(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトレジスト工程中のＣＤおよびＣＤの均一性を改善してウェーハの生産性を高める。【解決手段】以下のステップを含む。第１のプロセスウェーハ上に第１のレジスト層を形成する。加熱工程において、第１の温度曲線を基に第１のレジスト層上に第１のレジスト  パターンを形成する。その後、第１のレジストパターンからの散乱光線の生成および収集を行う。そして、散乱光線を処理して第１のレジストパターンのＣＤの３Ｄデータを得る。続いて、加熱工程に必要な第２の温度曲線を決定して第２のレジストパターンのＣＤを得る。この第２のレジストパターンのＣＤには、第２のプロセスウェーハ上の第２のレジストパターンが含まれる。最後に、加熱工程において、第２の温度曲線を基に第２のレジストパターンを形成する。【選択図】図１
2006287232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整合された光学計測システムを含む半導体装置のリソグラフィ工程システムであって、前記リソグラフィ工程システムは、
プロセスウェーハ上にパターニングされたレジスト層が形成され、前記加熱工程は加熱板を含み、前記加熱板は複数の制御可能な温度加熱領域を含み、前記加熱工程は第１の温度曲線を基に加熱ステップを行う加熱工程を含むリソグラフィ工程装置と、
前記パターニングされたレジスト層からの散乱光線の生成および収集を行う装置と、
前記散乱光線を処理して前記パターニングされたレジスト層のＣＤを含む３Ｄデータを得る装置と、
前記加熱工程に必要な第２の温度曲線を決定して実行し、第２のプロセスウェーハ上の第２のレジストパターンに所定の第２のレジストパターンのＣＤを形成する装置と、
前記第２の温度曲線を制御可能な温度加熱領域へ送信する装置と、を備え、
前記第２の温度曲線を基に、前記加熱工程において前記第２のレジストパターンを加熱することを特徴とする半導体装置のリソグラフィ工程システム。
【請求項２】
前記プロセスウェーハ上にパターニングされたレジスト層が形成され、前記加熱工程は加熱板を含み、前記加熱板は複数の制御可能な温度加熱領域を含み、前記加熱工程は第１の温度曲線を基に加熱ステップを行う加熱工程を含むリソグラフィ工程装置、前記パターニングされたレジスト層からの散乱光線の生成および収集を行う装置、前記散乱光線を処理して前記パターニングされたレジスト層のＣＤを含む３Ｄデータを得る装置、前記加熱工程に必要な第２の温度曲線を決定して実行し、第２のプロセスウェーハ上の第２のレジストパターンに所定の第２のレジストパターンのＣＤを形成する装置および前記第２の温度曲線を制御可能な温度加熱領域へ送信する装置は、所定のプログラム化された命令を基に、制御装置と互いに通信することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項３】
マスクにより第１のレジスト層に露光を行って前記パターニングされたレジスト層を形成する放射エネルギー露光装置と、
前記加熱工程を含む露光後加熱（ＰＥＢ）装置と、
現像工程により前記第１のレジスト層を現像して前記パターニングされたレジスト層を形成する現像装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項４】
前記パターニングされたレジスト層からの散乱光線の生成および収集を行う装置は、
光線により前記パターニングされたレジスト層の所定領域を探知する装置と、
前記パターニングされたレジスト層からの前記散乱光線の検知および保存を行って散乱のスペクトルを発生させる複数の検知装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項５】
前記所定領域の直径は、少なくとも１０μｍよりも大きいことを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項６】
前記パターニングされたレジスト層からの散乱光線の生成および収集を行う装置は分光計を含み、
前記分光計は、リフレクトメータまたはエリプソメータであることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項７】
前記パターニングされたレジスト層は、回折格子を形成する校正パターンを少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項８】
前記加熱工程に必要な第２の温度曲線を決定して実行し、第２のプロセスウェーハ上の第２のレジストパターンに所定の第２のレジストパターンのＣＤを形成する装置は、
第１のレジストパターンのＣＤが所定の許容誤差範囲を超えるときに前記加熱ステップの生産工程を中断する装置と、
校正ステップを起動してモデル関数関係（model functional relationship）を得る装置と、
前記プロセスウェーハの前記生産工程を再び起動し、前記決定装置には少なくとも前記モデル関数関係が含まれている装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項９】
前記加熱板は、制御装置に結合された複数のセンサおよび加熱要素を有することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項１０】
前記制御可能な温度加熱領域は、前記制御装置がプログラム化された命令を基に、幾何形状を選択することを特徴とする請求項９に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項１１】
前記制御装置は前記パターニングされたレジスト層からの散乱光線の生成および収集を行う装置に接続され、プログラム化された命令を基に、前記散乱光線を収集することを特徴とする請求項９に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項１２】
前記パターニングされたレジスト層からの散乱光線の生成および収集を行う装置は少なくとも一つの処理装置を含み、プログラム化された命令を実行することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ工程システム。
【請求項１３】
前記パターニングされたレジスト層のＣＤを表示する表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のリソグラフィ工程システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ工程に関し、特に集積回路の製造工程においてレジストベーキングおよび現像の処理方法に関する。この処理方法には、整合された温度制御装置および光学計測システムが含まれ、動態およびリアルタイムの方式によりレジストのベーキング工程を調整し、フォトレジスト工程中のＣＤ（critical-dimension）と、ＣＤの均一性とを改善してウェーハの生産性を高める。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの急速な発展により半導体デバイスのサイズは縮小し続け、これにより半導体のチップサイズは徐々に小さくなって半導体デバイスの密度は向上し続けている。半導体のサイズが小型化かつ高密度に向かって発展する際に発生する問題は、リソグラフィパターニング工程の精確度およびパターニングの解析能力の向上へと次第に移ってきている。公知のリソグラフィ工程では、レジストのＣＤを改善してウェーハのＣＤ均一性を向上させるために様々な方法が利用されていた。
【０００３】
従来の方法では、たとえば特許文献１に開示されているように、先ずウェーハの処理表面上にレジスト層を塗布してからマスクによりフォトレジストを露光し、その後、露光後加熱（Post Exposure Bake：ＰＥＢ）工程によりレジストの物理特性を変えるが、この特性にはレジストに化学反応を発生させて後続の現像工程においてレジストの一部を溶解させることが含まれている。ＰＥＢ工程の温度および時間は、後続の現像で形成されるレジストプロファイルのＣＤ制御にとって非常に重要であった。その内、温度は後続の現像で形成するレジストＣＤに変異を発生させて回路上に欠陥が発生しないように、０．１℃内に制御しなければならなかった。
【０００４】
半導体デバイスのＣＤを１００ｎｍ以下にまで縮小すると、レジストプロファイル上に形成された小さいナノメートル級サイズの変化量はＣＤに対して非常に大きな影響を与え、ＣＤにエラーを発生させた。例えば、半導体工程において、ＣＤを定義する偏移量（Bias）および許容誤差（Tolerance）の二つのパラメータは容易に影響を受けた。ＣＤの偏移量とは、パターニングされたレジストイメージとマスクイメージとの間の横向サイズの違いを指す。また、ＣＤの許容誤差とはＣＤの偏移量（例えば３個のＳｉｇｍａ）の統計分布状況を指してパターニングの均一性を示す。例えばポリシリコンのゲート構造をエッチングするとき、ゲートの長さによりトランジスタのチャネル長さと電気特性とを決定し、チャネル長さおよび電気特性は、ゲートの製造工程におけるゲートのＣＤ均一性が非常に重要であった。そして、均一性が不足しているレジストパターンは、集積回路の工程および信頼性に悪い影響を与えた。例えば、リソグラフィ工程においてウェーハ内に不良ＣＤが繰り返して発生すると、ウェーハの生産性を下げて製造コストを増大させた。
【０００５】
従来技術では、レジスト現像を完成させた後に走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscopy：ＴＥＭ）を利用してＡＤＩ（After Development Inspection）工程を行っていた。しかし、例えばＳＥＭ検査は表面のＣＤデータを得ることができるが、現像した後のレジストパターンのプロファイルを得ることはできなかった。一方、ＴＥＭを使用した場合、レジストパターンを含むプロファイル（横断面）をサンプルにしてＰＥＢまたは現像工程の後のレジストパターンが要求に合致しているか否かを確認するが、この方式では時間が非常にかかる上、破壊的な検査方式であった。
【０００６】
従来技術におけるもう一つの欠点は、ＰＥＢ工程で好適な効率を達成することができない場合、ＰＥＢ工程の温度を変えるために再び加熱板の校正および調整をしなければならない上、試行錯誤の方法により校正するため、時間が非常にかかる点であった。また、ウェーハの製造工程は、満足できるレジストＣＤが得られるまでＰＥＢの工程温度を調整しなければならないために中断されることがよくあった。しかし残念なことに、環境の変数、ハードウェア設備の変数および所定回路の線幅やピッチの所定要素を含む多くの変動要素により、必要なＣＤを製造するため、既に決定されているＰＥＢ工程温度を得ることはできなかった。そのため、満足するレジストパターンのＣＤを得るため、非常に多くの時間とコストをかけてウェーハを再加工しなければならなかった。
【０００７】
そのため、レジスト計測技術を改善する集積回路の製造工程と、スピーディーかつ正確にウェーハのレジストパターンプロファイルを決定し、リソグラフィ工程の変数を調整することによりＣＤおよびウェーハ内のＣＤの均一性を調整するリソグラフィ工程の変数を調整する方法が望まれていた。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２１４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、集積回路の製造工程を提供してレジスト計測技術を改善し、リソグラフィ製造工程の変数を調整する方法により、ウェーハのレジストパターンプロファイルをスピーディかつ正確に決定し、リソグラフィ工程の変数を調整することによりＣＤおよびウェーハ内のＣＤの均一性を改善してウェーハの生産量を高めることにある。そして、これにより従来技術の欠点を克服する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のリソグラフィ工程の収率および生産性を高めるリソグラフィ工程システムを用いた工程は、主に以下のステップを含む。第１のプロセスウェーハ上に第１のレジスト層を形成するステップ。続いて、加熱工程において、第１の温度曲線を基に、第１のレジスト層上に第１のレジストパターンを形成し、その加熱工程には複数の制御可能な温度加熱領域が含まれる。その後、第１のレジストパターンからの散乱光線の生成および収集を行う。その後、散乱光線を処理して第１のレジストパターンのＣＤの３Ｄデータを得る。続いて、加熱工程に必要な第２の温度曲線を決定して第２のレジストパターンのＣＤを得る。この第２のレジストパターンのＣＤには、第２のプロセスウェーハ上にある第２のレジストパターンが含まれる。最後に、加熱工程において、第２の温度曲線を基に第２のレジストパターンを形成する。
【発明の効果】
【００１１】
上述したことから分かるように、本発明のＣＤを動態制御する整合式光学計測およびリソグラフィ工程の装置およびその方法は、整合された温度制御装置および光学計測システムを含む処理方法により、動態およびリアルタイムでレジストのベーキング工程を調整する。そして、フォトレジスト工程中のＣＤ（critical-dimension）と、ＣＤの均一性とを改善してウェーハの生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態では、集積回路中のパターニングされたレジスト層のＣＤの精確性および均一性を例に説明しているが、本発明は、ＭＥＭ（Micro-Engineered Machine）の応用領域に利用したり、ＣＤの線幅が０．２５μｍ以下のレジストパターンに利用したりすることにより、レジストパターンにより後続のドライエッチング工程を行ってもよい。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ工程を示すブロック図であり、主にレジストスピンコーティング装置１２Ａ、ソフトベーキング装置１２Ｂ、露光後加熱（ＰＥＢ）装置１２Ｃ、現像装置１２Ｄおよびリンス／ドライ装置１２Ｅを示す。矢印（１１で示す）はリソグラフィ工程の路線を示し、この工程路線に示すようにウェーハは放射エネルギー露光装置１４（例えばステッパー）へ搬送され、散乱エネルギーによりリソグラフィを露光する。この放射エネルギー露光装置１４は、ソフトベーキング装置１２Ｂの下流位置にあり、露光後のＰＥＢ装置１２Ｃの上流位置に配置されている。ウェーハ供給装置１５Ａ、１５Ｂは、リソグラフィ工程が処理するウェーハを提供し、ウェーハの処理順序を決め、これらウェーハには処理中のウェーハまたはバッファ領域にあるウェーハ（例えば校正ステップを再び行うウェーハ）が含まれる。リソグラフィ工程路線中のウェーハ供給装置１５Ａ、１５Ｂを（例えば通信線路１８Ｃにより）制御装置１８へ接続してリソグラフィ工程を自動的に整合する。以下、詳細な内容を述べる。
【００１４】
本発明の一実施形態では、光学計測装置１６を現像装置１２Ｄまたはリンス／ドライ装置１２Ｅに接続してから、例えば分光計（Spectrometer）などの光学計測装置１６によりレジストから散乱されたデジタル形式のスペクトルを収集する。もう一つの実施形態の光学計測装置１６は、従来技術において散乱光線の探知、検知および収集を行う分光計であるエリプソメータ（Ellipsometer）、リフレクトメータ（Reflectometer）などである。制御装置１８は、通信線路１８Ａにより光学計測装置１６へ接続され、制御装置１８は、例えば少なくとも一つの専用の処理装置で記憶媒体を備え、主に演算法によりデジタル信号を処理し、制御装置の命令および各装置の応答信号を送受信する。その後、収集されたスペクトル信号を順次、受信、保存および処理して制御命令に応答する。本実施形態では、制御装置１８を光学計測装置１６へ組み込み、光学計測装置１６をリソグラフィ工程へ入れてもよい。本実施形態の通信線路１８Ａで示されている通信方式は、例えば有線または無線の通信である。
【００１５】
本発明の一実施形態において、制御装置１８と加熱装置１２Ｂ、１２Ｃとの間の通信には通信線路１８Ｂが使用されている。ここで注意しなければならないことは、温度の状態情報を伝送して加熱領域の温度設定命令へ応答するため、複数の加熱装置は制御装置１８へ接続してもよいという点である。他の実施形態の加熱装置１２Ｂ、１２Ｃは、複数の加熱要素を有する加熱板でもよく、その加熱要素には、例えば抵抗性加熱装置および熱電対または少なくとも一つの加熱要素を有するＲＴＤ（Resistive Temperature Detector）など、公知の加熱装置およびセンサが含まれる。制御装置１８は、プログラム化された命令により複数の加熱要素を選択し、幾何加熱形状にクラスタ形成して加熱板の加熱領域とする。
【００１６】
図２（Ａ）は、本発明の好適な一実施形態による加熱要素２２Ａ、２２Ｂの加熱板２２を示す平面図である。ここで加熱要素２２Ａ、２２Ｂの形状には工程ウェーハの直径範囲が含まれ、例えばＰＥＢ工程を行うときに加熱板２２とウェーハの背面とを接触させる。各加熱要素２２Ａ、２２Ｂは、制御装置１８に接続されている加熱装置およびセンサを有し、加熱装置およびセンサは、各加熱要素の温度を検知かつ制御することのできる、例えば抵抗式加熱装置および熱電対またはＲＴＤでもよい。ここで注意しなければならないことは、制御装置の制御および処理信号の機能を光学計測装置１６へ整合させ、リソグラフィ工程装置（加熱装置１２Ｂ、１２Ｃを含む）と光学計測装置１６との間の通信および制御機能は、有線または無線の方式により行うことができ、この箇所にある各リソグラフィ製造工程装置は、制御および通信などの機能を備える関連要素（装置）を有するという点である。そして、この制御および通信機能により、上流、下流の処理装置の状態および処理後の結果を基に全体のリソグラフィ工程の動作を制御する。
【００１７】
本発明の一実施形態は、複数の加熱要素２２Ａ、２２Ｂにより形成されたクラスタの幾何加熱形状を選定して加熱板の加熱領域にする。例えばこれは図２（Ｂ）に示すように、ウェーハに対応する加熱領域である。制御装置１８は、プログラム化された命令によりウェーハ加熱領域に対応した幾何加熱形状を選択し、様々な数の加熱要素クラスタが加熱領域の幾何形状に隣接するようにし、加熱領域の加熱要素を加熱板上へ配置する。
【００１８】
図２（Ｂ）に示すように、操作を行うときに、加熱板の加熱領域に対応するウェーハ表面の所定領域（加熱領域）によりウェーハまたは工程ウェーハ上の所定領域を探知・検知する。ここで注意しなければならないことは、工程ウェーハ３０の位置情報がすでに知られており、加熱板の加熱領域と互いに関連しているという点である。例えば、工程ウェーハ３０上の領域は、図示するように加熱板上の加熱領域に対応しており、特にＰＥＢ装置１２Ｃ上でＰＥＢ工程を行う領域を指す。例えばこれは同心円状の加熱形状３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄおよび数個に細分化された隣接領域１、２、３である。
【００１９】
続いて図１を参照する。レジストスピンコーティング装置１２Ａにおいてウェーハ上にレジストを塗布してから、ソフトベーキング装置１２Ｂにおいてソフトベーキング工程を行って余分な溶剤を除去してレジストの安定性を増加させる。その後、ウェーハを放射エネルギー露光装置１４（例えばステッパー）へ搬送し、マスクによりレジスト層を露光し、ウェーハ上のダイ領域を形成する。続いて、ウェーハをリソグラフィ工程のＰＥＢ装置１２Ｃへ搬送する。その後、各加熱要素または加熱領域（その温度は、例えば８０〜１６０℃の間である）の所定温度曲線に対応してウェーハを現像装置１２Ｄへ搬送する。その後、リソグラフィ工程を行い、リソグラフィ上の溶解可能な材料を分解する。この材料は、例えばポジ型化学増幅型レジスト（Positive Chemically Amplified Resist）であり、レジスト内の光酸発生剤（Photo-acid generator：ＰＡＧ）の酸質であり、ＰＥＢ工程において、触媒作用で分解可能な材料を現像溶液中に溶解させる。その後、リンス／ドライ装置１２Ｅの脱イオン水によりリンスおよび乾燥工程を行う。
【００２０】
図１に示すように、本発明のもう一つの実施形態によると、現像レジストパターンを含むウェーハを光学計測装置１６へ搬送し、入射光線により加熱領域に対応したレジストパターンの所定領域を探知し、レジストパターンから散乱された所定の波長範囲の光線によりスペクトルを形成する。好適な実施形態では、例えばダイオードアレイを有するリフレクトメータ（Reflectometer）またはエリプソメータ（Ellipsometer）により、これら散乱された光線を収集するなど、同時に全ての散乱光線を収集する。
【００２１】
本発明の一実施形態は、レジストパターンのデジタルデータである散乱光線スペクトルを制御装置１８へ送って処理および分析作業を行い、好適な実施形態では専用の処理装置によりこれらの作業を行う。その後、以下でＯＣＤ（Optical Critical Dimension）分析法と呼ぶＡＤＩ工程を行い、分光デジタルデータ（スペクトル）を収集して３Ｄのデジタルデータへ変換し、レジストパターンのサンプルに対して得た３Ｄデジタルデータはレジストパターンの深度を示す関数である。ここで注意しなければならないことは、制御装置１８がグラフィック表示装置または分離方式のグラフィック表示装置を含み、グラフィック表示ソフトウェアによりリソグラフィパターンの３Ｄデジタルデータを、選定した参考座標に関連するグラフィックデータへ変換してもよいということである。本実施形態のＯＣＤ分析法は、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis：ＲＣＷＡ）の使用を含む。
【００２２】
本実施形態において、ＰＥＢおよび現像ステップのリソグラフィ工程によりパターニングされた隣接するレジストラインを有するウェーハ上にレジスト格子（Resist Grating）を形成し、そのレジストラインは所定の線および間隔を有する。続いて、レジスト格子から散乱されたスペクトルを収集して回折分析するが、好適な実施形態ではＲＣＷＡを利用して、適当な境界条件によりシステムの微分方程式を解析する。例えば、ＲＣＷＡを行う前に、例えば境界条件と関係する仮説条件など、未使用の簡便化または近似の仮説条件にする。
【００２３】
図３（Ａ）は、リソグラフィ工程を利用してウェーハ上にレジスト格子を形成した状態を示す模式図である。レジストライン３２Ａ、３２Ｂは、所定の線幅および間隔を有する。本発明の好適な実施形態において、領域Ａは、例えば面積が約５０×５０μｍなどの入射光により形成された検知領域に対応し、好適な実施形態ではＡ領域の直径は、少なくとも１０μｍよりも大きい。相対的に領域Ｂは、ＣＤの変異量を決定するためにＡＤＩ工程を行う従来技術のＳＥＭの検知領域を示す。例えば、ＳＥＭの検知領域Ｂは約１×１μｍの１５０００倍であり、従来技術のＳＥＭ処理方法と比べ、本実施形態のＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法が使用する表面検知領域Ａとの比率は少なくとも２５００：１よりも大きく、好適には１００：１よりも大きい。
【００２４】
また、ＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法は、パターニングされたレジスト層に関するプロファイル３Ｄグラフィック情報を提供する。例えばこれはＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法によりリソグラフィ層または上部領域のＣＤなど、ＳＥＭ分析方法に類似する。ただし本実施形態の方法には、リソグラフィ層の深度を関数とするリソグラフィ層のプロファイルのデータが含まれる。例えばこれは現像されたレジスト層の側壁に関するＣＤデータである。
【００２５】
図３（Ｂ）は、本発明の好適な一実施形態による光学計測法計測基板４２Ａ、カバー材料層４２Ｂおよびパターニングされたレジスト層４４のウェーハ表面を示す断面図である。分光計（Spectrometer）からの検知光源により形成される入射光（矢印４６により示す）は、レジスト層の検知領域へ向かい、レジスト層の表面に垂直な線と入射角θ（例えば０〜９０°の間）を形成し、レジスト層の深度を関数とするＣＤの解析度を改善する。一部の入射光線は表面により散乱され（符号３８Ａで示す）、残りの入射光はレジスト層を透過して（符号３８Ｃで示す）検知される散乱光線３８Ｂが形成される。例えば、従来技術の検知装置により光線３８Ａ、３８Ｂを収集すると同時に、様々な波長範囲を有する散乱光線を収集する。この従来の検知装置は、例えば発光ダイオードアレイ検知装置である。光学デジタルイメージ分析法は、露出されたレジスト層の検知表面の３Ｄデータを決定し、これらのデータにはＣＤのデータが含まれる。例えば、レジスト層の深度を関数とする幅Ｗ１、Ｗ２などのデータである。
【００２６】
ここで注意しなければならないことは、本発明の実施形態は制御装置１８からの命令により加熱板の加熱領域に必要な加熱データを仮定するという点である。例えば、データベースソフトウェアを使用してこれら加熱データを構築し、加熱要素２２Ａ、２２Ｂおよび加熱装置に加熱領域（例えば１、３１Ａなどの領域）を集めて形成し、加熱領域の数は各加熱要素のサイズにより決定される。続いて、各ウェーハの加熱領域を表すスペクトルの収集および保存を行う。例えば、計算されたＣＤパラメータ値を保存し、これらパラメータ値は、例えばウェーハ表面上で選択された計測点および加熱領域の温度に対応するＣＤ偏移量、ＣＤ許容誤差を選択し、所定ウェーハのＰＥＢ工程へ適用する。加熱領域の温度変化量とこれら領域のＣＤ変化量との間の構築モードは、公知の統計方法により得ることができる。例えばこれには直線や非直線の最小二乗法解析などの関数フィッティング法（Function Fitting Relationship）を使用する。
【００２７】
図４は、本発明のＰＥＢ工程の加熱領域の温度変化量とこれら領域に対応したＣＤ変化量との間の構築モードを示す。そして、数個のＭＣＤ（Mean Critical Diameter）を表すデータ点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３とＰＥＢ工程で使用する加熱領域を示し、ＡＤＩ光学デジタル分析法によりウェーハ表面の計測領域のＭＣＤを決定する。つまり、関数フィッティング法によるＣＤ変化量を１ｎｍよりも小さくし、温度変化が０．２℃よりも小さいレジストの曲線プロファイルＡ１を形成する。本発明の実施形態では、公知の直線か非直線の最小二乗法解析法によりＡ１曲線を決定する。また、レジスト格子により関数の関係を構築するときは、先ず同じか異なるウェーハ上に複数のレジスト格子を形成する。また、ＰＥＢ製造工程期間において、加熱領域デバイスのＰＥＢ温度は、所定値により異なる変化を与えて様々な温度ステップ（Step）を得て、加熱領域の温度曲線とＣＤパラメータとの間のパラメータ関係を改善する。
【００２８】
加熱領域の温度曲線とＣＤパラメータとの間の関数関係を取得した後、この関数関係を利用して必要な温度曲線を決定して後続のＰＥＢ製造工程においてウェーハのＣＤパラメータを取得する。ＰＥＢおよび現像ステップなどのリソグラフィ工程によりレジストパターンを形成してから、ウェーハを光学計測装置１６へ搬送してＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法により収集された散乱光線を処理し、主にレジストパターンの上表面および側壁の関連パラメータを含むＣＤの３Ｄデータパラメータ（例えばＣＤ偏移量、ＣＤ許容誤差および／または均一度）を得る。続いて、ＣＤの曲線情報を分析してデータと必要なＣＤとの間の変化量を決定し、主にウェーハにＰＥＢ工程を行うときに、上述の関数関係をＣＤ曲線に用いて加熱領域の温度曲線を決定する。
【００２９】
その後、取得した温度曲線により加熱要素を含む加熱板と通信を行って次の加熱工程を行う。ここで注意しなければならないことは、ＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法およびＰＥＢ装置で決定する温度曲線と加熱板との間の通信は、自動化された関数により決定することができる点である。例えば、制御装置１８によりプログラム化された命令を実行して光学計測装置１６、ＰＥＢ装置１２Ｃおよびリソグラフィ工程装置と通信する。なお、これらの装置にはウェーハの選択およびウェーハの搬送という機能が含まれる。
【００３０】
加熱要素の温度および加熱領域の温度との間の第２の関数関係のデータは、例えば公知の校正方法により加熱領域の温度を制御するなど、必要な加熱板の温度データを取得することができる。そのため、本発明の一実施形態による整合式光学検知システムおよびその検知方法は、各加熱要素の絶対温度が経常的に校正されることを効果的に無くし、レジスト層のＣＤを精確に制御することができる。
【００３１】
レジスト層ＣＤと温度との間の相対変化関係は、関数関係でこれを示すため加熱領域の絶対温度値を得る必要はない。ハードウェア設備、環境またはリソグラフィ工程の変化レベルへスピーディに反応させるため、加熱領域の温度変化量とレジストＣＤとを定期的に関連させて両者間の関数関係を更新する必要がある。また、所定の生産工程を行う前に、例えば複数の様々な線幅、ピッチ、密度の回路パターンにより形成された様々な関数関係など複数の様々な関数関係を予め取得して保存することができる。また、フォトレジスト工程中のレジスト成分、ソフトベーキングの温度や時間、ＰＥＢ工程の温度や時間および現像工程などのパラメータが変化すると、様々な関数関係が必要となり、上述の変化量はレジストパターンのＣＤに影響を与えた。
【００３２】
加熱領域とレジストパターンのＣＤとの間の関数関係により、工程処理においてＰＥＢ工程パラメータをリアルタイムで調整し、ＣＤのパラメータを改善して生産量および収率を高め、校正のために生産を止める回数を減らして収率を高める。本発明の一実施形態では、製造中のウェーハに対してＡＤＩ光学デジタルイメージ分析を定期的に行う。好適な実施形態では、ＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法によりウェーハを検知し、選定されたＣＤパラメータおよび関数関係を比較することにより加熱要素に必要な調整量を直ちに得て、その調整量をＰＥＢ工程の上流ウェーハへ応用する。これにより、本実施形態は生産線上の加熱領域のパラメータ調整量をリアルタイムで利用して不良なＣＤ変異量をスピーディに探し出して修正し、好適なＣＤパラメータを得ることができる。
【００３３】
また、ＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法を自動的に起動させてリソグラフィ工程の路線を決定し、所定の許容誤差範囲を超えるレジストＣＤパラメータを決定する。不良なＣＤパラメータが発生した場合、リソグラフィ装置はプログラム化された命令を基に、ウェーハを処理検知するモードに切換えて上述のレジスト格子の校正ステップを行い、もう一つの新しい関数関係を形成する。そして、新しい関数関係を得た後に、リソグラフィ装置の工程をウェーハの生産モードに切換える。ここで注意しなければならないことは、上述の工程にはＡＤＩ光学デジタルイメージ分析ステップ、校正のための生産中断、生産工程の起動などが含まれるという点である。
【００３４】
図５は、本発明の一実施形態による製造工程の方法を示す流れ図である。ステップ５０１において、ＰＥＢ工程中のウェーハ上にレジストパターンを形成し、加熱板には複数の選択可能な温度制御加熱領域が含まれている。続いてステップ５０３において、ＰＥＢ加熱板上のレジストパターン領域から散乱されるスペクトルの収集および保存を行い、加熱板上の加熱領域を加熱レジスト層へ用いる。ステップ５０５において、散乱されたスペクトルを処理して３ＤレジストパターンのＣＤ情報を得るが、この情報にはレジストパターンの上表面および側壁等の関連パラメータが含まれる。ステップ５０７において、制御可能な加熱領域の温度を複数決定して温度曲線を得て、製造工程の上流にあるウェーハに必要なＣＤパラメータを得る。その後、ステップ５０９において、制御可能な加熱領域およびＰＥＢ製造工程のウェーハ上に必要な温度パラメータを発生させる。その後、矢印５１１に示すように、ウェーハに対してステップ５０３〜５０９を繰り返して実行する。
【００３５】
上述したように、本発明の一実施形態による整合式光学計測およびリソグラフィ工程の装置およびその方法は、主にリソグラフィ工程をＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法に整合してレジストのＣＤパラメータおよびウェーハの生産量および収率を改善する。本発明の長所は、ＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法を公知のリソグラフィ工程中へ容易に整合することができる点であり、パターニングされたレジストに関連する３ＤのＣＤデータを提供し、これら３ＤのＣＤデータの解析度は公知の２ＤのＣＤデータよりも優れている。例えば、これはＳＥＭまたはＴＥＭからの２Ｄデータである。また、ＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法により得た３ＤのＣＤは非破壊性の分析に属し、公知のＳＥＭまたはＴＥＭとスピーディに分析比較することができる。ＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法は、許容された時間範囲内で少ない仮説条件を利用してウェーハのＡＤＩ工程を行い、公知の製造工程では達成することのできなかったレベルまで収率を向上させることができる。またＰＥＢ工程においてＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法と、制御可能な加熱領域の温度とを整合し、工程処理においてリアルタイムでＰＥＢ工程の温度を調整して好適なレジストＣＤを得ることにより製造工程の生産能力および収率を向上させることができる。また、関数の関係によりリアルタイムでＣＤのパラメータを予測することにより加熱板の温度変化量に対応してＡＤＩ光学デジタルイメージ分析法により各加熱要素の絶対温度を経常的に校正することを無くし、工程の自由度を高めることにより工程が停止される回数を減らす。ここで最も重要なことは、工程全体は自動化の方式により行うことが容易である点であり、これらの工程には主に量産工程、校正ステップおよび環境パラメータや工程条件の調整ステップが含まれ、ウェーハの生産力および収率を高めることができる。
【００３６】
本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態によるリソグラフィ工程を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）本発明の一実施形態による加熱要素を有する加熱板を示す平面図である。（Ｂ）本発明の一実施形態による加熱領域を有する半導体ウェーハの表面を示す平面図である。
【図３】（Ａ）本発明の一実施形態によるレジストパターンおよび検知領域を有する半導体ウェーハの表面を示す平面図である。（Ｂ）本発明の一実施形態による光学計測によるレジストパターンを有する半導体ウェーハ表面を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるレジストパターンのＣＤ平均変異量と加熱領域の温度値との間の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態および製造工程の方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、２、３…隣接領域  １１…リソグラフィ工程の路線、
１２Ａ…レジストスピンコーティング装置、  １２Ｂ…ソフトベーキング装置、
１２Ｃ…露光後加熱（ＰＥＢ）装置、  １２Ｄ…現像装置、
１２Ｅ…リンス／ドライ装置、
１４…放射エネルギー露光装置、  １５Ａ、１５Ｂ…ウェーハ供給装置、
１６…光学計測装置、１８…制御装置、
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ…通信線路、  ２２…加熱板、
２２Ａ、２２Ｂ…加熱要素、  ３０…工程ウェーハ、
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ…加熱形状、
３２Ａ、３２Ｂ…レジストライン、  ４２Ａ…基板、
３８Ａ、３８Ｂ…散乱光線、  ４４…パターニングされたレジスト層、
４２Ｂ…カバー材料層、  ４６、３８Ｃ…入射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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