WO2004040625A1 - 露光装置の制御方法および装置 - Google Patents

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WO2004040625A1
WO2004040625A1 PCT/JP2003/013788 JP0313788W WO2004040625A1 WO 2004040625 A1 WO2004040625 A1 WO 2004040625A1 JP 0313788 W JP0313788 W JP 0313788W WO 2004040625 A1 WO2004040625 A1 WO 2004040625A1
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WO
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exposure
film thickness
change
development
circuit pattern
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/013788
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yasuhiro Yoshitake
Shunichi Matsumoto
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70491—Information management, e.g. software; Active and passive control, e.g. details of controlling exposure processes or exposure tool monitoring processes
    • G03F7/70516—Calibration of components of the microlithographic apparatus, e.g. light sources, addressable masks or detectors
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70625—Dimensions, e.g. line width, critical dimension [CD], profile, sidewall angle or edge roughness

Definitions

  • the present invention relates to a method of controlling an exposure apparatus, and more particularly to a method of measuring a change in film thickness of a photosensitive agent to be exposed during development and feeding back the change to the exposure amount of the exposure apparatus.
  • One layer circuit pattern is formed by a developing step and thereafter an etching step of etching the film using the remaining resist as a mask, and these steps are performed by repeating each step.
  • the line width of the circuit pattern is an important item that determines the characteristics such as the operating frequency of the transistor.
  • Electron Microscope performs dimensional inspection.
  • the correction is generally performed using the exposure amount of the exposure apparatus.
  • the automation of this exposure amount correction see, for example, K. B. Implementation of a Closed-loop CD and Overlay Controller for sub 0.25 / xm Patterning, SPIE Vol.
  • the dimensional change with respect to the exposure And is obtained by measuring the change in line width when the exposure is performed while varying the exposure amount.
  • the line width depends not only on the exposure, but also on the sensitivity of the resist. Therefore, when the sensitivity of the resist can change on the way, it is necessary to update the information of the dimensional change with respect to the change in the exposure amount. This is particularly important for chemically amplified resists that have recently been developed for deep ultraviolet light or electron beam exposure, because their sensitivity is likely to change.
  • each shot of the resist-coated wafer was exposed at different exposure doses, and the residual film thickness after development of each shot and the intensity of the white reflected light were measured.
  • Eth an exposure amount sufficient to dissolve the compound in an aqueous solution—for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-12031.
  • the optimum exposure amount for an actual pattern is calculated by multiplying Eth by an appropriate coefficient (for example, 2).
  • the measurement on a dummy wafer without a pattern has been the mainstream until now, but it is now possible to measure the film thickness on a product wafer on which a pattern is formed.
  • This is a method called scatterometry, which optically measures the cross-sectional profile from the reflected light of a repetitive pattern. For example, see “Specular Spectroscopic Scatterometry in DUV Lithography, SPIE Vol. It has been disclosed. Disclosure of the invention
  • the above-described resist sensitivity measuring method has the following problems. That is, since the Eth of the above-mentioned known example depends on process conditions such as a development time and a resist film thickness, it is necessary to individually obtain the Eth for each kind of semiconductor device and each process condition of a process. This is not a major problem in the case of single-unit mass-produced products such as DRAM, but it must be avoided in the case of system LSIs with diversified products in terms of production efficiency. Therefore, one measured data can be applied to other process conditions. We need to be able to do it.
  • the film thickness is converted only from the light intensity of the white light itself, it greatly depends on an error in the light intensity measurement. As miniaturization advances, the required line width accuracy becomes stricter, so it is essential to improve the accuracy of resist sensitivity measurement.It is important to increase the accuracy by calculating film thickness from multiple data. .
  • an object of the present invention is to provide a highly accurate resist sensitivity measuring method applicable to various kinds and a sensitivity measuring method capable of monitoring even a product wafer.
  • a method for controlling an exposure apparatus includes a step of exposing different regions of a substrate coated with a photosensitive agent with different exposure amounts, and a method of controlling a change in film thickness of the photosensitive agent on the substrate during development. Measuring; and calculating a development speed change with respect to the exposure amount from the film thickness change for each of the different exposure amounts; the development speed change; a circuit pattern; a wavefront aberration of the exposure lens; A step of calculating an exposure amount for obtaining a desired line width of the circuit pattern from a light source image shape, a development time, and a film thickness of the photosensitive agent; and a step of feeding back the exposure amount to an exposure apparatus.
  • the problems disclosed by the present application and the solutions thereof will be clarified by the description of the embodiments of the invention and the drawings.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a basic flow of exposure apparatus control according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement of different exposure areas on a wafer
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a resist film thickness measurement system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a diagram for explaining the change in film thickness and the development speed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a plurality of measurement systems according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a change in the developing speed with respect to the exposure amount
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an optimal exposure amount calculation flow
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a flow of calculating a resist profile after development.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method of obtaining a line width CD from a resist profile
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a feedback system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a diagram for explaining details of a server
  • Figure 12 is a diagram illustrating a feedback system using scatteroraetry measurement
  • Figure 13 is a diagram illustrating measurement points on a product wafer
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a line & space profile change during development
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a development speed change model
  • Fig. 16 is a diagram explaining the flow of using different measurements for dummy wafers and product wafers.
  • Figure 17 is a diagram illustrating a conventional scatterometry device
  • Fig. 18 is a diagram illustrating the conventional scatterometry measurement.
  • the step of measuring the change in the film thickness may use a spectral spectrum of white reflected light. According to this, since the film thickness is calculated from the intensity change for each wavelength, the accuracy is improved as compared with the case where the film thickness is calculated from the reflection intensity of a single white light.
  • the different regions of the substrate may be arranged in a line through a center of rotation of the substrate. According to this, it is possible to measure the white reflected light in a desired area during rotation with a simple control.
  • the step of measuring a change in film thickness during development may include measuring white reflected light in the different region in synchronization with rotation of the substrate. According to this, it is possible to measure the white reflected light in a desired area during rotation with a simple control.
  • the step of measuring a change in film thickness during development may be performed while the measurement unit moves in a radial direction with respect to the rotation of the substrate. According to this, it is possible to measure the white reflected light in a desired area during rotation with a simple control.
  • the step of measuring a change in film thickness during development may be performed by using a plurality of measurement units for different regions of the substrate. You. According to this, it is possible to measure the white reflected light in a desired area during rotation with a simple control.
  • the film thickness can be measured using the product wafer instead of the dummy wafer, and the measurement can be performed during the development, so that the overhead of the measurement time is zero. For this reason, it is possible to frequently monitor the resist sensitivity, and it becomes possible to control the exposure amount to suppress minute dimensional fluctuations.
  • the change in the film thickness can be measured using an apparatus for estimating a cross-sectional aperture file of a pattern from a reflected light waveform.
  • the thickness measurement can be performed using a product wafer (not a dummy wafer), and the measurement can be performed during development, so that the measurement time overhead is zero. For this reason, it is possible to use a frequently used resister's sensitivity moater, and to control the exposure amount to suppress minute dimensional fluctuations.
  • An exposure apparatus control device includes a portion for calculating an exposure amount for obtaining a desired line width of the circuit pattern, and a portion for feeding back the exposure amount to the exposure device. According to this, the control method of the exposure apparatus of the present invention can be realized.
  • a control device for an exposure apparatus which has a portion for calculating an exposure amount for obtaining a line width, and a portion for feeding back the exposure amount to the exposure device. According to this, the control method of the exposure apparatus of the present invention can be realized.
  • Figures 17a and 17b show the configuration.
  • Figure 17a shows a spectroscopic scatterometry measurement device.
  • the white light 3550 emitted from the white light source 350 is irradiated on the line & space pattern 250 on the wafer 20, and the specularly reflected light is separated by the diffraction grating 330, and the sensor 3400 To detect.
  • the spectral type which obtains a light intensity signal for a wavelength
  • there is an incident angle change type which obtains a light intensity signal for an incident angle.
  • the measurement device shown in Fig. 17b changes the angle ⁇ of the incident light 3502 to irradiate the target object and detects the specular reflected light 3503.
  • the light intensity signal 3410 is called a signature, and in the case of a signal obtained by the measuring device of Fig. 17a, it is a signal of a change in light intensity with respect to wavelength.
  • the signature changes according to the cross-sectional profile of the line & space pattern 250. Therefore, signatures for various cross-sectional profiles are obtained in advance by wave optics simulation, and these are stored as a library.
  • a cross-sectional profile is modeled as a rectangle according to the bottom line width L, the film thickness D, and the taper angle of the line & space pattern 250, and the signature is simulated.
  • the light intensity signal 3410 and the library of signatures are compared, and the cross-sectional profile that gives the matched signature, that is, the line width L1, the film thickness D1, and the taper angle H1, are directly measured.
  • step 101 the difference of the substrate coated with the photosensitizer is determined.
  • Fig. 2 shows an example of wafer 2, which is the substrate to be exposed.
  • 'Partitioned areas 201 to 211 indicate areas exposed by changing the exposure amount. For example, a total of 11 shots is exposed to 25% by changing the exposure amount by 5% based on the optimum exposure amount known in advance through experiments and the like.
  • the shots are arranged such that the center of the reference exposure area 206 coincides with the rotation center of the wafer 2 and the areas 201 to 211 are aligned.
  • step 102 a change in the film thickness of the substrate 2 to be exposed during development of the photosensitive agent is measured.
  • a method of measuring a change in film thickness during development will be described with reference to FIG.
  • a wafer 2 coated with a photosensitive agent 21 is placed on a turntable 22 of a developing device. ⁇
  • the turntable 2 2 is rotated by the turntable drive motor 23, and the turntable drive motor 23 is provided with a rotary encoder 2 3 1 for detecting the amount of rotation.
  • an objective lens 31 on moving base 30 is mounted on the moving base 30, an objective lens 31, a beam splitter 32, a holographic grating 33, a CCD sensor 34, and a halogen lamp 35 are mounted.
  • the moving base 30 is driven along the guides 36 and 37 by rotating the pole screw 38 with the moving base drive motor 39, and the rotary encoder 39 1 attached to the moving base drive motor 39. Thus, the movement amount of the movement base 30 is measured.
  • Objective lens 31 on moving base 30 is the center of wafer rotation
  • the guides 36 and 37 are installed on the turntable 22 so that they can pass through 200.
  • the measurement optical system 3 on the moving base 30 will be described.
  • the parallel white light emitted from 35 is reflected by the beam splitter 32 and condensed on the resist 21 via the objective lens 31.
  • the white light reflected by the resist 21 becomes parallel light at the objective lens 31, passes through the beam splitter 32, and becomes holographic.
  • the light is focused on different pixels of the CCD sensor 34 by the grating 33 according to the wavelength of the light in the white light.
  • a spectral waveform 341 of the reflected light of the register 21 is obtained.
  • a white LED may be used instead of the halogen lamp 35.
  • the control processing system calculates the film thickness d of the resist 21 from the spectral waveform 341. This calculation method is described, for example, in "N. Kondo et al., Film thickness measurement of ultra thin film using light of UV wavelength, SPIE Vol. 1673, 1992, pp392-402". Since the film thickness d changes as the development progresses, the film thickness d is set to be plural with respect to the development time t.
  • FIG. 4 shows how the film thickness d changes with the development time t.
  • the control processing system 30000 monitors the signal of the rotary encoder 2 31 to synchronize with the shot of the specific exposure amount coming to the position of the objective lens 31. And capture the spectroscopic waveform 3 4 1
  • the control processing system 3100 rotates the moving base drive motor, monitors the signal of the rotary encoder 391, and performs spectroscopy at the timing when the moving base reaches a predetermined position. This is done by capturing waveform 3 4 1.
  • the moving base 30 reciprocates in the radial direction of the wafer 2 during the imaging, and a predetermined shot is generated when the wafer 2 rotates.
  • the spectral waveform is acquired at the timing when it comes to the position of the objective lens 31.
  • a plurality of measurement optical systems 301 to 300 are arranged at positions corresponding to each shot in the radial direction.
  • the control processing system 3001 monitors the signal of the rotary encoder 231 and captures a spectral waveform at a timing when a predetermined shot comes under each measurement optical system. Since it is not necessary to move the measurement optical system in the radial direction, the interval between acquisition of spectral waveforms during development can be shortened, resulting in higher accuracy ) 1 The measurement of the thickness change becomes possible.
  • step 103 a change in the developing speed with respect to the exposure amount is obtained from the change in the film thickness for the shots 201 to 211 with different exposure amounts in FIG.
  • the development speed has a unit of nm / sec, and in FIG. 4, it is obtained as a slope component when a change in film thickness is approximated by a straight line.
  • FIG. 6 shows a diagram of a change in the developing speed with respect to the obtained exposure amount.
  • step 104 the development speed change with respect to the exposure amount, the circuit pattern, the wavefront aberration of the exposure lens, the light source image shape on the pupil surface of the exposure lens, the development time, and the film thickness of the photosensitive agent, An exposure amount for obtaining a desired line width is calculated.
  • step 104 the details of step 104 will be described using the flow of FIG.
  • a counter m for resist profile calculation / rape is set to 0, and initialization is performed.
  • a circuit pattern image I (X, z) is obtained by inputting the circuit pattern, the wavefront aberration, the light source, the image shape, and the defocus amount z. This method is disclosed, for example, in Yoshitake et al., SPIE Vol.1463, pp678-679, 199.
  • the range of the defocus amount Z is the range of the film thickness of the resist 21 before development.
  • step 1042 the circuit pattern image light intensity distribution I Z (X, z) in the resist film is calculated from the multiple reflection intensity change R (z) in the resist film by the following equation.
  • R (z) is, for example, “2.24” or “2.25” in “Inside PR0LITH, Chris A. Mack, Translated by Toshiharu Matsuzawa, Lithotech Japan, 1997, pp. 30-33. ) Expression.
  • step 1043 using I Z (X, z) and the set exposure amount E, an actual exposure amount distribution I E (x, z) is obtained by the following equation.
  • step 1044 the relationship between the exposure amount and the development speed in FIG. n Convert the exposure distribution IE (x, z) into a development speed distribution D (X, z).
  • step 1045 a resist profile at the set developing time T is obtained from the developing speed distribution D (x, z).
  • step 10451 the counter i and the grid history h (x, z) of the grid 2000 as a resist division unit are set to 0.
  • step 10452 the counter i is incremented by one.
  • step 10453 the time t after the start of development is obtained using the time step ⁇ .
  • step 10454 it is determined whether or not the time t after the start of the development exceeds the development (end) time T. If the time t has exceeded the time, the process ends in step 10458. If not, the process proceeds to step 10455.
  • step 10457 the lattice history h (x, z) of the lattice that could not be solved in the top layer is incremented by one.
  • the grid history h (x, z) indicates that if a grid 2000 is not removed in one cycle of i, it will continue to be exposed to the developer in the next cycle and dissolution will proceed.
  • step 10457 the process returns to step 10452, and the process is repeated.
  • step 1045 the line width of the resist profile is calculated.
  • Figure 9 shows the register profile 211.
  • the line width CD is calculated as the distance between two points where a horizontal straight line having a height obtained by multiplying the height h of the resist profile 211 by a predetermined threshold Th (for example, 0.05) intersects the resist profile 211.
  • Th for example, 0.05
  • step 1048 it is determined whether the difference between the line width CD1 of the resist profile obtained in step 1046 and the center value of the line width standard is larger than zero.
  • a negative resist is assumed, and the line width becomes larger as the exposure amount is larger. Therefore, if the line width is too thick, the exposure amount is reduced in step 150, and if the line width is too thin, the exposure amount is increased in step 11049.
  • a preset exposure amount increase / decrease value ⁇ is used.
  • the counter m is incremented by 1 in step 1.051, returning to step 1.043 to set the exposure to E2 and recalculate. Do.
  • step 1053 With the processing of cm-cm or more, the optimum exposure amount calculation processing ends in step 1053.
  • step 105 this exposure amount is fed back to the exposure apparatus.
  • Feedback is performed by rewriting a recipe file that describes the exposure conditions of the exposure apparatus.
  • the wafer 2 exposed by the exposure device 5 is betaed by the hot plate 41 on the coating and developing device 4. Beta is used to diffuse the acid generated by exposure into the resist. After the beta, wafer 2 is developed by transfer robot 42 It is moved to the rotary table 22.
  • the measurement system 3 measures the change in the film thickness of the resist 21 during development by the method described above, and the control processing system 300000 calculates the change in the development speed.
  • the change in the developing speed calculated by the control processing system 300 is sent to the server 6 via the network 61.
  • the server 6 calculates the optimum exposure amount by the method described with reference to FIGS. 7 and 8, and sends the optimum exposure amount to the exposure apparatus 5 again via the network.
  • the exposure device 5 exposes the wafer with the optimum exposure amount.
  • the input / output control unit 66 stores the development speed data sent from the measurement system 3 in FIG. 10 as the development speed data 643 by the coating / development condition storage unit 64.
  • the control unit 65 activates the circuit pattern image z) calculation unit, and the circuit pattern data 6 11 stored in advance by the reticle data storage unit 6 1 and the pupil plane stored in the device storage unit 6 2.
  • the light source image data 6 21, the lens wavefront aberration data 6 22, and the resist film thickness data 6 41 stored by the coating / development condition storage unit 6 4 are recalled, and step 1 in the flow of FIG.
  • the processing described in 0 41 is performed.
  • the resist film thickness data 641 is used to determine the range of the defocus amount z.
  • control unit 65 starts the circuit pattern image IZ (x, z) in the resist film and performs the processing of step 1042 in FIG.
  • the data 642 of the resist refractive index n and the absorption coefficient k stored in the coating / developing condition storage section 64 is read, and the multiple reflection in the resist film is calculated.
  • the actual exposure distribution IE ( X , z) calculation unit is activated, and the processing of step 1043 in FIG. 7 is performed.
  • the exposure amount data 631 stored in the exposure condition storage section 63 is called.
  • the developing speed distribution D (x, z) calculating section 654 is activated, and the processing of steps 104 and 4 in FIG. 7 is performed.
  • the above-described development speed data 644 is called.
  • the register profile calculation unit is activated, and the processing of steps 1045 of FIG. 7 and the flow of FIG. 8 is performed.
  • the development time 643 stored in advance in the coating / development condition storage unit is read as the development end time.
  • the resist line width calculation unit 656 and the optimum exposure amount calculation unit 657 are activated, and the processing of steps 104 to 105 in FIG. 7 is performed.
  • the finally obtained optimal exposure light amount is stored as the next exposure amount data by the exposure condition storage unit 63, and is also sent to the exposure apparatus 5 via the input / output control unit 66.
  • the measurement system 3 has the same configuration as that of FIG.
  • the first difference is that the control processing system 3002 has a waveform library 3003 for performing the scatterometry measurement described with reference to FIG.
  • the wafer 20 is not a dummy wafer but a product wafer. Therefore, as shown in FIG. 13, the measurement points 20001 to 20005 are obtained by sampling the area where the scatterometry measurement line & pattern exists in each shot.
  • the measuring system moves in the radial direction of the wafer 20 in synchronization with the rotation to measure these measurement points during the rotation of the wafer 20.
  • Figure 14 shows the change in the line & space profile due to development.
  • the development speed is calculated in the same manner as described above, for example, by measuring the average film thickness change at each measurement point. Further, the optimum exposure amount for each shot may be calculated from the developing speed for each measurement point by the above-described method, and the exposure amount at the time of wafer exposure may be changed for each shot. However, since the exposure is not changed in the product, it is the development speed data for one point of the set exposure.
  • Fig. 15a is an example of a model that shifts with respect to exposure
  • Fig. 15b is an example of a model that shifts with development speed
  • Fig. 15c is an example of a model whose slope changes with point A as a fixed point.
  • These models are determined from the time change of the development speed data when multiple dummy wafers shown in Fig. 2 are measured at regular time intervals. It is also preferable that the server 6 generates a database of the model.
  • step 701 it is determined whether the resist to be developed is a new resist mask or the first use after replacing the resist bottle. The latter is because the model of development speed change may change if the resist manufacturing lot changes.
  • step 701 When any of the conditions in step 701 is satisfied, the developing speed is measured using the dummy wafer with the varied exposure amount in step 702, and in step 703, the correction of the developing speed change model shown in Fig. 15 is performed. Do. Thereafter, in step 704, the development speed is measured using the product wafer by using scatterometry measurement. If none of the conditions is satisfied in step 701, step 704 is performed. Thus, in step 705, the optimum exposure amount is calculated and feedback to the exposure apparatus is performed, and the process returns to step 701 to perform the next determination. By the above method, the exposure amount feedback using the product wafer can be performed, so that the frequent feedback corresponding to the minute dimensional fluctuation becomes possible.
  • the development speed can be calculated as the resist sensitivity from the change in the resist film thickness during development for each exposure amount. By combining this value with the exposure and application conditions and equipment data corresponding to the type of semiconductor device, process, and multi-type Exposure feedback that can be applied to the above can also be performed.
  • the film thickness can be measured not only using a dummy wafer but also using a product wafer.
  • measurement can be performed during the normal development process, so that the overhead of the measurement time is zero, the resist sensitivity can be monitored at high frequency, and the exposure amount can be controlled to suppress minute dimensional fluctuations.
  • the present invention it is possible to provide a highly accurate resist sensitivity measuring method applicable to various kinds and a sensitivity measuring method capable of monitoring even a product wafer.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

明細書 露光装置の制御方法およぴ装置 関連出願の相互参照
本願は 2 0 0 2年 1 0月 3 1日に出願された日本国特許出願 特願 2 0 0 2 - 3 1 8 7 0 1号に基づく優先権を主張し、その内容を本願明細書中に援用する。 技術分野
本発明は、 露光装置の制御方法に関し、 特に、 露光される感光剤の現像中の膜 厚変化を測定し、 露光装置の露光量にフィードバックする方法に関する。 背景技術
半導体装置の製造は、 ウェハ上に導電膜または絶縁膜を生成する成膜工程と、 この膜上に感光剤であるレジストを塗布し、 レチクル上の回路パターンをレジス トに露光、 現像する露光'現像工程と、 またこの後、 残存するレジストをマスク として膜をェッチングするェッチング工程によって一層の回路パターンが形成 され、 これらの工程を各層で操り返すことによつて行われている。
ここで、 回路パターン、 特にトランジズタのゲートとなる回路パターンの線幅 は、 トランジスタの動作周波数等、 特性を決定する重要な項目であり、 寸法規格 どおりできているかをチェックするため、 通常 SEM ( Scanning Electron Microscope) で寸法検査が行われている。 また、 測定した寸法の大小により、一 般的には露光装置の露光量で捕正を行っている。 この露光量捕正の自動化に関し て fま、 例 K.ば implementation of a Closed-loop CD and Overlay Controller for sub 0. 25 /x m Patterning, SPIE Vol. 3332、 1998、 pp 461- 470"に記載されている。 さて、 寸法を露光量で補正するためには、 露光量変化に対する寸法変化が情報 と.して必要となる。 一般的には、 これは露光量を振って露光した時の線幅変化を 測定することによって求められる。 しかし、 線幅は露光量だけでなぐ、 一方でレ ジストの感度によっても変化する。 従って、 レジストの感度が途中で変わり得る 場合は、露光量変化に対する寸法変化の情報を更新する必要がある。特に、最近、 遠紫外光や電子ビーム露光に対応して開発された化学増幅レジストでは感度が 変ィ匕し易いので、 このことは重要である。
レジスト感度の測定法に関しては、 レジストの塗られたウェハの各ショットを 異なる露光量で露光し、各ショットの現像後の残存膜厚と関連する白色反射光強 度の計測により、 レジスト膜が完全に溶解するに足る露光量 Ethを算出する方法 ίΚ 例えば、 特開平 5— 1 0 2 0 3 1に開示されている。 この中で実パターンに 対する最適露光量を、 Ethに適当な係数 （例えば 2 ) を掛けて算出することが言 及されている。
また、 膜厚測定に関しては、 これまでパターンの無いダミーウェハでの測定が 主流であつたが、最近パターンの形成された製品ウェハ上での膜厚計測が可能と なっている。 これは、 scatterome ryと呼ばれる方法で、 繰り返しパターンの反 射光から断面プロファイルを光学的に測定するもので、 例えば、 "Specular Spectroscopic Scatterometry in DUV Lithography, SPIE Vol. 3677、 1999、 pp 159- 168"に開示されている。 発明の開示
ところが、 上記レジスト感度測定方法に関し、 次のような問題点がある。 すなわち、 上記公知例の Ethは現像時間やレジスト膜厚等のプロセス条件に依 存するため、 半導体デバイスの品種、 工程の各プロセス条件に対して個別に求め る必要があった。 このことは、 DRAMのような単品大量生産品の場合は大きな問題 にはならないが、 品種が多様化するシステム L S Iの場合は、 生産効率上、 避け なければならない。 従って、 測定した 1回のデータが他のプロセス条件にも適用 できるかたちにすることが必要である。
また、 上記のレジスト感度測定法では、 白色光の光強度そのものだけから膜厚 換算するので、 光強度測定時の誤差に大きく依存してしまう。 微細化が進むと、 要求される線幅精度が厳しくなるため、 レジスト感度の測定精度向上が必須であ り、 多元的なデータから膜厚算出を行うことにより精度を高めることが重要であ る。
また、 上記測定には露光量を振つたダミーウェハを使用する必要があるため、 頻繁な測定を行うことは困難であった。 微細化が進むと、 わずかな感度変化も捉 えて捕正しなければならないため、 ダミーウェハによる測定間での感度変化を製 品ウェハでもモニタできる手法が必要である。
そこで本発明はこのような経緯に基づいてなされたもので、多品種に適用可能 な、 高精度なレジスト感度測定法、 および製品ウェハでもモニタ可能な感度測定 法を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の露光装置の制御方法は、感光剤の塗布された基板 の異なる領域を異なる露光量で露光するステップと、該基板上における該感光剤 の現像中の膜厚変化を測定するステップと、該異なる露光量毎の該膜厚変化から 露光量に対する現像速度変化を求めるステップと、 該現像速度変化と、 回路パタ ーン、 露光レンズの波面収差、 露光レンズ瞳面上の光源像形状、 現像時間、 およ び該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出す るステップと、 該露光量を露光装置にフィードバックするステップとを有する。 その他、 本願が開示する課題、 及ぴその解決方法は、 発明の実施の形態の欄及 び図面により明らかにされる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の実施例である露光装置制御の基本フローを説明する図、 図 2はウェハ上の異なる露光量領域の配置を説明する図、 図 3は本発明の実施例であるレジスト膜厚測定系を説明する図、
図 4は膜厚変化と現像速度を説明する図、
図 5は本発明の別の実施例である複数の測定系を説明する図、
図 6は露光量に対する現像速度変化の例を説明する図、
図 7は最適露光量算出フローを説明する図、
図 8は現像後のレジストプロファイル算出のフローを説明する図、
図 9はレジス トプロフアイルから線幅 C Dを求める方法を説明する図、 図 1 0は本 明の実施例であるフィードバックシステムを説明する図、 図 1 1はサーバの詳細を説明する図、
図 1 2は scatteroraetry計測を用いたフィードバックシステムを説明する図、 図 1 3は製品ウェハ上の計測ポイントを説明する図、
図 1 4は現像中のライン &スペースプロファイル変化を説明する図、 図 1 5は現像速度変化モデルの例を示す図、
図 1 6はダミーウェハと製品ウェハによる測定の使い分けのフローを説明す る図、
図 1 7は従来の scatterometry装置を説明する図、
図 1 8は従来の scatterometry計測を説明する図である。
なお、 図面中で使用した主な符号を以下にまとめて示す。
2 ダミーウェハ 2 0 製品ウェハ
2 1 レジスト 2 2 回転台
2 3 回転台駆動モータ 2 3 1 回転エンコーダ
2 0 0 ウェハ回転中心 3 レジスト膜厚測定系
3 0 測定系移動ベース 3 1 対物レンズ
3 2 ビームスプリッタ 3 3 ホログラフィックグレーティング 3 4 センサ 3 5 ノヽロゲンランプ
3 6、 3 7 ガイ ド 3 8 ポーレネジ 3 9 移動ベース駆動モータ 3 9 1 回転エンコーダ 3 0 0 0 制御処理系 3 0 0 3 波形ライブラリ
3 4 1 分光波形 4
4 1 ホッ トプレート 4 2 搬送ロボット
5 6 サーバ
6 1 ネッ トワーク 発明を実施するための最良の形態
本明細書の記' により、 少なくとも次のことが明らかにされる。
前記露光装置の制御方法において、 前記膜厚変化を測定するステップは、 白色 反射光の分光スペク トルを用いることとできる。 これによれば、 膜厚を各波長に 対する強度変化から算出するので、 白色光単一の反射強度から算出する場合と比 ベて精度が向上する。
前記露光装置の制御方法において、 前記基板の異なる領域は、 該基板の回転中 心を通り、 一列に並んでいることとできる。 これによれば、 回転中の所望の領域 の白色反射光を、 簡単な制御で測定することが可能になる。
前記露光装置の制御方法において、 前記現像中の膜厚変化を測定するステップ は、 前記基板の回転に同期して、 前記異なる領域の白色反射光を測定することと できる。 これによれば、 回転中の所望の領域の白色反射光を、 簡単な制御で測定 することが可能になる。
前記露光装置の制御方法において、 前記現像中の膜厚変化を測定するステップ は、 前記基板の回転に対して、 測定ユニットが半径方向に移動しながら測定する こととできる。 これによれば、 回転中の所望の領域の白色反射光を、 簡単な制御 で測定することが可能になる。
前記露光装置の制御方法において、 前記現像中の膜厚変化を測定するステップ は、 前記基板の異なる領域に対して、 複数の測定ユニットで測定することとでき る。 これによれば、 回転中の所望の領域の白色反射光を、 簡単な制御で測定する ことが可能になる。
また、 回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステツ プと、 該膜厚変化から現像速度を求めるステップと、 該現像速度と、 回路パター ン、 露光レンズの波面収差、 露光レンズ瞳面上の光 ¾ 像形状、 現像時間、 および 該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得る'ための露光量を算出する ステップと、 該露光量を露光装置にフィードバックするステップとを有する露光 装置の制御方法が提供される。 これによれば、 ダミーウェハではなく、 製品ゥェ ハを用いて膜厚測定が行え、 また、 現像中に測定できるので、 測定時間のオーバ 一へッドはゼロとなる。 このため、 頻度の高いレジスト感度のモニタが可能にな り、 細かな寸法変動を抑える露光量制御が可能になる。
更に、 前記露光装置の制御方法において、 反射光の波形からパターンの断面プ 口ファイルを推定する装置を用いて前記膜厚変化を測定することとできる。 これ によれば、 ダミーウェハではなく、 製品ウェハを用いて) 1莫厚測定が行え、 また、 現像中に測定できるので、 測定時間のオーバーヘッドはゼロとなる。 このため、 頻度の高いレジスト'感度のモエタが可能になり、 細かな寸法変動を抑える露光量 制御が可能になる。
感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光する部分と、 該基 板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定する部分と、 該異なる露光量毎 の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求める部分と、 該現像速度変化 と、 回路パターン、 露光レンズの波面収差、 露光レンズ瞳面上の光源像形状、 現 像時間、 および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光 量を算出する部分と、 該露光量を露光装置にフィードバックする部分とを有する 露光装置の制御装置が提供される。 これによれば、 本 S明の露光装置の制御方法 を実現可能となる。
回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定する部分と、 該膜 厚変化から現像速度を求める部分と、 該現像速度と、 回路パターン、 露光レンズ の波面収差、 露光レンズ瞳面上の光源像形状、 現像時間、 および該感光剤の膜厚 から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する部分と、該露光量 を露光装置にフィードバックする部分とを有する露光装置の制御装置が提供さ れる。 これによれば、 本発明の露光装置の制御方法を実現可能となる。
まず以下の詳細な実施態様の説明に先立ち、 前出の scatterometry計測装置に ついて説明を行う。 図 1 7 a 、 1 7 bにその構成を示す。 図 1 7 aは分光型の scatterometry計測装置である。 白色光源 3 5 0から出射した白色光 3 5 0 1を ウェハ 2 0上のライン &スペースパターン 2 5 0に照射して、正反射光を回折格 子 3 3 0で分光し、 センサ 3 4 0で検出する。 一方、 波長に対する光強度信号を 得る分光型とは異なり、 入射角に対する光強度信号を得る入射角変化型がある。 図 1 7 bの計測装置では入射光 3 5 0 2の角度 Θを変化させて対象物に照射し、 正反射光 3 5 0 3を検出する。
次に上記の計測装置で得られた光強度信号の処理方法を図 1 8により説明す る。 光強度信号 3 4 1 0は、 signatureと呼ばれ、 図 1 7 aの計測装置で得られ た信号の場合、 波長に対する光強度変化の信号となる。 signatureはライン &ス ペースパターン 2 5 0の断面プロファイルによって変化する。 そこで、 前もって 様々な断面プロフアイルに対する signatureを波動光学シミュレーシヨンによつ て求めておき、 これらをライブラリとして蓄えておく。
例えばライン &スペースパターン 2 5 0のボトム線幅 L、 膜厚 D、 テーパ角ひ に応じて断面プロファイルを矩形でモデル化し、 signatureのシミュレ一ション を行う。 光強度信号 3 4 1 0と signatureのライブラリの比較を行い、 一致した signatureを与える断面プロファイル、 すなわち線幅 L l、 膜厚 D 1、 テーパ角 ひ 1が計測ィ直となる。
次に、 本発明に関わる露光装置制御方法の一実施例について、 図 1のフローを 用いて説明する。 まず、 ステップ 1 0 1において、 感光剤の塗布された基板の異 なる領域を異なる露光量で露光する。 図 2に被露光基板であるウェハ 2の例を示 す。'区画された領域 2 0 1〜2 1 1は、 露光量を変えて露光した領域を示す。 例 えば、 予め実験等で知られてい'る最適露光量を基準に 5 %ずつ変化させて士 2 5 %まで、 合計 1 1ショット露光する。 ショットの配置は、 基準となる露光領域 2 0 6の中心がウェハ 2の回転中心と一致し、 かつ領域 2 0 1〜2 1 1がー列に なるよう露光する。
これには、 後述するように、 被露光基板 2の回転中に感光剤膜厚変化を測定す るにあたって、 半径方向の一定位置において、 半回転に 1回、 対称配置の 2つの 領域を測定できるため、 回転中心が一致しない場合と比べてサンプリング間隔を 1 / 2に縮めることができるというメリットがある。
次に、 ステップ 1 0 2で被露光基板 2における感光剤の現像中の膜厚変化を測 定する。 ここで、 現像中の膜厚変化測定方法を図 3により説明する。感光剤 2 1 の塗布されたウェハ 2が現像装置の回転台 2 2上に設置されている。 囱転台 2 2 は回転台駆動モータ 2 3により回転され、 回転台駆動モータ 2 3には回転量を検 出する回転エンコーダ 2 3 1が取り付けられている。
また、 移動ベース 3 0上には、 対物レンズ 3 1、 ビームスプリッタ 3 2、 ホロ グラフィックグレーティング 3 3、 C C Dセンサ 3 4、 ハロゲンランプ 3 5が載 置されている。 移動ベース 3 0は、 ポールネジ 3 8を移動ベース駆動モータ 3 9 で回転させることによって、 ガイド 3 6、 3 7に沿って駆動され、 移動ベース駆 動モータ 3 9に取り付けられた回転エンコーダ 3 9 1によって移動ベース 3 0 の移動量が計測される。 移動ベース 3 0上の対物レンズ 3 1が、 ウェハ回転中心
2 0 0を通過できるよう、 ガイド 3 6、 3 7は回転台 2 2に対し設置される。 ここで、 移動ベース 3 0上の測定光学系 3について説明する。 ハロゲンランプ
3 5を出射した平行な白色光はビームスプリッタ 3 2で反射し、 対物レンズ 3 1 を介してレジスト 2 1上に集光される。 レジスト 2 1で反射した白色光は対物レ ンズ 3 1で平行光となり、 ビームスプリッタ 3 2を透過して、 ホログラフィック グレーティング 3 3によって白色光中の光の波長に応じて C C Dセンサ 3 4の 異なる画素上に集光される。 結果として C C Dセンサ 3 4の出力として、 レジス ト 2 1の反射光の分光波形 3 4 1が得られる。 白色光源はハロゲンランプ 3 5の 代わりに白色 L E Dを用いても良い。
制御処理系は、 分光波形 3 4 1からレジスト 2 1の膜厚 dを算出する。 この算 出方法は、 例 ば、 "N. Kondo et al. , Film thickness measurement of ultra thin film using light of UV wavelength, SPIE Vol. 1673, 1992, pp392 - 402"に記載 されている。 現像が進むにつれ膜厚 dが変化するため、 膜厚 dは現像時間 tに対 して複数汆める。
この現像時間 tに対する膜厚 dの変化の様子を図 4に示す。 現像中、 ウェハ 2 は回転しているので、 制御処理系 3 0 0 0は、 回転エンコーダ 2 3 1の信号をモ ニタし、 特定露光量のショットが対物レンズ 3 1の位置に来るのと同期して、 分 光波形 3 4 1を取り込む。 また、 異なる露光量のショットの測定は、 制御処理系 3 0 0 0が移動ベース駆動モータを回転させ、回転エンコーダ 3 9 1の信号をモ ニタし、移動ベースが所定位置に来たタイミングで分光波形 3 4 1を取り込むこ とによって行われる。
このように、 異なる露光量の複数のショットでの膜厚変化を測定するため、現 像中、移動ベース 3 0はウェハ 2の半径方向を往復しながら、 ウェハ 2の回転時 に所定のショットが対物レンズ 3 1の位置に来るタイミングで分光波形の取り 込みを行う。
ここで、 図 5により測定光学系 3の別の実施例について説明する。 測定光学系 3をウェハ 2の半径方向に移動させる代わりに、 半径方向の各ショットに対応し た位置に複数の測定光学系 3 0 1〜 3 0 5を配置する。制御処理系 3 0 0 1は回 転エンコーダ 2 3 1の信号をモ タし、各測定光学系の下に所定のショットが来 るタイミングで分光波形を取り込む。 測定光学系を半径方向に移動させる必要が ないので、 現像中の分光波形取得の間隔を短くすることができ、 より精度の高い )1莫厚変化の測定が可能になる。
以上により、 図 1のフローにおけるステップ 1 0 2の)]臭厚変化測定の方法につ いて説明した。 次にステップ 1 03により、 図 2の異なる露光量のショット 20 1〜2 1 1に対する膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求める。 現像速 度は nm/secの単位を持ち、 図 4において、 膜厚変化を直線近似した時の傾き成分 として求まる。 図 6に、 求められた露光量に対する現像速度変化の図を示す。 さらに、 ステップ 1 04で、 露光量に対する現像速度変化と、 回路パターン、 露光レンズの波面収差、 露光レンズ瞳面上の光源像形状、 現像時間、 および該感 光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得るための露光量を算出する。 以下 でステップ 1 04の詳細について図 7のフローを用いて説明する。
まず、 ステップ 1 040でレジストプロファイル算出/レープのカウンタ mを 0 とし、 初期化する。 次に、 ステップ 1 041で、 回路パターンと波面収差、 光源, 像形状およびデフォーカス量 zを入力として回路パターン像 I ( X , z ) を求め る。 この求め方は、 例えば、 . Yoshitake et al. , SPIE Vol.1463, pp678- 679, 199Γに開示されている。 デフォーカス量 Zの範囲はレジスト 2 1の現像前の膜 厚の範囲とする。
次にステップ 104 2で、 レジスト膜内多重反射強度変化 R (z) からレジス ト膜内の回路パターン像光強度分布 I Z (X , z) を次式により算出する。
lZ(x,z) = l{x,∑)-R(z) ■■■ (式 1)
R (z) の算出式は、 例えば、 "Inside PR0LITH、 クリス. A. マック著、 松澤 敏晴訳、 リソテックジャパン、 1997、第 30頁〜 33頁 の （2. 24)式または（2. 25) 式で与えられる。
次にステップ 1 04 3により、 I Z (X, z) と設定露光量 Eを用い、 次式に より実露光量分布 I E (x, z) を求める。
IE(x,z) = E-IZ(x,z) … （式 2)
次にステップ 1 044で、 図 6の露光量に対する現像速度の関係を用いて、 実 n 露光量分布 I E (x, z) を現像速度分布 D (X , z) に変換する。
さらに、 ステップ 1045により、 現像速度分布 D (x, z) から、 設定した 現像時間 Tにおけるレジストプロファイルを求める。
ここで、 図 8を用いてレジストプロファイルを求める方法を説明する。 まず、 ステップ 10451により、 カウンタ i、 およびレジスト分割単位である格子 2 000の格子履歴 h (x, z) を 0にする。 次にステップ 10452でカウンタ iを 1インクリメントする。
ステップ 10453で、 タイムステップ ΔΤを用いて現像開始後の時間 tを求 める。 ステップ 10454は現像開始後の時間 tが現像 （終了） 時間 Tを越えて いるか判断し、 越えている場合はステップ 10458で処理が終了し、 越えてな い場合はステップ 10455に進む。
ステップ 10455で、 現像速度 D (x, z) とタイムステップ ΔΤおよび格 子履歴 h ( X , z ) から溶解量を求め、 これが最上層の格子 2000の厚さ dよ り大きいかを判断する。 大きい場合は、 ステップ 10456で最上層の格子を除 去することにより t = ΔΤでのレジストプロファイル 21 1が得られる。 小さい 場合は、 ステップ 10452に戻る。
ステップ 10457では、 最上層で解けなかった格子の格子履歴 h (x， z) が 1インクリメントされる。 格子履歴 h (x, z) は、 ある格子 2000が iの 1サイクルで除去されない場合、 引き続き次のサイクルでも現像液に晒されて溶 解が進むことを表している。 ステップ 10457の後はステップ 10452に戻 り、 処理が操り返される。
以上で、 図 7のフローにおけるステップ 1045の詳細説明を行った。 次に図 7のステップ 1046でレジストプロファイルの線幅を算出する。 図 9にレジス トプロファイル 21 1を示す。 線幅 CDは、 レジストプロファイル 211の高さ hに対し、 予め設定したしきい値 Th (例えば 0.05) を掛けた高さの水平な直線 がレジストプロファイル 21 1と交差する 2点間の距離として求められる。 次にステップ 1 0 4 7でレジス トプロファイル算出ループのカウンタ mが 0 であるか判定する。 0の場合はステップ 1 0 4 8に進み、 そうでない場合はステ ップ 1 0 5 2に進む。
ステップ 1 0 4 8では、 ステップ 1 0 4 6で求めたレジストプロファイルの線 幅 C D 1と線幅規格中心値の差分が 0より大きいかを判定する。 本フローではネ ガレジス トを仮定しており、 露光量が大きいほど線幅は太くなる。 従って線幅が 太すぎる場合はステップ 1 0 5 0で露光量を下げ、 細い場合はステップ 1 0 4 9 で露光量を増やす。 露光量増減値としては、 予め設定した露光量増減値 Δ Εを用 いる。 ステップ 1 0 4 9 1 0 5 0で露光量を更新した後、 ステップ 1 .0 5 1で カウンタ mを 1インクリメントし、 ステップ 1 0 4 3に戻り設定露光量を E 2と して再計算を行う。
ステップ 1 0 4 7で m= 0でない場合、すなわち 2回目のレジストプロフアイ ルの計算の場合は、 ステップ 1 0 5 2に進み、 次式により最適露光量 E 3を求め る。 E3 = (CL - CD2V E2~El + E2 … （式 3 )
cm - cm 以上の処理によりステップ 1 0 5 3で最適露光量算出処理が終了する。
以上により、 図 1のフローにおけるステップ 1 0 4の最適露光量算出の方法に ついて説明した。 次にステップ 1 0 5で、 この露光量を露光装置にフィードバッ クする。 フィードバックは露光装置の露光条件を記載したレシピフアイルを書き 換えるカ 露光装置にネットワークを介して露光量のデータを送ることにより行 われる。
次に、 図 1 0により上記で述べたフローを実現するシステムに関して説明す る。 露光装置 5によって露光されたウェハ 2は塗布現像装置 4上のホットプレー ト 4 1によりベータされる。 ベータは露光により発生した酸をレジスト内で拡散 させるために行う。 ベータ終了後、 ウェハ 2は搬送ロボット 4 2によって現像装 置回転台 2 2に移される。前述の方法で測定系 3が現像中のレジスト 2 1の膜厚 変化を測定し、 制御処理系 3 0 0 0が現像速度変化を算出する。
制御処理系 3 0 0ひが算出した現像速度変化は、ネットワーク 6 1を介してサ ーバ 6に送られる。 サーバ 6は図 7およぴ図 8で説明した方法により最適露光量 を算出し、 再びネットワークを介して露光装置 5に最適露光量が送られる。 露光 装置 5は最適露光量によりウェハの露光を行う。
次に図 1 1を用いてサーバ 6の詳細について説明する。 まず、 入出力制御部 6 6が図 1 0の測定系 3から送られてきた現像速度のデータを塗布現像条件記憶 部 6 4により現像速度データ 6 4 3として記憶する。 次に制御部 6 5が回路パタ ーン像 z)算出部を起動し、 予めレチクルデータ記憶部 6 1により記憶され た回路パターンデータ 6 1 1、 装置記憶部 6 2により記憶された瞳面上光源像デ ータ 6 2 1、 レンズ波面収差データ 6 2 2、 および塗布現像条件記憶部 6 4によ り記憶されたレジスト膜厚データ 6 4 1を呼び出し、 図 7のフローにおけるステ ップ 1 0 4 1で説明した処理を行う。 ここで、 レジスト膜厚データ 6 4 1はデフ オーカス量 zの範囲を決めるのに使用する。
次に制御部 6 5は、 レジス ト膜内回路パターン像 IZ (x， z)算出部を起動し、 図 7のステップ 1 0 4 2の処理を行う。 この時、 塗布現像条件記憶部 6 4により記 憶されたレジストの屈折率 nと吸収係数 kのデータ 6 4 2を読み込み、 レジスト 膜内多重反射の計算を行う。 次に、 実露光分布 IE (X, z)算出部が起動され、 図 7 のステップ 1 0 4 3の処理が行われる。 この時、 露光条件記憶部 6 3に記憶され た露光量データ 6 3 1が呼び出される。
次に、 現像速度分布 D (x, z)算出部 6 5 4が起動され、 図 7のステップ 1 0 4 •4の処理が行われる。 この時、 上述の現像速度データ 6 4 4が呼び出される。 次 にレジス トプロファイル算出部が起動され図 7のステップ 1 0 4 5およぴ図 8 のフローの処理が行われる。 この時、 現像終了時間として、 予め塗布現像条件記 憶部に記憶された現像時間 6 4 3が読み込まれる。 次に、レジスト線幅算出部 6 5 6、および最適露光量算出部 6 5 7が起動され、 図 7のステップ 1 0 4 6〜1 0 5 3の処理が行われる。 最終的に得られた最適露 光量は露光条件記憶部 6 3によって次回露光量データとして記憶されるととも に、 入出力制御部 6 6を介して露光装置 5に送られる。
次に、 別の実施例を図 1 2により説明する。 測定系 3は図 3と構成は同じであ る。 違いはまず、 制御処理系 3 0 0 2が、 図 1 8により説明した scatterometry 計測を行うための波形ライブラリ 3 0 0 3をもつことである。 また、 ウエノヽ 2 0 はダミーウェハではなく、 製品ウェハである。 従って、 計測ポイント 2 0 0 1〜 2 0 0 5は、 図 1 3に示すように、 各ショットにおいて scatterometry計測用の ライン &パターンの存在する領域をサンプリングしたものとなる。
測定系は、 これらの計測ポイントをウェハ 2 0の回転中に測定するため、 回転 と同期して、 ウェハ 2 0の半径方向に移動する。 図 1 4に現像によるライン &ス ペースプロファイルの変化を示す。 現像速度は例えば、 各計測ポイントの平均の 膜厚変化を測定することによつて前述と同様の方法で算出される。 また、 計測ポ イント毎の現像速度から前述め方法でショッ ト毎の最適露光量を算出し、 ウェハ 露光時の露光量をショット毎に変えても良い。 但し、 製品では露光量は変化させ ないので、 設定露光量一点に対する現像速度のデータとなる。
従って、 露光量に対する現像速度変化は、 図 1 5に示すようなモデルを仮定す る必要がある。 図 1 5 aは露光量に対してシフトするモデル、 図 1 5 bは現像速 度に対してシフトするモデル、 図 1 5 cは、 A点を固定点として傾きが変化する モデルの例である。 これらのモデルは、 図 2に示したダミーウェハを複数枚、一 定時間の間隔で測定した時の現像速度データの時間変化から決定する。 また、 前 記サーバ 6において当該モデルのデータベースを生成しておくと好適である。 こ のように、 ダミーウェハと同じように現像速度変化のデータが得られるので、 図 7、 図 1 1と同様のフロー、 システムにより製品ウェハを用いた露光量フィード バックを行うことができる。 ここで、 図 2のような露光量を振つたダミーウェハと製品ウェハを用いた現像 速度測定の使い分けを図 1 6のフローにより説明する。 まずステップ 7 0 1で、 現像対象となるレジストが新しいレジストカヽ あるいはレジストボトル交換後最 初の使用かを判断する。 後者は、 レジストの製造ロットが変わると現像速度変化 のモデルが変わる可能性があるためである。
ステップ 7 0 1の条件のいずれかが成立すると、 ステップ 7 0 2で露光量を振 つたダミーウェハによる現像速度測定を行い、 ステップ 7 0 3において、 図 1 5 で示した現像速度変化モデルの修正を行う。 この後、 ステップ 7 0 4で scatterometry計測を用い、 製品ウェハによる現像速度測定を行う。 ステップ 7 0 1において、 いずれの条件もあてはまらない場合は、 ステップ 7 0 4を行う。 こうしてステップ 7 0 5により、 最適露光量算出と露光装置へのフィードバック を行い、 またステップ 7 0 1に戻って次の判定を行う。 以上の方法により、 製品 ウェハを用いた露光量フィードバックができるため、 細かい寸法変動に対応した 高頻度なフィードバックが可能になる。
本発明の実施の形態によれば、 次の効果を奏する。
各露光量に対する現像中のレジスト膜厚変化から現像速度をレジスト感度と して算出でき、 この値と半導体デバイスの品種、 工程に対応した露光および塗布 条件および装置データとを組み合わせることにより、 多品種にも適用可能な露光 量フィードバックを行うことができる。
また、 上記膜厚測定に scatterometry計測を適用することにより、 ダミーゥェ ハだけでなく、 製品ウェハを用いて膜厚測定が行える。 これにより、 通常の現像 プロセス中に測定できるので、 測定時間のオーバ一ヘッドはゼロとなり、 また高 頻度のレジスト感度モニタが可能になり、 細かな寸法変動を抑える露光量制御が 可能になる。
以上、 本発明の実施の形態について、 その実施の形態に基づき具体的に説明し たが、 本発明はこれによって限定されるものではなく、 その要旨を逸脱しない範 囲で種々変更可能である。 産業上の利用の可能性
本発明によれば、 多品種に適用可能な、 高精度なレジスト感度測定法、 および 製品ウェハでもモニタ可能な感度測定法を提供することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光する.
と、
該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定- 該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求めるス テツプと、
該現像速度変化と、 回路パターン、 露光レンズの波面収差、 露光レンズ瞳面上 の光源像形状、 現像時間、 および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅 を得るための露光量を算出する.
該露光量を露光装置にフィー
を有する、 露光装置の制御方法。
2 .前記膜厚変化を測定するステップは、白色反射光の分光スぺク トルを用いる、 請求項 1に記載の露光装置の制御方法。
3 .前記基板の異なる領域は、 該基板の回転中心を通り、 一列に並んでいる、 請 •求項 1に記載の露光装置の制御方法。
4 . 前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、 前記基板の回転に同期して、 前記異なる領域の白色反射光を測定する、 請求項 3に記載の露光装置の制御方 法。
5 . 前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、 前記基板の回転に対して、 測 定ュニットが半径方向に移動しながら測定する、請求項 4に記載の露光装置の制 御方法。
6 . 前記現像中の膜厚変化を測定するステップは、 前記基板の異なる領域に対し て、 複数の測定ユニットで測定する、 請求項 4に記載の露光装置の制御方法。
7 . 回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定するステップ と、 該膜厚変化から現像速度を求めるステップと、
該現像速度と、 回路パターン、 露光レンズの波面収差、 露光レンズ瞳面上の光 源像形状、 現像時間、 および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得 るための露光量を算出- 該露光量を露光装置にフィー
を有する、 露光装置の制御方法。
8 . 反射光の波形からパターンの断面プロファイルを推定する装置を用いて前記 膜厚変化を測定する、 請求項 7に記載の露光装置の制御方法。
9 . 感光剤の塗布された基板の異なる領域を異なる露光量で露光する部分と、 該基板上における該感光剤の現像中の膜厚変化を測定する部分と、
該異なる露光量毎の該膜厚変化から露光量に対する現像速度変化を求める部 分と、
該現像速度変化と、 回路パターン、 露光レンズの波面収差、 露光レンズ瞳面上 の光源像形状、 現像時間、 および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅 を得るための露光量を算出する部分と、
該露光量を露光装置にフィードバックする部分と
を有する、 露光装置の制御装置。
1 0 . 回路パターンの転写された感光剤の現像中の膜厚変化を測定する部分と、 該膜厚変化から現像速度を求める部分と、
該現像速度と、 回路パターン、 露光レンズの波面収差、 露光レンズ瞳面上の光 源像形状、 現像時間、 および該感光剤の膜厚から該回路パターンの所望線幅を得 るための露光量を算出する部分と、
該露光量を露光装置にフィ一ドバックする部分と
を有する、 露光装置の制御装置。
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