(57)【要約】 【課題】所望形状のエッチングパターンを容易に得ることができる露光条件設定方法を提供すること。【解決手段】被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する（ステップ1〜5）。次いで、被エッチング膜をエッチングし、レジストパターンを剥離して前記複数の部位の被エッチング膜のパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定し（ステップ6〜9）、逐次露光の露光量およびフォーカス値と、レジストパターンの線幅と、エッチングパターンの線幅とに基づいて、所望形状のエッチングパターンを得るために許容される露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定する（ステップ10〜11）。【選択図】  図３
2006173579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する工程と、
前記複数の部位のレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記レジストパターンが形成されたレジスト膜をエッチングマスクとして用いて前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を前記基板から剥離して、前記複数の部位にエッチングパターンを形成する工程と、
前記複数の部位のエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量およびフォーカス値の組み合わせと、前記複数の部位の前記レジストパターンの形状測定結果と、前記複数の部位の前記エッチングパターンの形状測定結果とに基づいて、所望形状のエッチングパターンを得るために許容される露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定する工程と
を有することを特徴とする露光条件設定方法。
【請求項２】
前記管理範囲が決定された後に、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と、
被エッチング層を備えた製品基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を前記決定された露光量とフォーカス値により所定の製品パターンで露光し、現像し、前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を剥離してエッチングパターンを形成する工程と、
前記エッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記エッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲内か否かを判断する工程と、
前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲から外れた場合に、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように、前記管理範囲に属する新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の露光条件設定方法。
【請求項３】
前記管理範囲が決定された後に、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と、
被エッチング層を備えた製品基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を前記決定された露光量とフォーカス値により所定の製品パターンで露光し、現像し、前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を剥離してエッチングパターンを形成する工程と、
前記エッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記エッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲内か否かを判断する工程と、
前記製品基板に形成されたエッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲から外れ、かつ、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように露光量とフォーカス値を変更しようとすると、その新たな露光量とフォーカス値の組み合わせが前記管理範囲から外れる場合に、その新たな露光量とフォーカス値で前記製品パターンを用いて前記別の製品基板を露光し、現像し、得られたレジストパターンの形状を測定する工程と、
前記レジストパターンの形状が所定の寸法範囲内の場合に、前記テストパターンの目標寸法と前記テスト基板に形成されたレジストパターンの形状と前記逐次露光に用いられた露光量とフォーカス値の組み合わせとに基づいて露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定する工程と、
前記レジストパターンの形状が前記寸法範囲外の場合に、新たなテスト基板を用いて露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定するための一連の処理を再実行する工程と
をさらに有することを特徴とする記載の露光条件設定方法。
【請求項４】
前記新たなテスト基板を用いて新たな管理範囲を決定する場合には、新たなテスト基板の処理に先立って、レジスト膜形成からエッチング処理後のレジストパターン剥離に至る一連の処理に用いられる装置の点検を行うことを特徴とする請求項３に記載の露光条件設定方法。
【請求項５】
前記複数の部位は、露光量とフォーカス値とを要素とするマトリックスを構成していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の露光条件設定方法。
【請求項６】
前記パターンの測定対象は、パターンの線幅を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の露光条件設定方法。
【請求項７】
被エッチング層を備えた基板の当該被エッチング層上に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、
レジストパターンの形状とエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部と、
前記露光処理部と前記パターン形状測定部を制御する制御部と
を具備する基板処理装置であって、
前記制御部は、
基板に形成されたレジスト膜の複数の部位に対して所定のテストパターンで露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて逐次露光され、現像されて得られる前記複数の部位のレジストパターンの形状を前記パターン形状測定部で測定した結果と、
前記レジストパターンが形成されたレジスト膜をエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングすることにより形成された前記複数の部位のエッチングパターンの形状を前記パターン形状測定部で測定した結果と、
前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量およびフォーカス値の組み合わせとに基づいて、
所望のエッチングパターンを得るために許容される露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定することを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせで露光された製品基板に形成されたエッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲から外れた場合に、その後に行われる別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように、前記管理範囲に属する新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを決定することを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを用いて露光された製品基板に形成されたエッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲から外れ、かつ、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように露光量とフォーカス値を変更しようとすると、その新たな露光量とフォーカス値の組み合わせが前記管理範囲から外れる場合に、その新たな露光量とフォーカス値で前記別の製品基板を露光するように前記露光処理部を制御し、
前記新たな露光量とフォーカス値で露光処理された別の製品基板に形成されたレジストパターンの形状が所定の寸法範囲に収まった場合に、前記逐次露光された基板に形成されたレジストパターンの形状と当該レジストパターンの形成に用いられたフォトマスクによる目標寸法と前記逐次露光に用いられた露光量とフォーカス値の組み合わせとに基づいて、露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定することを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記パターン形状測定部は、レジストパターンの形状を測定する第１測定部と、エッチングパターンの形状を測定する第２測定部を有していることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
基板に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、レジストパターンの形状とエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部とを有する基板処理装置をコンピュータに制御させるコンピュータプログラムであって、
実行時に、
被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する工程と、
前記複数の部位のレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記レジストパターンが形成されたレジスト膜をエッチングマスクとして用いて前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を前記基板から剥離して、前記複数の部位にエッチングパターンを形成する工程と、
前記複数の部位のエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量およびフォーカス値の組み合わせと、前記複数の部位の前記レジストパターンの形状測定結果と、前記複数の部位の前記エッチングパターンの形状測定結果とに基づいて、所望形状のエッチングパターンを得るために許容される露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定する工程と
を有する処理が実行されるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させるソフトウェアを含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
前記処理は、さらに、前記管理範囲が決定された後に、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と、
被エッチング層を備えた製品基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を前記決定された露光量とフォーカス値により所定の製品パターンで露光し、現像し、前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を剥離してエッチングパターンを形成する工程と、
前記エッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記エッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲内か否かを判断する工程と、
前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲から外れた場合に、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように、前記管理範囲に属する新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と
有することを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１３】
前記処理は、さらに、前記管理範囲が決定された後に、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と、
被エッチング層を備えた製品基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を前記決定された露光量とフォーカス値により所定の製品パターンで露光し、現像し、前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を剥離してエッチングパターンを形成する工程と、
前記エッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記エッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲内か否かを判断する工程と、
前記製品基板に形成されたエッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲から外れ、かつ、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように露光量とフォーカス値を変更しようとすると、その新たな露光量とフォーカス値の組み合わせが前記管理範囲から外れる場合に、その新たな露光量とフォーカス値で前記製品パターンを用いて前記別の製品基板を露光し、現像し、得られたレジストパターンの形状を測定する工程と、
前記レジストパターンの形状が所定の寸法範囲内の場合に、前記テストパターンの目標寸法と前記テスト基板に形成されたレジストパターンの形状と前記逐次露光に用いられた露光量とフォーカス値の組み合わせとに基づいて露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定する工程と、
前記レジストパターンの形状が前記寸法範囲外の場合に、新たなテスト基板を用いて露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定するための一連の処理を再実行する工程と
を有することを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１４】
被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する工程と、
前記複数の部位のレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
被エッチング層を備えた製品基板の当該エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜を所定の製品パターンで所定の露光量とフォーカス値で露光し、現像し、エッチングし、前記レジスト膜を除去して得られたエッチングパターンの形状を、スキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記エッチングパターンの中にその形状が許容寸法範囲外の領域が存在する場合に、全てのエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲内に収まるように、前記テスト基板の前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量とフォーカス値の組み合わせと、前記テスト基板に形成されたレジストパターンの形状測定データとに基づいて、前記製品基板を露光するための露光量とフォーカス値の組み合わせを変更する工程と
を有することを特徴とする露光条件設定方法。
【請求項１５】
前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲外の領域に対しては、新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを適用し、前記エッチングパターンの形状が許容寸法範囲内の領域については従前の露光量とフォーカス値の組み合わせを適用することを特徴とする請求項１４に記載の露光条件設定方法。
【請求項１６】
被エッチング層を備えた基板の当該被エッチング層上に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、
レジストパターンの形状とエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部と、
前記露光処理部と前記パターン形状測定部を制御する制御部と、
を備えた基板処理装置であって、
前記制御部は、
テスト基板に形成されたレジスト膜の複数の部位が所定のテストパターンで露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて逐次露光され、現像されて得られる前記複数の部位のレジストパターンの形状を前記パターン形状測定部で測定した結果と、
前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量およびフォーカス値の組み合わせと、
被エッチング層とレジスト膜を備えた製品基板の当該レジスト膜を所定の製品パターンで所定の露光量とフォーカス値で露光し、現像し、エッチングし、前記レジスト膜を剥離し得られた前記被エッチング層のエッチングパターンの形状を前記パターン形状測定部で測定した結果とに基づいて、
前記エッチングパターンの中にその形状が所定の許容寸法範囲外の領域が存在する場合に、全てのエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲内に収まるように、前記テスト基板の露光量とフォーカス値の組み合わせを変更することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１７】
前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲外の領域に対しては新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを適用し、前記エッチングパターンの形状が許容寸法範囲内の領域については従前の露光量とフォーカス値の組み合わせを適用することを特徴とする請求項１６に記載の基板処理装置。
【請求項１８】
基板に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、レジストパターンの形状とエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部とを有する基板処理装置をコンピュータに制御させるコンピュータプログラムであって、
実行時に、
被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する工程と、
前記複数の部位のレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、
被エッチング層を備えた製品基板の当該エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜を所定の製品パターンで所定の露光量とフォーカス値で露光し、現像し、エッチングし、前記レジスト膜を除去して得られたエッチングパターンの形状を、スキャテロメトリ技術により測定する工程と、
前記エッチングパターンの中にその形状が許容寸法範囲外の領域が存在する場合に、全てのエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲内に収まるように、前記テスト基板の前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量とフォーカス値の組み合わせと、前記テスト基板に形成されたレジストパターンの形状測定データとに基づいて、前記製品基板を露光するための露光量とフォーカス値の組み合わせを変更する工程と
を有する処理が実行されるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させるソフトウェアを含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１９】
前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲外の領域に対しては、新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを適用し、前記エッチングパターンの形状が許容寸法範囲内の領域については従前の露光量とフォーカス値の組み合わせを適用することを特徴とする請求項１８に記載の、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等を製造する工程において良好な形状のエッチングパターンを形成するために、エッチングマスクとして用いられるレジスト膜を所定パターンで露光する際の最適露光条件を設定する露光条件設定方法、ならびに、当該露光条件設定方法を実行するために用いられる基板処理装置およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダマシン構造等の多層配線構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいては、例えば、層間絶縁膜上にレジスト膜を形成し、レジスト膜を所定パターンで露光し、現像して形成されたレジストパターンをエッチングマスクとして層間絶縁膜をプラズマエッチングして層間絶縁膜のパターニングを行う。また、フォトマスクの作製においても、基板に設けられた遮光層上にレジストパターンを形成し、ドライエッチングにより遮光層をパターニングしている。
【０００３】
このようにして形成されるエッチングパターンの線幅等の管理は、下記の特許文献１に記載されているように、定期的にエッチングパターンの形状をＳＥＭ観察することにより行われている。そして、エッチングパターンの形状が既定の寸法範囲から外れている場合には、オペレーターが、過去の処理データ等に基づいて、エッチング条件やエッチングマスクであるレジストパターンを形成するためのフォトリソグラフィー工程における処理条件（露光量やフォーカス値）を変更すること等により、エッチングパターンの寸法変更を行っている。
【０００４】
しかしながら、ＳＥＭ観察には熟練が必要とされ、形状判断に個人差が生じるので、露光条件を決定するために長い時間を要する問題がある。また、前述した寸法変更方法で調整できるエッチングパターンの寸法は、ウエハ１枚あたり（またはロットあたり）の平均寸法にとどまり、１枚のウエハにおける面内での寸法ばらつきを改善するものではない。
【特許文献１】特開２００３−５９９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、所望形状のエッチングパターンを容易に得ることができる露光条件設定方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、基板の面内全体において所望形状のエッチングパターンを得るための露光条件設定方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、このような露光条件設定方法を実行するための基板処理装置およびコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点では、被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する工程と、前記複数の部位のレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記レジストパターンが形成されたレジスト膜をエッチングマスクとして用いて前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を前記基板から剥離して、前記複数の部位にエッチングパターンを形成する工程と、前記複数の部位のエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量およびフォーカス値の組み合わせと、前記複数の部位の前記レジストパターンの形状測定結果と、前記複数の部位の前記エッチングパターンの形状測定結果とに基づいて、所望形状のエッチングパターンを得るために許容される露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定する工程とを有することを特徴とする露光条件設定方法を提供する。
【０００７】
上記第１の観点において、前記管理範囲が決定された後に、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と、被エッチング層を備えた製品基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を前記決定された露光量とフォーカス値により所定の製品パターンで露光し、現像し、前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を剥離してエッチングパターンを形成する工程と、前記エッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記エッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲内か否かを判断する工程と、前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲から外れた場合に、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように、前記管理範囲に属する新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程とをさらに有するようにすることができる。
【０００８】
また、上記第１の観点において、前記管理範囲が決定された後に、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と、被エッチング層を備えた製品基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を前記決定された露光量とフォーカス値により所定の製品パターンで露光し、現像し、前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を剥離してエッチングパターンを形成する工程と、前記エッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記エッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲内か否かを判断する工程と、前記製品基板に形成されたエッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲から外れ、かつ、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように露光量とフォーカス値を変更しようとすると、その新たな露光量とフォーカス値の組み合わせが前記管理範囲から外れる場合に、その新たな露光量とフォーカス値で前記製品パターンを用いて前記別の製品基板を露光し、現像し、得られたレジストパターンの形状を測定する工程と、前記レジストパターンの形状が所定の寸法範囲内の場合に、前記テストパターンの目標寸法と前記テスト基板に形成されたレジストパターンの形状と前記逐次露光に用いられた露光量とフォーカス値の組み合わせとに基づいて露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定する工程と、前記レジストパターンの形状が前記寸法範囲外の場合に、新たなテスト基板を用いて露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定するための一連の処理を再実行する工程とをさらに有するようにすることができる。
【０００９】
この場合に、前記新たなテスト基板を用いて新たな管理範囲を決定する場合には、新たなテスト基板の処理に先立って、レジスト膜形成からエッチング処理後のレジストパターン剥離に至る一連の処理に用いられる装置の点検を行うことが好ましい。
【００１０】
また、上記第１の観点において、前記複数の部位は、露光量とフォーカス値とを要素とするマトリックスを構成していることが好ましく、前記パターンの測定対象は、パターンの線幅を含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の観点では、被エッチング層を備えた基板の当該被エッチング層上に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、レジストパターンの形状とエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部と、前記露光処理部と前記パターン形状測定部を制御する制御部とを具備する基板処理装置であって、前記制御部は、基板に形成されたレジスト膜の複数の部位に対して所定のテストパターンで露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて逐次露光され、現像されて得られる前記複数の部位のレジストパターンの形状を前記パターン形状測定部で測定した結果と、前記レジストパターンが形成されたレジスト膜をエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングすることにより形成された前記複数の部位のエッチングパターンの形状を前記パターン形状測定部で測定した結果と、前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量およびフォーカス値の組み合わせとに基づいて、所望のエッチングパターンを得るために許容される露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定することを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００１２】
上記第２の観点において、前記制御部は、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせで露光された製品基板に形成されたエッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲から外れた場合に、その後に行われる別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように、前記管理範囲に属する新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを決定するようにすることができる。
【００１３】
また、上記第２の観点において、前記制御部は、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを用いて露光された製品基板に形成されたエッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲から外れ、かつ、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように露光量とフォーカス値を変更しようとすると、その新たな露光量とフォーカス値の組み合わせが前記管理範囲から外れる場合に、その新たな露光量とフォーカス値で前記別の製品基板を露光するように前記露光処理部を制御し、前記新たな露光量とフォーカス値で露光処理された別の製品基板に形成されたレジストパターンの形状が所定の寸法範囲に収まった場合に、前記逐次露光された基板に形成されたレジストパターンの形状と当該レジストパターンの形成に用いられたフォトマスクによる目標寸法と前記逐次露光に用いられた露光量とフォーカス値の組み合わせとに基づいて、露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定するようにすることができる。
【００１４】
さらに、上記第２の観点において、前記パターン形状測定部は、レジストパターンの形状を測定する第１測定部と、エッチングパターンの形状を測定する第２測定部を有するように構成することができる。
【００１５】
本発明の第３の観点では、基板に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、レジストパターンの形状とエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部とを有する基板処理装置をコンピュータに制御させるコンピュータプログラムであって、実行時に、被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する工程と、前記複数の部位のレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記レジストパターンが形成されたレジスト膜をエッチングマスクとして用いて前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を前記基板から剥離して、前記複数の部位にエッチングパターンを形成する工程と、前記複数の部位のエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量およびフォーカス値の組み合わせと、前記複数の部位の前記レジストパターンの形状測定結果と、前記複数の部位の前記エッチングパターンの形状測定結果とに基づいて、所望形状のエッチングパターンを得るために許容される露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定する工程とを有する処理が実行されるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させるソフトウェアを含むことを特徴とするコンピュータプログラムを提供する。
【００１６】
上記第３の観点において、前記処理は、さらに、前記管理範囲が決定された後に、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と、被エッチング層を備えた製品基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を前記決定された露光量とフォーカス値により所定の製品パターンで露光し、現像し、前記被エッチング層をエッチングし、レジスト膜を剥離してエッチングパターンを形成する工程と、前記エッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記エッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲内か否かを判断する工程と、前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲から外れた場合に、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように、前記管理範囲に属する新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と有するものとすることができる。
【００１７】
また、上記第３の観点において、前記処理は、さらに、前記管理範囲が決定された後に、前記管理範囲内の１組の露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する工程と、被エッチング層を備えた製品基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を前記決定された露光量とフォーカス値により所定の製品パターンで露光し、現像し、前記被エッチング層をエッチングし、前記レジスト膜を剥離してエッチングパターンを形成する工程と、前記エッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記エッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲内か否かを判断する工程と、前記製品基板に形成されたエッチングパターンの形状が所定の許容寸法範囲から外れ、かつ、その後に処理される別の製品基板に形成されるエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲に収まるように露光量とフォーカス値を変更しようとすると、その新たな露光量とフォーカス値の組み合わせが前記管理範囲から外れる場合に、その新たな露光量とフォーカス値で前記製品パターンを用いて前記別の製品基板を露光し、現像し、得られたレジストパターンの形状を測定する工程と、前記レジストパターンの形状が所定の寸法範囲内の場合に、前記テストパターンの目標寸法と前記テスト基板に形成されたレジストパターンの形状と前記逐次露光に用いられた露光量とフォーカス値の組み合わせとに基づいて露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定する工程と、前記レジストパターンの形状が前記寸法範囲外の場合に、新たなテスト基板を用いて露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定するための一連の処理を再実行する工程とを有するようにすることもできる。
【００１８】
本発明の第４の観点では、被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する工程と、前記複数の部位のレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、被エッチング層を備えた製品基板の当該エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜を所定の製品パターンで所定の露光量とフォーカス値で露光し、現像し、エッチングし、前記レジスト膜を除去して得られたエッチングパターンの形状を、スキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記エッチングパターンの中にその形状が許容寸法範囲外の領域が存在する場合に、全てのエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲内に収まるように、前記テスト基板の前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量とフォーカス値の組み合わせと、前記テスト基板に形成されたレジストパターンの形状測定データとに基づいて、前記製品基板を露光するための露光量とフォーカス値の組み合わせを変更する工程とを有することを特徴とする露光条件設定方法を提供する。
【００１９】
上記第４の観点において、前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲外の領域に対しては、新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを適用し、前記エッチングパターンの形状が許容寸法範囲内の領域については従前の露光量とフォーカス値の組み合わせを適用するようにすることができる。
【００２０】
本発明の第５の観点では、被エッチング層を備えた基板の当該被エッチング層上に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、レジストパターンの形状とエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部と、前記露光処理部と前記パターン形状測定部を制御する制御部と、を備えた基板処理装置であって、前記制御部は、テスト基板に形成されたレジスト膜の複数の部位が所定のテストパターンで露光量とフォーカス値をそれぞれ変化させて逐次露光され、現像されて得られる前記複数の部位のレジストパターンの形状を前記パターン形状測定部で測定した結果と、前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量およびフォーカス値の組み合わせと、被エッチング層とレジスト膜を備えた製品基板の当該レジスト膜を所定の製品パターンで所定の露光量とフォーカス値で露光し、現像し、エッチングし、前記レジスト膜を剥離し得られた前記被エッチング層のエッチングパターンの形状を前記パターン形状測定部で測定した結果とに基づいて、前記エッチングパターンの中にその形状が所定の許容寸法範囲外の領域が存在する場合に、全てのエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲内に収まるように、前記テスト基板の露光量とフォーカス値の組み合わせを変更することを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００２１】
上記第５の観点において、前記制御部は、前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲外の領域に対しては新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを適用し、前記エッチングパターンの形状が許容寸法範囲内の領域については従前の露光量とフォーカス値の組み合わせを適用するようにすることができる。
【００２２】
本発明の第６の観点では、基板に形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理部と、レジストパターンの形状とエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定するパターン形状測定部とを有する基板処理装置をコンピュータに制御させるコンピュータプログラムであって、実行時に、被エッチング層を備えたテスト基板の当該被エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜の複数の部位を所定のテストパターンで露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して、前記複数の部位にレジストパターンを形成する工程と、前記複数の部位のレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する工程と、被エッチング層を備えた製品基板の当該エッチング層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜を所定の製品パターンで所定の露光量とフォーカス値で露光し、現像し、エッチングし、前記レジスト膜を除去して得られたエッチングパターンの形状を、スキャテロメトリ技術により測定する工程と、前記エッチングパターンの中にその形状が許容寸法範囲外の領域が存在する場合に、全てのエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲内に収まるように、前記テスト基板の前記複数の部位を逐次露光した際における前記各部位の露光量とフォーカス値の組み合わせと、前記テスト基板に形成されたレジストパターンの形状測定データとに基づいて、前記製品基板を露光するための露光量とフォーカス値の組み合わせを変更する工程とを有する処理が実行されるように、コンピュータに前記基板処理装置を制御させるソフトウェアを含むことを特徴とするコンピュータプログラムを提供する。
【００２３】
上記第６の観点において、前記エッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲外の領域に対しては、新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを適用し、前記エッチングパターンの形状が許容寸法範囲内の領域については従前の露光量とフォーカス値の組み合わせを適用する、コンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、テスト基板の被エッチング膜上のレジスト膜の複数の部位において、露光量とフォーカス値とをそれぞれ変化させて逐次露光し、現像して形成されたレジストパターンの形状、およびこれら複数の部位をさらにエッチングした際のエッチングパターンの形状を、スキャテロメトリ技術により測定し、これらから所望形状のエッチングパターンを得るために許容される露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定するので、許容寸法範囲内のエッチングパターンを容易に得ることができ、エッチング処理における不良品の発生を抑制することができる。
【００２５】
また、本発明によれば、テスト基板の被エッチング層上にレジスト膜を形成し、そこに露光量とフォーカス値を変えて逐次露光し現像して形成された複数レジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定し、被エッチング層を備えた製品基板の当該エッチング層上にレジスト膜を形成し、所定の製品パターンで形成されたエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定し、これらに基づいて全てのエッチングパターンの形状が前記許容寸法範囲内に収まるように、製品基板を露光するための露光量とフォーカス値の組み合わせを変更するので、基板面内におけるエッチングパターン形状のばらつきの発生を抑制して、基板面内全体において許容寸法範囲に収まるエッチングパターンを容易に得ることができ、不良品の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。ここでは、半導体ウエハＷに形成された被エッチング膜（被エッチング層）をレジストパターンを用いてエッチングしてエッチングパターンを形成するウエハ処理システムを例にとって説明する。
【００２７】
図１は被エッチング膜をパターニングするためのウエハ処理システムの構成を示す図である。このウエハ処理システムは、レジスト塗布・現像処理装置１２と、露光装置１３と、エッチング装置１４と、レジスト剥離装置１５と、レジストパターンの形状を測定するための第１線幅測定装置（ＯＤＰ−１）１６と、エッチングパターンの形状を測定する第２線幅測定装置（ＯＤＰ−２）１７と、統合コンピュータ１１とを備えている。
【００２８】
レジスト塗布・現像処理装置１２は、成膜装置（図示せず）によりＣＶＤ法やＳＯＤ法（spin on dielectric）等により形成された、層間絶縁膜のような被エッチング膜の上にレジスト膜を形成し、露光処理後のレジスト膜を現像する。
【００２９】
露光装置１３は、所定のマスクパターン（フォトマスク）を用いて所定の露光条件でレジスト膜を露光する。
【００３０】
エッチング装置１４は、レジストパターンをエッチングマスクとして被エッチング膜をエッチングするものであり、例えばプラズマエッチング装置として構成される。
【００３１】
レジスト剥離装置１５は、エッチング処理後のウエハＷからレジストパターンを剥離するものであり、例えばプラズマアッシング装置として構成される。
【００３２】
第１線幅測定装置（ＯＤＰ−１）１６は、レジスト塗布・現像処理装置１２による現像処理後に形成されるレジストパターンの形状をスキャテロメトリ技術を用いて測定する。
【００３３】
第２線幅測定装置（ＯＤＰ−２）１７は、エッチング装置１４よるエッチング処理の後に形成される被エッチング膜のエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術を用いて測定するもので、その構成は第１線幅測定装置（ＯＤＰ−１）１６と同じであり、測定対象が異なるだけである。
【００３４】
スキャテロメトリ技術とは、複数のパターン形状に対して回折光強度分布を計算して、例えば、予めライブラリを作成しておき、測定対象のパターンに光を入射し、回折光強度の角度方向分布を検出し、その検出結果と上記ライブラリとを比較し、パターンマッチングにより測定対象のパターンの幅、高さ等を推定するものであり、例えば、特開２００２−２６０９９４号公報に説明されている。
【００３５】
統合コンピュータ１１は、ここでは、第１および第２線幅測定装置１６，１７および露光装置１３を制御する。なお、統合コンピュータ１１は、これらに加えてレジスト塗布・現像処理装置１２、エッチング装置１４、レジスト剥離装置１５をも制御する構成としてもよく、さらに図示しない成膜装置を制御する工程としてもよい。
【００３６】
図２は統合コンピュータ１１の概略構成を示す図である。統合コンピュータ１１は、プロセスコントローラ（ＣＰＵ）３１と、工程管理者が後述する露光処理のための管理範囲を決定するためのコマンド入力操作を行うキーボードや例えばプロセスコントローラ（ＣＰＵ）３１による演算結果を可視化して表示するディスプレイを有するデータ入出力部３２と、各種プログラムやデータが記憶された記憶部３３と、第１線幅測定装置（ＯＤＰ−１）１６、第２線幅測定装置（ＤＯＰ−２）１７および露光装置１３の間で、それぞれデータ通信を可能ならしめるインターフェース（ＩＦ）３４ａ、３４ｂおよび３４ｃとを有している。
【００３７】
記憶部３３には、具体的には、後述する露光管理範囲の決定や露光量とフォーカス値の組み合わせの変更等をプロセスコントローラ（ＣＰＵ）３１にて実行するための露光管理プログラム３６、第１線幅測定装置（ＯＤＰ−１）１６において測定された分光反射スペクトルを解析するための第１解析プログラム３７ａ、その解析に用いる第１ライブラリ（データベース）３７ｂ、第２線幅測定装置（ＯＤＰ−２）１７において測定された分光反射スペクトルを解析するための第２解析プログラム３８ａ、および、その解析に用いる第２ライブラリ（データベース）３８ｂが記録されている。
【００３８】
第１ライブラリ３７ｂは、レジストパターンの形状を示す線幅（図２に示す「ＲＣＤ１」等）や底幅、膜厚、側面角度等のパラメータとこれに対応する分光反射スペクトルに関するデータを備えている。同様に、第２ライブラリ３８ｂは、エッチングパターンの線幅（図２に示す「ＥＣＤ１」等）や膜厚等とこれに対応する分光反射スペクトルに関するデータを備えている。なお、「線幅」はパターンの上面の幅を指し、「底幅」はパターンの最下部の幅を指す。
【００３９】
なお、図１、２に示すウエハ処理システムは２台の線幅測定装置を備えているが、１台の線幅測定装置でレジストパターンとエッチングパターンのそれぞれの形状を測定する構成としてもよい。その場合には、測定対象がレジストパターンとエッチングパターンのいずれであるかを統合コンピュータ１１が認識できるようにしておけばよい。例えば、統合コンピュータ１１に工程管理者が測定対象をデータ入出力部３２から入力した後に線幅測定装置による測定が開始されるようにしてもよいし、統合コンピュータ１１がレジスト塗布・現像処理装置１２での処理を終えたウエハか、レジスト膜剥離装置１５での処理を終えたウエハであるかを自動認識できるように、ウエハの搬送履歴を統合コンピュータ１１が管理するようになっていてもよい。
【００４０】
次に、このようなウエハ処理システムを用いて所望形状のエッチングパターンを形成するための、ウエハ処理システムの調整方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。このウエハ処理システムの調整方法は、実質的には、露光装置１３における露光量とフォーカス値の調整方法である。
【００４１】
最初に図示しない成膜装置により被エッチング膜、例えばｌｏｗ−ｋ膜を形成したテストウエハＷを準備する（ステップ１）。次いで、ウエハＷをレジスト塗布・現像処理装置１２に搬送し、そこで被エッチング膜上にレジスト膜を形成する（ステップ２）。レジスト膜が形成されたウエハＷは露光装置１３に搬入され、そこで、図４に示すように、露光量を一定幅でＥ０〜Ｅｎ（ｎ；自然数）の間で逐次変化させ、かつ、フォーカス値を一定幅でＦ０〜Ｆｍ（ｍ；自然数）の間で逐次変化させて、マトリックスを形成し、マトリックス要素（Ｅｉ，Ｆｊ）の各々を１ショットとする露光処理（以下「水準露光」という）を行う（ステップ３）。このステップ３では、フォトマスクとして、露光量とフォーカス値が適切な場合に線幅Ｈ０のレジストパターン（以下、「テストパターン」という）が得られるものを用い、後に形成されるエッチングパターンの線幅の目標値もＨ０とする。
【００４２】
次に、水準露光が行われたウエハＷをレジスト塗布・現像処理装置１２に戻して、そこで現像処理する（ステップ４）。これにより、所定のレジストパターンが形成される。
【００４３】
レジストパターンが形成されたウエハＷは、第１線幅測定装置（ＯＤＰ−１）１６に搬入され、そこで、レジストパターンのパターン形状をスキャテロメトリ技術を用いて測定する（ステップ５）。このステップ５では、露光１ショット毎、つまりマトリックス要素（Ｅｉ，Ｆｊ）毎に、例えば、各マトリックス要素の中心に所定波長の光を当てて、その分光反射スペクトルを測定する。
【００４４】
統合コンピュータ１１は、ステップ５の処理により測定された波形とレジストパターンについて記録された第１ライブラリ３７ｂの情報とを照合することによってレジストパターンの線幅を求め、さらにその結果をステップ３の露光量とフォーカス値の組み合わせと照合し、これらをリンクさせる（ステップ６）。なお、スキャテロメトリ技術によれば、レジストパターンの形状について、その線幅のみでなく底幅や側面の傾斜等をも求めることができるが、ここではレジストパターンの形状を線幅で代表する。
【００４５】
図５はステップ６により得られるレジストパターンの線幅と露光量およびフォーカス値との関係の一例を示すグラフである。このグラフは、レジストパターンの線幅とその後に形成されるエッチングパターンの線幅とにどの程度のずれが生ずるかを確認するための資料となる。また、このグラフは、後述する管理範囲が決められた後に経時的に製品ウエハＷを処理する過程で、所望形状のエッチングパターンを得るために露光量とフォーカスの組み合わせを変更しなければならない状況が発生した際の参考データとして用いることができる。
【００４６】
次に、ウエハＷは第１線幅測定装置（ＯＤＰ−１）１６からエッチング装置１４搬送され、そこでレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、被エッチング膜をエッチングする（ステップ７）。例えば、プラズマエッチング処理では、ウエハＷを収容するチャンバの真空度や、チャンバに導入するガス量、プラズマを発生させるための電圧、処理時間等を変化させることにより、エッチング条件を変えることができるが、これらの調整は容易ではないために、通常、エッチング条件は製品製造のための条件に固定されており、ここではステップ７もそのような固定された条件で行われる。
【００４７】
エッチング処理が終了したウエハＷはレジスト剥離装置１５搬送されて、そこで、レジスト膜の剥離処理が行われる（ステップ８）。これにより、エッチングパターンがウエハＷの表面に現れる。続いてウエハＷは第２線幅測定装置（ＯＤＰ−２）１７に搬入され、そこでエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術を用いて測定する（ステップ９）。このステップ９では、先のステップ５と同様にして、露光１ショット毎に各マトリックスの中心に所定波長の光を当てて、その分光反射スペクトルを測定する。
【００４８】
統合コンピュータ１１は、ステップ９の処理により測定された波形とエッチングパターンについて記録された第２ライブラリ３８ｂの情報とを照合することによりエッチングパターンの線幅を求め、その結果を各マトリックス要素（Ｅｉ，Ｆｊ）の露光量およびフォーカス値とリンクさせる（ステップ１０）。
【００４９】
図６はステップ１０により得られるエッチングパターンの線幅と露光パラメータ（露光量とフォーカス値）との関係を示すグラフの一例を示す図である。図５と図６とを比較すると明らかなように、図６において線幅Ｈ０に最も近接している線は、図５に示す露光量Ｅｉの線とは異なる露光量Ｅｉ＋１の線となっている。すなわち、形状精度の高いレジストパターンを形成するために最適な露光量とフォーカス値の組み合わせと、形状精度のエッチングパターンを形成するために最適な露光量とフォーカス値の組み合わせには差が生ずる。
【００５０】
このような差が生ずる理由について図７を参照して簡単に説明する。図７はレジストパターンの断面形状とエッチングパターンの断面形状との関係の例を示す図である。
【００５１】
図７の（ａ）に示すように、レジストパターン６１ａが矩形であってエッチング雰囲気に対して良好な耐性を示す場合には、レジストパターン６１ａの線幅Ｈと等しい線幅Ｗのエッチングパターン６２ａが得られる。これに対して、図７の（ｂ）に示すように、レジストパターン６１ｂが矩形であるがエッチング雰囲気に対する耐性が低い場合には、エッチング処理時にレジストパターン６１ｂが浸食されることによりエッチングパターン６２ｂの線幅Ｗは当初のレジストパターン６１ｂの線幅Ｈよりも狭くなる。さらに図７の（ｃ）に示すようにレジストパターン６１ｃが台形であれば、エッチングパターン６２ｃの線幅Ｗはレジストパターン６１ｃの線幅Ｈよりも広くなり、逆に図７の（ｄ）に示すようにレジストパターン６１ｄが逆台形であれば、エッチングパターン６２ｄの線幅Ｗはレジストパターン６１ｄの線幅Ｈよりも狭くなる。
【００５２】
このように、エッチングパターンの線幅はレジストパターンの形状の影響を大きく受け、レジスト膜の露光が適切に行われないと良好なエッチングパターンを得ることが困難となる。このため、ステップ５、６でレジストパターンの形状を測定して露光パラメータと関連づけたデータを得ることは、エッチングパターンの線幅を許容寸法範囲に収めることに対しても有益となる。
【００５３】
こうしてステップ１０でエッチングパターンの線幅に関するデータが求められたら、統合コンピュータ１１は所望形状のエッチングパターンを得るために必要とされる露光量とフォーカス値の組み合わせの範囲（以下「管理範囲」という）を決定する（ステップ１１）。
【００５４】
このステップ１１は、以下のようにして行われる。
まず、目標とするエッチングパターンの線幅には一定の許容幅があるので、この幅をδ０とする。すると、エッチングパターンの線幅はＨ０±δ０の範囲にあればよいこととなる。このエッチングパターンの許容範囲は図６中のハッチングで示す領域である。この領域が管理範囲となる。
【００５５】
このようにして露光量とフォーカス値の組み合わせに管理範囲を設け、この管理範囲内で実際の露光処理に適用する露光量とフォーカス値の組み合わせを決定することによって、許容寸法範囲に属するエッチングパターンを容易に得ることができるようになる。これにより、エッチング処理による不良品の発生を抑制することができる。
【００５６】
なお、上記説明においては、エッチングパターンの線幅のみを基準に露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定したが、前述の通り、スキャテロメトリ技術によれば、線幅のみでなく底幅や傾きも求めることができるので、最初に上述のようにエッチングパターンの線幅で最初の管理範囲を求め、次いで底幅で管理範囲を狭め、さらにパターンの傾きで管理範囲を狭めて、露光量とフォーカス値の組み合わせの最終的な管理範囲を求めてもよい。
【００５７】
また上記説明においては、１枚のテストウエハＷを用いて、露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲を決定したが、２枚のテストウエハＷを準備し、１枚についてはステップ１〜５の処理を行った後に保管し、残る１枚をステップ１〜４、およびステップ７〜１１の処理（つまりレジストパターンの形状の測定は行わない）を行った後に保管するようにしてもよい。これは２枚のテストウエハＷにそれぞれ形成されるレジストパターンの形状が実質的に同じとみなすことができるからであり、このようにしてテストウエハＷを保管することにより、後にウエハ処理システムの再調整が必要となったときの参考にすることができる。
【００５８】
上述したステップ１〜１１の工程は、製品となるウエハの処理を開始する前に行われるものである。よって、ステップ１１の終了後に実際の製品ウエハの処理を行うが、エッチングチャンバの清掃、被エッチング膜の性状変化、レジスト膜の性状変化、露光装置やレジスト塗布・現像処理装置のメンテナンス等の製品ウエハの製造環境の経時的な変化によって、レジストパターンの線幅が許容寸法範囲から外れてしまい、その問題を解決するために露光量とフォーカス値を変更する必要が生ずる場合がある。その際の調整方法について、以下に図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００５９】
ステップ１１により露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲が決定されたら、この管理範囲内で最も所望の線幅のエッチングパターンが得られやすい条件、露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する（ステップ１２）。ステップ１１で求められた管理範囲を図４に当て嵌めたものが図９であり、この図９中の斜線領域が管理範囲である。ステップ１２では、例えば、この管理範囲のほぼ中心の露光量とフォーカス値の組み合わせを、製品ウエハＷを露光する際の初期設定値とすることができる。
【００６０】
このようにして露光量とフォーカス値が決定したら、被エッチング膜を形成した製品ウエハＷを準備し（ステップ１３）、被エッチング膜上にレジスト膜を形成し（ステップ１４）、形成されたレジスト膜を決定された露光量とフォーカス値で所定の製品パターンで露光し（ステップ１５）、現像する（ステップ１６）。このようにして形成されたレジストパターンをエッチングマスクとして用いて被エッチング膜をエッチングしてエッチングパターンを形成し（ステップ１７）、次いでレジストパターンを剥離する（ステップ１８）。このようにしてエッチングパターンが形成された製品ウエハＷについて、例えば、複数枚を１単位とするロット毎に、または所定の枚数毎に、形成されたエッチングパターンの線幅を第２線幅測定装置（ＯＤＰ−２）１７により測定する（ステップ１９）。
【００６１】
製品ウエハＷに形成されるエッチングパターンの線幅には、当然に許容される寸法範囲があるので、次いで、線幅が許容範囲内か否かを判断する（ステップ２０）。この線幅が許容範囲であれば、ステップ１３に戻り、製品ウエハＷの処理を継続する。この線幅がこの許容寸法範囲から外れた場合には、統合コンピュータ１１は、製品ウエハＷに形成されるエッチングパターンの線幅を許容寸法範囲内に収まるように露光量とフォーカス値を変更する必要がある。
【００６２】
例えば、エッチングパターンの線幅が許容寸法範囲よりも広くなっている場合には、先に示した図６を用いて説明すると、図６に示す各曲線が上側にシフトしていると考えられる。このため、例えば、露光量を当初のＥｉ＋１からＥｉやＥｉ−１、さらにはそれより下側に変更することで、エッチングパターンの線幅を許容寸法範囲内に収めることができると考えられる。
【００６３】
しかし、このように変更した露光量とフォーカス値の組み合わせがステップ１１で求めた管理範囲外になった場合には、適切に露光処理が行われていないと考えられ、製品ウエハＷの品質保証の観点から好ましくない。
【００６４】
そこで、ステップ１９で測定された線幅が許容寸法範囲から外れた場合には、ステップ１１で求めた管理範囲内で露光量とフォーカス値の組み合わせを変更することにより、エッチングパターンの線幅を許容寸法範囲内に収めることができるか否かを判断する（ステップ２１）。
【００６５】
露光量とフォーカス値の組み合わせを管理範囲内で変更することにより、エッチングパターンの線幅を許容寸法範囲内に収めることができる場合には、統合コンピュータ１１は、そのように露光量とフォーカス値の組み合わせを自動変更する（ステップ２２）。この方法は主に、製品ウエハＷの処理を開始してから初めて露光量とフォーカス値を変更する場合等、変更回数が少ない場合に用いられる。なお、工程管理者が露光量とフォーカス値の組み合わせを手動で変更する（データ入出力部３２で新たな露光量とフォーカス値の組み合わせを決定する）ことができるようにしてもよい。
【００６６】
このようにして新たな露光量とフォーカス値の組み合わせが決定されたら、露光装置１３は統合コンピュータ１１からの指令により、次に処理される製品ウエハＷからその新たな露光量とフォーカス値で露光処理を行い（ステップ２３）、その後、現像、エッチング、レジストパターン剥離を経て、製品ウエハＷに形成されたエッチングパターンの線幅を測定する（ステップ２４）。そして、線幅が許容範囲内か否かを判断する（ステップ２５）。ここで測定された線幅が許容寸法範囲内であれば、ステップ１３に戻り、引き続いて製品ウエハＷの処理を継続する。一方、測定された線幅が許容寸法範囲外の場合には、例えば、統合コンピュータ１１は、露光装置１３の稼働を停止して、警報を発する（ステップ２６）。工程管理者は、警報が発せられた場合には、製品ウエハＷのエッチングパターンを検査し、またウエハ処理システムを点検して、製品ウエハＷを処理することができるように対処する。
【００６７】
一方、ステップ２１において管理範囲内で露光量とフォーカス値の組み合わせを変更することにより、エッチングパターンの線幅を許容寸法範囲内に収めることができないと判断された場合には、一旦、露光装置１３の露光量とフォーカス値を管理範囲から外れた新たな露光量とフォーカス値に調整する（ステップ２７）。
【００６８】
このように、管理範囲内で露光量とフォーカス値の組み合わせを変更することにより、エッチングパターンの線幅を許容寸法範囲内に収めることができない事態が生じるのは、以下のような理由からである。
【００６９】
上述したように、管理範囲内で露光量とフォーカス値の組み合わせを変更することによりエッチングパターンの線幅を許容寸法範囲内に収めることができる場合に、ステップ２２で露光量とフォーカス値を変更すると、例えば、露光量とフォーカス値の組み合わせが、最初に設定した図９の斜線領域の中心から斜線領域内の外側へシフトすることになる。したがって、このような変更を繰り返すと、新たな露光量とフォーカス値の組み合わせが管理範囲から外れる事態が生じる。
【００７０】
この場合に、ステップ２７において、一旦、露光装置１３を管理範囲から外れた新たな露光量とフォーカス値に調整するのは、ウエハ処理システムを停止させることによる生産低下を防止するためであり、設定された新たな露光量とフォーカス値で、十分に製品ウエハＷの処理が可能な場合があるからである。
【００７１】
このように新たな露光量とフォーカス値に調整した後、このような新たな条件で別の製品ウエハＷを製品パターンで露光し、現像し、得られたレジストパターンの形状（線幅）を検査する（ステップ２８）。
【００７２】
ここで、レジストパターンの線幅は、その後に形成されるエッチングパターンの線幅を許容寸法範囲に収めるために、一定の許容寸法範囲に収まっている必要がある。そのため、ステップ２８で得られたレジストパターンの線幅が許容寸法範囲内か否かを判断する（ステップ２９）。許容範囲内の場合には、先にテスト基板に形成されたレジストパターンの形状とテストパターンの目標寸法と水準露光における露光量とフォーカス値の組み合わせとに基づいて、露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定して、新たな露光量とフォーカス値の管理範囲を設定する（ステップ３０）。そして、設定された新たな露光量とフォーカス値の組み合わせで、製品ウエハＷの処理をステップ１３に戻って継続する。
【００７３】
一方、レジストパターンの線幅が一定の寸法範囲外の場合には、製品ウエハＷの処理を中止し、新たなテスト基板を用いて再びステップ１からステップ１１の処理を行い、露光量とフォーカス値の組み合わせの新たな管理範囲を決定する（ステップ３１）。これにより新たにステップ１２以降の処理を再開することができる。
【００７４】
なお、このステップ３１の処理を行う場合には、前もって、被エッチング膜の形成やレジスト膜形成からエッチング処理後のレジストパターン剥離に至る一連の処理に用いられる装置の点検を行うことが好ましい。これにより、その後のシステムの点検までの時間が長くなり、その間の処理条件の変動を抑えることができ、製品ウエハＷの品質を一定に維持することが容易となる。
【００７５】
次に、ウエハ処理システムを用いて製品を製造する際に、エッチング処理のウエハＷ面内での形状ばらつきを抑制し、ウエハＷ面内の全てのショットにおいて所望のエッチングパターン形状が得られるように、露光装置１３を調整する方法について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００７６】
最初に、先に説明した図３に示すステップ１〜６と同じ手順で、テストウエハへの被エッチング膜の形成（ステップ１０１）、レジスト膜の形成（ステップ１０２）、テストパターンが形成されたフォトマスクを用いた水準露光（ステップ１０３）、現像処理（ステップ１０４）、スキャテロメトリ技術によるレジストパターンの形状測定（ステップ１０５）、水準露光に用いられた露光量とフォーカス値の組み合わせとレジストパターンの形状データとのリンク（ステップ１０６）を行う。
【００７７】
続いて、被エッチング膜を形成した製品ウエハＷを準備し（ステップ１０７）、レジスト膜を形成し（ステップ１０８）、製品製造の為のパターンが形成されたフォトマスクを用い、経験的に製品不良が生じていないような実績のある露光量とフォーカス値の組み合わせで露光し（ステップ１０９）、現像し（ステップ１１０）、形成されたレジストパターンをエッチングマスクとしてエッチングし（ステップ１１１）、レジストパターンを剥離処理し（ステップ１１２）、形成されたエッチングパターンの形状をスキャテロメトリ技術により測定する（ステップ１１３）。
【００７８】
続いて、このステップ１１３で得られるエッチングパターンの線幅が製品ウエハＷの面全体で許容範囲内に収まっているか否かを判断する（ステップ１１４）。線幅が製品ウエハＷの面全体で許容範囲内に収まっている場合には、ステップ１０７に戻って、製品ウエハＷの処理を続行する。
【００７９】
これに対して、ステップ１１３で得られるエッチングパターンの線幅が製品ウエハＷの一部では許容範囲内に収まっているが、一部は許容範囲外である場合が起こり得る。例えば、プラズマエッチング処理では、経験的に、ウエハＷの中心部で外周部よりも線幅が細くなる傾向が見られる。つまりエッチングパターンの線幅にドーナッツ状の分布が現れる。このため、面全体で線幅が許容寸法範囲内ではない場合、すなわちエッチングパターンの線幅が製品ウエハＷの中心部では許容範囲内に収まっているが、外周部では許容範囲外である場合には、第１の方法として、製品ウエハＷの外周部における露光量とフォーカス値を変更する方法（ステップ１１５）がある。また、第２の方法として、製品ウエハＷの全体の露光量とフォーカス値を変更する方法（ステップ１１６）がある。ただし、第２の方法は、製品ウエハＷの外周部の露光量とフォーカス値の変更に合わせて製品ウエハＷ全体に露光量とフォーカス値を変更したときに、製品ウエハＷの中心部における線幅を許容範囲内に止めることができることが前提となる。これらのいずれかを取ることにより、製品ウエハＷ全体でエッチングパターンの線幅を許容範囲内に収めることができる。
【００８０】
このような露光量とフォーカス値の変更には、先に行ったテストウエハＷの評価結果を利用する。上述したエッチングパターンの線幅が製品ウエハＷの中心部では許容範囲内に収まっているが、外周部では許容範囲外である場合には、製品ウエハＷの外周部の線幅は所望の線幅よりも広いということになるから、第１の方法を用いる場合には、まず、製品ウエハＷに対して用いられた従前の露光量およびフォーカス値と同じ露光量およびフォーカス値で露光されたテストウエハＷ内の領域を検索し、その露光領域（ショット）のレジストパターンの線幅よりも細い線幅が得られる露光量およびフォーカス値を選び出す。そして、製品ウエハＷの露光処理時には、製品ウエハＷの中心部は従前の露光量とフォーカス値で露光し、外周部をこの新たな露光量およびフォーカス値に変更して露光する。これにより、製品ウエハＷ全体のレジストパターンの線幅を許容範囲に収めることができる。
【００８１】
この第１の方法では、露光１ショット毎に露光量とフォーカス値を変えてもよい。これによって、製品ウエハＷ面内でさらに線幅均一性に優れたエッチングパターンを得ることができる。
【００８２】
また、前記第２の方法を用いる場合には、製品ウエハＷに対して適用された従前の露光量とフォーカス値と同じ露光量とフォーカス値で露光されたテストウエハＷ内の領域を検索し、その露光領域（ショット）のレジストパターンの線幅よりも線幅が狭くなる露光量とフォーカス値の組み合わせであって、しかも、その露光量とフォーカス値で製品ウエハＷの中心部を露光した際にも、得られるエッチングパターンの線幅が許容範囲内に収めることができる露光量とフォーカス値の組み合わせを選び出す。そして、製品ウエハＷの露光は、選ばれた新たな露光量とフォーカス値のみで行う。この方法によっても、製品ウエハＷ全体のレジストパターンの線幅を許容範囲に収めることができる。この第２の方法は、主に、露光ショット毎のレジストパターンの線幅の差が小さい場合に用いることができる。
【００８３】
これら第１の方法、第２の方法のいずれの方法においても、露光量とフォーカス値の変更は、工程管理者の判断、工程管理者や技術者が設計した係数モデルによって行われる。
【００８４】
なお、以上説明した実施形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにすることを意図するものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、本発明の精神とクレームに述べる範囲で、種々に変更して実施することができるものである。
【００８５】
例えば、エッチング装置としては、１台に限らず複数のエッチング装置を用いてもよく、または複数のエッチングチャンバを有するエッチング装置を用いてもよい。また、同様に、レジスト塗布・現像処理装置についても、１台に限らず複数設けてもよく、また複数のレジスト塗布ユニットおよび複数の現像ユニットを設けてもよい。このような場合には、エッチング装置間またはエッチングチャンバ間で、またレジスト塗布・現像処理装置間またはレジスト塗布ユニットあるいは現像ユニット間で個体差があり、通常の装置の運転条件設定からは把握できない処理条件のばらつきが生じることがある。このような場合、全ての処理部にそれぞれＩＤを設け、統合コンピュータは全てのＩＤの組み合わせにおいてフォトリソグラフィー処理の条件に対応する管理範囲を設定し、所望形状のエッチングパターンを得るために、これら管理範囲毎に露光量とフォーカス値の組み合わせを変更するようにきるように構成することが好ましい。
【００８６】
さらに、このような変更に関するデータを蓄積して活用することにより、エッチングパターンの形状が一定に保持されるように、露光量とフォーカス値の組み合わせを変更のタイミングと精度を高めるように構成することできる。
【００８７】
また、上記実施形態では、本発明を半導体ウエハに適用した場合について示したが、液晶表示装置に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用のガラス基板等、他の基板に本発明を適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、半導体装置やＦＰＤの製造において、高い線幅精度が要求される場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】ウエハ処理システムの構成を示す図。
【図２】統合コンピュータの概略構成を示す図。
【図３】ウエハ処理システムの調整方法を示すフローチャート。
【図４】逐次露光のマトリックスを示す図。
【図５】逐次露光により得られるレジストパターンの線幅と露光量およびフォーカス値との関係を示すグラフ。
【図６】エッチングパターンの線幅と露光量およびフォーカス値との関係を示すグラフ。
【図７】レジストパターンの断面形状とエッチングパターンの断面形状との関係の例を示す図。
【図８】露光量とフォーカス値の組み合わせを変更するための方法を示すフローチャート。
【図９】逐次露光のマトリックスと露光量とフォーカス値の組み合わせの管理範囲の関係を示す図。
【図１０】エッチングパターンの面内ばらつきの発生を抑制するためのウエハ処理システムの調整方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００９０】
１１；統合コンピュータ
１２；レジスト塗布／現像処理装置
１３；露光装置
１４；エッチング装置
１６；第１線幅測定装置（ＯＤＰ−１）
１７；第２線幅測定装置（ＯＤＰ−２）
３１；プロセスコントローラ（ＣＰＵ）
３２；データ入出力部
３３；記録部
３４ａ〜３４ｃ；インターフェース（ＩＦ）
３６；露光管理プログラム
３７ａ；第１解析プログラム
３７ｂ；第１ライブラリ
３８ａ；第２解析プログラム
３８ｂ；第２ライブラリ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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