱為基準蝕刻曲線。)SE1，將所算出之基準蝕刻曲線SE1儲存於記憶部85(步驟116B)。此外，圖14(f)右側之縱軸為基準蝕刻曲線SE1之值。又，基準蝕刻曲線SE1亦可以與蝕刻時間te相關之1次式或高次多項式來加以近似。藉由以上之動作，結束求出在評估加工條件時所使用之評估條件即第1及第2偏光條件之條件搜尋。
其次，係對在實際之元件製造步驟中藉由元件製造系統DMS而形成有重複圖案17B之晶圓10d，藉由評估裝置1進行偏光檢查，藉此將加工條件中之蝕刻量以下述方式評估。此評估動作亦稱為蝕刻監測。首先，在圖15(b)之步驟138中，於元件製造系統DMS藉由執行參照圖14(a)~(d)所說明之間隔壁雙重圖案程序，製造於各照射區域形成有重複圖案17B之晶圓10d。此時之加工條件，於全部照射區域中，關於間隔壁之沈積量(沈積時間ts)為最佳沈積時間(適當量)，關於蝕刻量(蝕刻時間te)為最佳蝕刻量(適當量)。然而，實際上有可能會因薄膜形成裝置(未圖示)之膜厚不均而產生間隔壁之沈積量不均，而有可能因蝕刻裝置300之蝕刻不均產生蝕刻量不均。此情形下，由於若單純進行偏光檢查，由於則會於其檢查結果亦包含除了蝕刻量以外之起因於間隔壁之沈積量之部分，因此係將該間隔壁之沈積量之影響以下述方式加以排除。
被製造出之晶圓10d，係透過未圖示之對準機構裝載於圖2(a)之評估裝置1之載台5上(步驟122A)。接著，評估裝置1中，在透過上述條件得出而決定之第1及第2偏光條件下，拍攝晶圓10d之像並將影像訊 號輸出至影像處理部40(步驟124A)。
其次，影像處理部40依第1及第2偏光條件之各個生成晶圓10d全面之數位影像。接著，依該第1及第2偏光條件，使用分別對應之數位影像，就晶圓10d全部之照射區域內之複數個設定區域16(參照圖6(c))之每一個算出平均訊號強度(平均輝度)，並將算出結果輸出至檢查部60(步驟126)。接著，檢查部60內之第3運算部60c，係就晶圓10d全部之設定區域16之每一個，從將以第1偏光條件所取得之平均輝度以在上述步驟114B所算出之增益a及偏置b修正後之輝度，減去以第2偏光條件所取得之平均輝度，而算出平均輝度之差分△ni，並將算出結果儲存於記憶部85(步驟128)。從此差分△ni大致地除去與圖14(e)之修正後之間隔壁變化曲線Bk1,Bk2對應之成分，僅大致殘留與圖14(f)之蝕刻變化曲線Ck1,Ck2之修正後之差分對應之成分。
接著，第3運算部60c，係就晶圓10d全部之設定區域16之每一個，將上述平均輝度之差分△ni代入在上述步驟116B所儲存之圖14(f)之基準蝕刻曲線SE1，算出或推定對應之蝕刻量(蝕刻時間)teni，並將算出結果或推定結果儲存於記憶部85(步驟140)。從如上述算出或推定之蝕刻量teni已除去起因於間隔壁之沈積時間之成分。其後，控制部80將蝕刻量teni換算為例如亮度(或亦可使顏色變化)並將晶圓10d全面之蝕刻不均顯示於顯示裝置(未圖示)(步驟142)。進而，在控制部80之控制下，從訊號輸出部90透過主電腦600對蝕刻裝置300提供晶圓10d全面之蝕刻不均之資訊(步驟144)。與此對應地，在蝕刻裝置300之控制部(未圖示)，例如求出該蝕刻不均與適當蝕刻量之差分之分布，當此差分之分布超過既定之容許範圍時，係進行例如蝕刻部之調整等之修正。藉此，在其後之步驟138(間隔壁雙重圖案程序)之執行時減少蝕刻不均，而能高精度地製造節距P/2之重複圖案17B。
根據此實施形態，藉由使用形成有實際元件用之重複圖案17B之晶圓10d在兩個偏光條件下進行PER檢査，而能除去間隔壁之影響而高精度地推定或評估該圖案之形成時所使用之蝕刻裝置300之蝕刻量。
此外，同樣地，藉由在兩個偏光條件下進行PER檢査，而能除去蝕刻量之影響而高精度地推定或評估間隔壁之蝕刻量。
又，作為在間隔壁雙重圖案程序下之加工條件，除了蝕刻量及間隔壁之沈積量以外，亦可考量例如曝光裝置100之曝光時之劑量及聚焦位置等。
又，上述實施形態中，曝光裝置100雖係使用液浸曝光法之掃描步進機，但在使用乾燥型之掃描步進機或步進機等曝光裝置作為曝光裝置100之情形，亦適用上述實施形態而能得到相同之效果。再者，在使用作為曝光用光之波長為100nm以下之EUV光(Extreme Ultraviolet Light)之EUV曝光裝置或使用電子束作為曝光光束之電子束曝光裝置之情形，亦能適用上述實施形態。
又，如圖16所示，半導體元件(未圖示)係經由設計元件之功能性能的設計步驟(步驟S221)、製作根據此設計步驟之光罩(標線片)的光罩製作步驟(步驟S222)、從矽材料等製作晶圓用基板的基板製作步驟(步驟S223)、藉由元件製造系統DMS或使用此之圖案形成方法將圖案形成於晶圓之基板處理步驟(步驟S224)、進行元件組裝的組裝步驟(含切割步驟、接合步驟、及封裝步驟等)(步驟S225)、以及進行元件之檢査的檢査步驟(步驟S226)等加以製造。在該基板處理步驟(步驟224)中，係執行包含藉由元件製造系統DMS而於晶圓塗布抗蝕劑之步驟、藉由元件製造系統DMS內之曝光裝置100將標線片之圖案曝光於晶圓之曝光步驟、以及使晶圓顯影之顯影步驟的微影步驟、以及藉由評估裝置1使用來自晶圓之光評估曝光條件等之評估步驟。
此種半導體元件製造方法中，係使用前述之評估裝置1評估曝光條件等，並根據例如此評估結果修正其曝光條件等，藉此製程呈良好之狀態，最終能提升被製造之半導體之良率。
此外，本實施形態之元件製造方法中，雖特別說明了半導體元件之製造方法，但本實施形態之元件製造方法除了使用半導體材料之元件以外，亦適用於使用例如液晶面板或磁碟等半導體材料以外之材料之元件的製造。
此外，本發明不限定於上述實施形態，可在不脫離本發明要旨之範圍內採取各種構成。
1‧‧‧評估裝置
5‧‧‧載台
10‧‧‧晶圓
20‧‧‧照明系
21‧‧‧照明單元
22‧‧‧光源部
23‧‧‧調光部
24‧‧‧導光光纖
25‧‧‧照明側凹面鏡
26‧‧‧照明側偏光濾光器
30‧‧‧受光系
31‧‧‧受光側凹面鏡
32‧‧‧受光側偏光濾光器
35‧‧‧攝影裝置
35a‧‧‧成像透鏡
35b‧‧‧攝影元件
40‧‧‧影像處理部
50‧‧‧運算部
60‧‧‧檢查部
60a,60b,60c‧‧‧運算部
80‧‧‧控制部
90‧‧‧訊號輸出部
100‧‧‧曝光裝置
200‧‧‧塗布顯影機
300‧‧‧蝕刻裝置
500‧‧‧搬送系
600‧‧‧主電腦
DMS‧‧‧元件製造系統
ILD‧‧‧繞射光
ILI‧‧‧照明光

Claims (24)

  1. 一種評估裝置，具備：照明部，以照明光照明基板，該基板具有藉由在包含第1及第2加工條件之複數個加工條件下之加工而設置之構造體；檢測部，檢測藉由前述照明光而從前述基板之被加工面產生之繞射光；以及推定部，根據在繞射條件不同之複數個評估條件下藉由前述檢測部取得之檢測結果，推定前述基板部之加工時之前述第1加工條件與前述第2加工條件之至少一方。
  2. 如申請專利範圍第1項之評估裝置，其中，前述複數個評估條件包含第1及第2評估條件；前述推定部，係從以前述第1評估條件取得之前述檢測結果與以前述第2評估條件取得之前述檢測結果之差分推定前述第1加工條件與前述第2加工條件之至少一方。
  3. 如申請專利範圍第2項之評估裝置，其中，該差分係對以前述第1評估條件取得之前述檢測結果與以前述第2評估條件取得之前述檢測結果之至少一方之檢測值，進行施加偏置之處理與賦予任意倍率之處理之至少一方後的差分。
  4. 如申請專利範圍第1項之評估裝置，其中，前述基板之加工包含透過投影光學系使前述基板曝光的動作；前述第1及第2加工條件之一方係前述基板曝光時之曝光量；前述第1及第2加工條件之另一方係前述基板曝光時對前述投影光學系的對焦狀態。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之評估裝置，其中，於前述基板之前述被加工面，作為前述構造體設有元件用之構造體； 前述檢測部，檢測藉由前述照明部而從前述基板之前述元件用之構造體產生之繞射光。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之評估裝置，其中，前述檢測部，檢測在前述基板之前述被加工面反射之前述照明光之偏光成分；前述複數個評估條件中，射入前述基板之前述照明光之偏光狀態及射入角之至少一方不同。
  7. 如申請專利範圍第1項之評估裝置，其中，進一步具備載台，可載置前述基板；控制部，以前述檢測部在繞射條件不同之複數個量測條件下檢測前述繞射光之方式，控制前述載台、前述照明部與前述檢測部之一方之相對之驅動。
  8. 一種曝光系統，具備：曝光部，具有對基板表面曝光圖案之投影光學系；以及申請專利範圍第1項之評估裝置；依據藉由前述評估裝置之前述推定部推定之前述第1加工條件修正前述曝光部之加工條件。
  9. 如申請專利範圍第1項之評估裝置，其中，前述評價裝置進一步具備載台，可載置前述基板；控制部，以前述檢測部在繞射條件不同之複數個量測條件下檢測前述繞射光之方式，控制前述載台、前述照明部與前述檢測部之一方之相對之驅動。
  10. 一種評估方法，係以照明光照明基板，該基板具有藉由在包含第1及第2加工條件之複數個加工條件下之加工而設置之構造體； 檢測藉由前述照明光而從前述基板之被加工面產生之繞射光；根據在繞射條件不同之複數個評估條件下檢測從前述被加工面產生之繞射光而取得之檢測結果，推定前述基板之加工時之前述第1加工條件與前述第2加工條件之至少一方。
  11. 如申請專利範圍第10項之評估方法，其中，前述複數個評估條件包含第1及第2評估條件；在進行前述推定時，係從以前述第1評估條件取得之前述檢測結果與以前述第2評估條件取得之前述檢測結果之差分推定前述第1加工條件與前述第2加工條件之至少一方。
  12. 如申請專利範圍第11項之評估方法，其中，係對以前述第1評估條件取得之前述檢測結果與以前述第2評估條件取得之前述檢測結果之至少一方之檢測值進行施加偏置之處理與賦予任意倍率之處理之至少一方後的差分。
  13. 如申請專利範圍第10項之評估方法，其中，前述基板之加工包含透過投影光學系使前述基板曝光的動作；前述第1及第2加工條件之一方係前述基板之曝光時之曝光量；前述第1及第2加工條件之另一方係前述基板之曝光時對前述投影光學系的對焦狀態。
  14. 如申請專利範圍第10項之評估方法，其中，於前述基板之前述被加工面，作為前述構造體設有元件用之構造體；在檢測從前述基板之被加工面產生之光時，檢測藉由前述照明光而從前述基板之前述元件用之構造體產生之繞射光。
  15. 如申請專利範圍第10項之評估方法，其中，在檢測從前述基板之被加工面產生之光時，檢測在前述被加工面反射之前述照明光之偏光成分；前述複數個評估條件中，射入前述基板之前述照明光之偏光狀態及射 入角之至少一方不同。
  16. 如申請專利範圍第10至15項中任一項之評估方法，其中，係一邊改變前述第1及第2加工條件之至少一方、一邊加工評估用基板，於前述評估用基板之被加工面之複數個區域設置前述構造體；以前述照明光照明前述評估用基板之前述被加工面；檢測藉由前述照明光而從前述評估用基板之前述被加工面產生之繞射光；使用在繞射條件不同之複數個評估條件下對前述評估用基板檢測從前述被加工面產生之繞射光而取得之檢測結果，預先求出會產生能抑制相對前述第2加工條件之變化之變化量之檢測結果的前述複數個評估條件並加以儲存。
  17. 如申請專利範圍第16項之評估方法，其中，預先求出前述複數個評估條件並儲存時，求出對在前述複數個評估條件下檢測從前述基板之前述被加工面產生之繞射光而取得之檢測結果，為了抑制相對前述第2加工條件之變化之變化量所施加之運算式並加以儲存。
  18. 如申請專利範圍第10項之評估方法，其中，將前述基板以載台載置；以檢測前述繞射光之檢測部在繞射條件不同之複數個量測條件下檢測前述繞射光之方式，控制前述載台、將前述基板以前述照明光照明之照明部與前述檢測部之一方之相對之驅動。
  19. 一種加工方法，係藉由加工而於基板表面設置圖案；使用申請專利範圍第10項之評估方法推定前述基板之前述第1加工條件；依據藉由前述評估方法推定之前述第1加工條件修正前述基板之曝光時之加工條件。
  20. 如申請專利範圍第19項之加工方法，其中，將前述基板以載台載置；以檢測前述繞射光之檢測部在繞射條件不同之複數個量測條件下檢測前述繞射光之方式，控制前述載台、將前述基板以前述照明光照明之照明部與前述檢測部之一方之相對之驅動。
  21. 一種元件製造方法，具有於基板表面設置圖案之加工步驟；在前述加工步驟係使用申請專利範圍第19項之加工方法。
  22. 如申請專利範圍第21項之元件製造方法，其中，將前述基板以載台載置；以檢測前述繞射光之檢測部在繞射條件不同之複數個量測條件下檢測前述繞射光之方式，控制前述載台、將前述基板以前述照明光照明之照明部與前述檢測部之一方之相對之驅動。
  23. 一種元件製造方法，具有於基板表面設置圖案之加工步驟；在前述加工步驟係使用申請專利範圍第19項之加工方法；依據製造對象之元件，儲存為了抑制相對前述第2加工條件之變化之變化量所施加之運算式。
  24. 如申請專利範圍第23項之元件製造方法，其中，將前述基板以載台載置；以檢測前述繞射光之檢測部在繞射條件不同之複數個量測條件下檢測前述繞射光之方式，控制前述載台、將前述基板以前述照明光照明之照明部與前述檢測部之一方之相對之驅動。
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