(57)【要約】【課題】  ウェハ上の代表的なチップを精度良く求めると共に、チップの現像終点を精度良く求めることができ、寸法精度及び歩留まりの向上をはかる。【解決手段】  被処理基板２０上のレジストにデバイスパターンを露光した後、現像によりレジストにデバイスパターンを形成するパターン形成方法において、デバイスパターンの露光時に、デバイス領域２１と共にモニタ領域２３を露光する工程と、レジストの現像時に、モニタ領域２３に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域２３から反射される反射光強度の波長分散に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、予測された現像停止時間に基板２０上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含む。【選択図】    図１
2006313935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上のレジストにデバイスパターンを露光した後、現像によりレジストにデバイスパターンを形成するパターン形成方法において、
前記デバイスパターンの露光時に、デバイス領域と共にモニタ領域を露光する工程と、
前記レジストの現像時に、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光強度の波長分散に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、
前記予測された現像停止時間に前記基板上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
被処理基板上のレジストにデバイスパターンを露光した後、現像によりレジストにデバイスパターンを形成するパターン形成方法において、
前記デバイスパターンの露光時に、デバイス領域と共にモニタ領域を露光する工程と、
前記レジストの現像時に、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、変換した位相に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、
前記予測された現像停止時間に前記基板上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
前記モニタ領域は、デバイスパターンの中のメモリセル領域であることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記モニタ領域は、露光装置でのレベリング時の平坦度の情報を基にチップ内で平均的な平坦度を示す位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記現像停止時間を予測する工程は、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率から現像停止時間を予測することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記現像停止時間を予測する工程は、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率と、露光装置から得られるモニタ領域のフォーカス値とから現像停止時間を予測することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記現像停止時間を予測する工程は、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率と、反射光の強度変化の特異点となる時間とから現像停止時間を予測することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間と反射光の強度変化の特異点となる時間は、現像時において別の時間帯に設定されていることを特徴とする請求項７記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記現像停止時間を予測する工程は、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、位相が所望値になった時点から現像停止時間を予測することを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記現像停止時間を予測する工程は、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、特定時間の位相から現像停止時間を予測することを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記現像停止時間を予測する工程は、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、複数の時間の位相から現像停止時間を予測することを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記現像停止時間を予測する工程は、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、特定時間の位相と位相０になる時間とから現像停止時間を予測することを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
露光と現像の間の工程で、レジストパターンのモニタ領域の位置を検出するパターン位置検出方法において、
パターン位置検出の基準情報として、既に加工されている下層パターンの配置情報を用い、下層パターンの位置検出結果と、現在加工しているレジストパターンのモニタ領域と下層パターンの位置関係を基に、レジストパターンのモニタ領域の位置を検出することを特徴とするパターン位置検出方法。
【請求項１４】
前記現像停止時間の予測を、露光工程と現像工程の間で行うことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を作製するための光リソグラフィーにおいて、被処理基板上にレジストパターンを形成するためのパターン形成方法に係わり、特にレジストの現像時にモニタ領域をモニタしながら現像終点を判定するパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハ間の寸法のばらつきを低減させる方法として、現像時にデバイスパターンとは別に設けたモニタ領域のモニタ結果から現像時間を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。この手法では、ウェハの特定のチップに配置されたモニタ領域をモニタするため、モニタしているチップが何らかの原因で特異的な条件となっている場合には、モニタしているチップの寸法は所望値に仕上がるが、ウェハの平均的な寸法は大きくずれてしまうという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために本発明者らは、現像前の潜像をモニタし、平均的なチップを抽出し、そのチップのモニタパターンを現像中にモニタし、最適な現像時間で現像を終了させるという方法（特許文献２）を既に提案している。しかし、この手法では、下地の膜厚が変動する場合には十分な精度が得られない。また、潜像の変化量としてモニタしているため、モニタ領域がフォーカス変動の影響を受けるようなパターンである場合（例えば、デバイスパターンそのもの）、露光量とフォーカスが共に変動すると、代表的なチップを精度良く求めることができなかった。
【０００４】
一方、下地膜厚の変動がある場合でも現像中にモニタリングできる方法として、（特許文献３）がある。この手法では、強度変化の極値など、特異的な点から最終的に現像時間を求めたり、露光量を求めたりしている。しかし、近年ではパターンサイズの微細化に伴い、パターンの強度変化の特異点が露光量だけでなくフォーカスの変動によっても変わってくるため、特異点という１つの情報から最適な現像時間を求めることができなくなっている。
【特許文献１】特開平１０−３００４２８号公報
【特許文献２】特願平１１−２７３２１２号
【特許文献３】特許番号２８１８６８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように従来、デバイスパターンとは別に設けたモニタ領域のモニタ結果から現像時間を制御する方法では、モニタしているチップが何らかの原因で特異的な条件となっている場合には、ウェハの平均的な寸法は大きくずれてしまうという問題があった。また、潜像をモニタして平均的なチップを抽出する方法では、下地の膜厚が変動する場合に十分な精度が得られない。さらに、モニタ領域がフォーカス変動の影響を受けるようなパターンの場合は、露光量とフォーカスが共に変動すると、代表的なチップを精度良く求めることができない問題があった。また、パターンサイズの微細化に伴い、パターンの反射光強度変化の特異点という１つの情報から最適な現像時間を求めることができなくなっている。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、ウェハ上の代表的なチップを精度良く求めることができ、且つ該チップの現像終点を精度良く求めることができ、寸法精度及び歩留まりの向上をはかり得るパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【０００８】
即ち本発明は、被処理基板上のレジストにデバイスパターンを露光した後、現像によりレジストにデバイスパターンを形成するパターン形成方法において、前記デバイスパターンの露光時に、デバイス領域と共にモニタ領域を露光する工程と、前記レジストの現像時に、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光強度の波長分散に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、前記予測された現像停止時間に前記基板上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、被処理基板上のレジストにデバイスパターンを露光した後、現像によりレジストにデバイスパターンを形成するパターン形成方法において、前記デバイスパターンの露光時に、デバイス領域と共にモニタ領域を露光する工程と、前記レジストの現像時に、前記モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、変換した位相に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する工程と、前記予測された現像停止時間に前記基板上に現像停止液を供給し、現像を停止させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００１１】
(1-1) モニタ領域は、デバイスパターンの中のメモリセル領域であること。
【００１２】
(1-2) モニタ領域は、露光装置でのレベリング時の平坦度の情報を基にチップ内で平均的な平坦度を示す位置に配置されていること。
【００１３】
(2-1) チップを抽出する際に、露光装置でのレベリング時の平坦度の情報を基に、モニタ領域のフォーカス値と設定フォーカス値のずれを読み取り、ずれの値が所定値以下であるチップを抽出すること。
【００１４】
(2-2) チップを抽出する際に、複数のチップに対して、モニタ領域の反射光強度を複数の波長に対して測定した結果を基に、平均的な条件となっているチップを抽出すること。
【００１５】
(2-3) チップを抽出する際に、複数のチップに対して、モニタ領域の潜像深さを測定した結果を基に、平均的な条件となっているチップを抽出すること。
【００１６】
(3-1) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特異点となる時間から現像停止時間を予測すること。
【００１７】
(3-2) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特異点となる時間と、露光装置から得られるモニタ領域のフォーカス値とから現像停止時間を予測すること。
【００１８】
(3-3) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率から現像停止時間を予測すること。
【００１９】
(3-4) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率と、露光装置から得られるモニタ領域のフォーカス値とから現像停止時間を予測すること。
【００２０】
(3-5) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間における反射率と、反射光の強度変化の特異点となる時間とから現像停止時間を予測すること。
【００２１】
(4) モニタ領域から反射される反射光の強度変化の特定時間と反射光の強度変化の特異点となる時間は、現像時において別の時間帯に設定されていること。
【００２２】
(5-1) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、位相が所望値になった時を現像停止時間とすること。
【００２３】
(5-2) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、特定時間の位相から現像停止時間を予測すること。
【００２４】
(5-3) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、複数の時間の位相から現像停止時間を予測すること。
【００２５】
(5-4) 現像停止時間を予測する工程は、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、特定時間の位相と位相０になる時間とから現像停止時間を予測すること。
【００２６】
また本発明は、露光と現像の間の工程で、レジストパターンのモニタ領域の位置を検出するパターン位置検出方法において、パターン位置検出の基準情報として、既に加工されている下層パターンの配置情報を用い、下層パターンの位置検出結果と、現在加工しているレジストパターンのモニタ領域と下層パターンの位置関係を基に、レジストパターンのモニタ領域の位置を検出することを特徴とする。
【００２７】
（作用）
前述したように近年の加工寸法の微細化に伴い、ウェハ間でも精密な寸法制御が必要となっている。本発明では、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるためにモニタ領域からの反射光強度を測定した結果から現像時間の制御を行うことに加え、次の３つの点を特徴とする。
【００２８】
第１に、特異な条件となっているチップをモニタするのを避けるために、現像工程の前にウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを抽出する。このとき、チップによってフォーカスが変動している可能性が大きい場合には、露光装置でのフォーカス情報を基に、フォーカスが設定量に近いチップを抽出する。その後、抽出したチップの中から、露光量条件が平均的なチップを抽出する。この場合は、例えばモニタ領域から反射光強度を多波長にわたって測定し、潜像深さを複数チップに対して計測することで平均的な条件で処理されているチップを抽出する。次に、抽出したチップのモニタ領域からの反射光強度測定を行い、現像時間の制御を行う。これにより、ウェハ間の寸法ばらつきを抑制することができ、寸法精度及び歩留まりの向上をはかることが可能となる。
【００２９】
第２に、現像時間を予測するために、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域の反射光強度変化に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する。即ち、モニタ領域からの反射光強度を多波長にわたって測定した結果から現像時間の制御を行う。このように多波長での測定を行うことにより、それぞれの計測の精度を向上させることが可能となる。
【００３０】
第３に、現像時間を予測するために、モニタ領域に複数の波長の光を照射し、該モニタ領域から反射される反射光の強度変化を位相変化に変換し、変換した位相に基づいてデバイスパターンが所望寸法に仕上がる現像停止時間を予測する。即ち、反射光の強度変化ではなく位相に注目することにより、現像停止時間を波長に依存しない一般的な量として表すことができる。この場合は、複雑な処理がなくなり解析を簡略化することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるために、現像時間制御を行う場合に、ウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを露光装置でのフォーカス情報及びモニタ領域の膜厚計測を行うことで抽出する。そして、現像を開始し、このチップのモニタ領域の強度変化をモニタすることで、最適な現像時間を求めることが可能になる。これにより、ウェハ間の寸法のばらつきを大きく低減することができ、寸法精度及び歩留まりが大きく向上する。
【００３２】
また、最適な現像時間を求める際に、特異点となる時間及び、特定の現像時間における反射率を現像時間に対する波長分散から計測することにより、露光時の露光量，フォーカス量の両方を知ることが可能となり、それに応じた最適な現像時間を求めることができる。また、強度を位相に置き換えることにより、下地の膜厚やプローブ光の波長に依存しない物理量でのモニタリングが可能となり、波長分散から寸法を求めるという複雑な処理を不要にして解析を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３４】
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に使用した現像装置を示す概略構成図である。実際のリソグラフィー工程では、レジスト，反射防止膜の下層には酸化膜などの膜構造があるが、本実施形態では説明を簡便に説明するために、下層がＳｉの場合を示す。従って、ウェハは非常に平坦な状態にあるため、ウェハの中心に近いチップはほぼ露光装置で設定したフォーカス量で露光されている。
【００３５】
現像ユニット１０内に、通常の現像〜リンスを行うのに必要なユニットの他に、モニタを行うためのモニタヘッド１１が配置されている。モニタヘッド１１には、プローブ光の光源１２（４００〜８００ｎｍの波長範囲での測定を行うため、この範囲でブロードな波長分散を持つ光源が望ましい）としてのハロゲンランプから光を導入するファイバー１３が接続されていて、モニタヘッド１１中のレンズにより、ウェハ２０を照明できるようになっている。
【００３６】
ウェハ２０からの反射光は、モニタヘッド１１の中でハーフミラーによりＣＣＤカメラ３１と分光器３２の２つに分かれるようになっている。この分かれた光のうち、ＣＣＤカメラ３１に結像される光は、画像解析部３３により解析されて位置検出に用いられる。また、分光器３２に導入される光は、強度解析部３４により解析されて反射光強度の波長分散を求めるために用いられる。
【００３７】
モニタヘッド１１は、ウェハ２０内の各チップ内に配置されたモニタ領域をモニタできるように、制御部３５からの信号でウェハ２０上をＸＹ方向に走査可能となっており、マスクのレイアウト及び露光のショットマップを基に特定のチップのモニタ領域が検出できる位置に移動される。そして、ＣＣＤカメラ３１により画像を取得して画像解析部３３に画像を送り、分光器３２で測定する領域がモニタ領域（メモリセル領域）と一致しているかを判断し、一致していなければ、モニタヘッド１１を移動させて一致するようにする。
【００３８】
ここで、一致しているかどうかを判断する基準画像素としては、現在加工しているレイヤーのレジストの潜像を選ぶことができるが、潜像はコントラストが低いため、これを基準画像とするとパターンマッチングの精度が落ちたり、パターンマッチングができない可能性がある。このような場合には、既に加工されているレジストの下層パターンの配置情報をパターン位置検出の基準情報として選ぶことも可能である。この場合は、下層のパターンのどの場所に上層のレジストパターンのモニタ領域が配置されているかという情報と、下層のパターンの配置情報を基準情報としたパターンマッチングの結果から、レジストパターンのモニタ領域の位置を検出する。
【００３９】
なお、ウェハ２０上の各々のチップは、周辺にマーク領域２２が配置され、その内側のデバイス領域２１内に複数のメモリセル領域２３（２００ｎｍのＬ／Ｓパターン）が配置されている。モニタ領域は、デバイス領域２１のメモリセル領域２３である。
【００４０】
上記の現像装置を用いて本実施形態では、現像前の潜像のモニタリング、現像中の潜像のモニタリングを行うと共に、モニタ領域の反射光強度の波長分散を計測する。
【００４１】
（作用）
本実施形態における現像シーケンスを、図２に示す。まず、現像ユニット１０にウェハ２０が搬送される（ステップＳ１）と、ノッチの位置を検出し、ウェハ２０の回転方向の位置調整を行う（ステップＳ２）。その後、露光時のショットマップ及び露光マスクのレイアウトを基に、特定のチップ（ｉ）のモニタ領域にモニタヘッド１１が移動する（ステップＳ３）。ここでは、図４に示すように中心付近の９つのチップをモニタすることになっているが、露光の時点で、フォーカスがずれているチップをモニタすると、代表的なチップを抽出する精度が低下する。そこで、露光装置からの情報を基に、フォーカス条件がずれているチップをモニタの対象から除去する（ステップＳ４）。
【００４２】
具体的な方法を次に説明する。露光時にチップを露光していくときに、露光装置はレベリングを行いながら、フォーカス値を設定している。つまり、ウェハの平坦度の平均的なところでフォーカスが合っている。従って、モニタ領域が、その平均的な場所に来ていることが望ましい。平均的な場所はチップの中心近くにくる可能性が高いため、ここでは、図１のデバイス領域２１のなかで、メモリセル領域(4)の場所をモニタ領域とする。さらに、チップ１〜９の中の(4)のモニタ領域の平坦度が平均的なレベルになっているかを露光装置の干渉計の読みから判断し、大きく外れているチップを潜像のモニタ対象としないこととする。この実施形態では９つのチップのうち、chip１とchip５が平均的なレベルとなっていなかったため、モニタするチップから除去した。もちろん、フォーカスがずれない場合にはこのステップは省略してもよい。
【００４３】
なお、一般的な露光装置においては、パターンを露光しながらスキャンと直交する方向に面の形状がどうなっているかを検出し、平均的なところに合わせてフォーカスを変えながら露光する。途中にフォーカス測定ポイントがあり、各ポイント毎にフォーカスを合わせるという、いわゆるレベリングを行っている。そして、このレベリング情報は露光装置内に記憶されている。従って、露光装置に記憶されたレベリング情報を参照することにより、各チップの露光時のフォーカス条件を知ることができる。
【００４４】
次に、パターンの位置決め（ステップＳ５）方法について説明する。前記Ｓ３におけるヘッド移動後の観察領域は図３（ａ）に示す通りである。モニタヘッド１１の光学系は、ＣＣＤカメラの視野５１の中心に分光器で検出する領域５２が入るように調整されている。そのため、図３（ａ）の状態でモニタリングを行うと、モニタ領域５３以外からの反射光強度も検出してしまう。従って、モニタヘッド１１が移動した後、モニタ領域５３の中心と分光器で検出する領域５２の中心のずれ量（△ｘ，△ｙ）を求め、図３（ｂ）に示すような位置にモニタヘッド１１を移動させる。これにより，モニタ領域５３のみからの反射光強度の波長分散が分光器３２で検出可能となる。
【００４５】
ここでは、ＣＣＤカメラ３１を用いて位置調整をする例を説明したが、モニタヘッド１１のステージ精度が十分な場合は、一度位置調整を行えば、その後は調整する必要はない。また、照明光が狭帯域フィルターでほぼ単色の光となっている場合は、分光器３２で強度を計測せずに、ＣＣＤカメラ３１の画像を用い、パターンマッチングにより位置検出を行い、ＣＣＤの階調を反射光強度とすればよい。
【００４６】
次に、モニタ領域の膜厚を計測する（ステップＳ６）。モニタ領域の膜厚は、測定した反射光強度の波長分散から求める。図５に、計測した反射光強度の波長分散の一例を示す。反射光強度は構成される膜の膜厚及び光学定数により決まるので、図５のような波長分散から膜厚を計測することは可能である。ここで、計測するモニタ領域の膜減り量は、図６に示す通り露光量と関係がある。従って、モニタ領域の膜減り量を計測すれば、計測しているチップ（ｉ）がどのくらいの露光量で露光されているかが分かる。ここでは、波長分散からモニタ領域の膜減り量を求める手法を示したが、反射防止膜の下層が平坦である場合には、特定の波長の反射光強度からモニタ領域の膜減り量を求めてもよい。
【００４７】
モニタ領域の膜厚の測定結果を、図７に示す。chip１とchip５は前述したように、フォーカス条件がずれているため、測定の対象外としている。この計測の結果から平均値は１１．５ｎｍであることから、ウェハを代表するチップをchip２とし（ステップＳ８）、このチップのモニタ領域を現像中に計測する。
【００４８】
測定するチップが決まると、現像が開始される（ステップＳ９）。現像液が盛られた後、モニタヘッド１１はＳ８で決定されたチップ（ここではchip２）に移動し、位置を調整し、モニタリングを開始する（ステップＳ１０）。現像中のモニタリングは、潜像の膜厚を計測したときと同じように、モニタ領域からの反射光強度の波長分散を時間毎に計測していく。
【００４９】
実際の現像中の波形を基に、現像終了の判断の方法（ステップＳ１１）について説明する。同時に多数の波長の反射光強度変化が計測されるが、そのうち波長５５０ｎｍの波形を基に説明する。波長５５０ｎｍでの現像時間とモニタ領域の反射率の関係（実験結果）を、図８に示す。この反射率変化より、現像の初期では干渉波形、後半では緩やかな強度変化が観察される。
【００５０】
これを説明するために、この変化を理論的に求めた結果を、図９に示す。この計算（図９）は、最初の１０秒で露光部（抜き寸法１９０ｎｍ）の領域が膜減りし、１０秒で膜が完全に抜け、その後は１０秒で２ｎｍの割合で横方向に現像が進み、６０秒で所望寸法（残し寸法２００ｎｍ）になるという条件で行っている。つまり、図８において、初期は露光部の膜減り、後半は横方向の寸法の変化を表している。
【００５１】
また、後半の横方向の寸法変化に対する反射率の変化（残し寸法２１０ｎｍ→１９０ｎｍ）の関係を求めた結果を図１０に示す。この結果から、いくつかの波長について反射率を計算し、パターン寸法を求め、寸法が所定の値に達した時点を現像終点とすればよいことが分かる。しかし、図１０において、寸法に対する反射率の変化量が非常に小さいことから、いくつかの波長について計算した反射率から寸法を精度良く求めるには、処理に時間がかかる可能性が高い。
【００５２】
また、本実施形態では反射防止膜の下層はＳｉとしているため、反射率が下層の影響を受けないが、実際には下層は酸化膜であったりするため、酸化膜の膜厚の変動によって反射率が大きく変わることから、さらに処理に時間を要する可能性が高い。そういう理由から、強度変化の特異点となる時間と特定現像時間での反射率から最適な現像時間を求める。ここで、２つの量を測定しているのは、寸法を決める要因として、露光量とフォーカスという２つの物理量があるためである。もちろん、露光装置でフォーカスの値が分かっている場合には、強度変化の特異点か所定時間での反射率のいずれかを計測すればよい。通常、強度変化の特異点の方が測定精度が高いため、このような場合には強度変化の特異点を計測する。
【００５３】
本実施形態では反射防止膜の下層はＳｉであるため、露光装置からの情報を基に、フォーカス条件が外れているチップをモニタの対象から除去（ステップＳ４）している。従って、フォーカスが合っていることが分かっているので、強度変化の特異点から最適な現像時間を求める。
【００５４】
次に、特異点となる時間を算出する方法について説明する。図８において特異点を検出するには、強度変化の微分値を求めていって、微分値がある値以下となった時間を求めればよい。本実施形態では、反射防止膜の下層がＳｉと分かっているため、予め特異点を求めるのに適した波長を求めることができる。ここではそのような理由から波長５５０ｎｍの波長を用いて特異点を求めた。しかし、実際には下層は酸化膜であったりするため、その膜厚変動により、特異点を求めるのに適した波長が予め分からない場合がある。
【００５５】
その場合は、複数の波長に対して、反射率測定を行い、特異点付近での傾きの変化が大きい波長を抽出したあとで、強度変化の微分値がある値以下となる時間を求めればよい。また、特異点付近での傾きの変化が大きい波長を複数選んで、それぞれから特異点を求め、特異点を求める精度を向上させることもできる。この場合、処理時間により何種類の波長まで解析可能かが決まる。
【００５６】
図１１にフォーカスが変動した場合の、露光量と特異点となる時間の関係を示す。本実施形態では、Ｓ４でジャストフォーカスであることが分かっていて、図８の強度変化から特異点となる時間が１０秒であることが分かるため、図１２の関係より、現像時間が５４秒と求められる。従って、５４秒で現像を終了させる（ステップＳ１２）。
【００５７】
本実施形態では、ウェハを代表するチップ２を抽出し（Ｓ８）、そのチップを現像中にモニタすることで現像停止時間を求めた（Ｓ１１）が、抽出したチップの潜像をモニタし、現像停止時間を求めることも可能である。例えば、チップ２では潜像のモニタ結果として、膜減りが１１．５ｎｍと求められており（図７）、この結果と図６より露光量を求めることができる。さらに、図１２の関係をもとに現像停止時間を求めることができる。
【００５８】
（効果）
このように本実施形態では、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるために現像時間制御を行う場合に、ウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを露光装置でのフォーカス情報及びモニタ領域の膜厚計測を行うことで抽出する。そして、現像時にこのチップのモニタ領域の強度変化をモニタすることで、最適な現像時間を求めることが可能になる。これにより、ウェハ間の寸法のばらつきを大きく低減することができ、寸法精度及び歩留まりが大きく向上する。
【００５９】
（第２の実施形態）
（構成）
本実施形態で使用する現像装置は第１の実施形態と同様で、前記図１に示す通りである。実際のリソグラフィー工程では、レジスト，反射防止膜の下層には酸化膜などの膜構造があり、本実施形態では下層が酸化膜（膜厚のターゲットは３００ｎｍ）の場合を示す。従って、ウェハの平坦度は第１の実施形態ほど高くなく、ウェハの中心に近いチップでもほぼ露光装置で設定したフォーカス量で露光されていない可能性がある。
【００６０】
また、本実施形態においても、現像前の潜像のモニタリング、現像中のモニタリングを行うと共に、モニタ領域の反射光強度の波長分散を計測する。
【００６１】
（作用）
本実施形態における現像シーケンスは第１の実施形態と基本的に同様で、前記図２に示す通りである。ステップＳ１からＳ５までは第１の実施形態と全く同様であるので、その説明は省略する。但し、本実施形態ではＳ４において９つのチップのうち、chip２，chip５，chip９が平均的なレベルとなっていなかったため、これらをモニタするチップから除外した。
【００６２】
ステップＳ６のモニタ領域の膜厚を計測する際、モニタ領域の膜厚は、測定した反射光強度の波長分散から求める。図１３に、計測した反射光強度の波長分散の一例を示す。反射光強度は構成される膜の膜厚及び光学定数により決まるので、図１３のような波長分散から膜厚を計測することは可能である。ここで計測するモニタ領域の膜減り量は前記図６に示す通り、露光量と関係がある。従って、モニタ領域の膜減り量を計測すれば、計測しているチップ（ｉ）がどのくらいの露光量で露光されているかが分かる。ここでは、波長分散からモニタ領域の膜減り量を求める手法を示したが、反射防止膜の下層が平坦である場合には、特定の波長の反射光強度からモニタ領域の膜減り量を求めてもよい。
【００６３】
モニタ領域の膜厚の測定結果を、図１４に示す。chip２とchip５とchip９は前述したように、フォーカス条件がずれているため、測定の対象外としている。この計測の結果から平均値は１１．４ｎｍであることから、ウェハを代表するチップをchip１とし（ステップＳ８）、このチップのモニタ領域を現像中に計測することにする。
【００６４】
測定するチップが決まると、現像が開始される（ステップＳ９）。現像液が盛られた後、モニタヘッド１１はＳ８で決定されたチップ（ここではchip１）に移動し、位置を調整し、モニタリングを開始する（ステップＳ１０）。現像中のモニタリングは、潜像の膜厚を計測したときと同じように、モニタ領域からの反射光強度の波長分散を時間毎に計測していく。
【００６５】
現像中の波形の計算結果を基に、現像終了の判断の方法（ステップＳ１１）について説明する。同時に多数の波長の反射光強度変化が計測されるが、そのうち波長４７０ｎｍの波形を基に説明する。この変化を理論的に求めた結果を、図１５に示す。ここでは下地酸化膜の膜厚の中心値を３００ｎｍとして、±５ｎｍの変動があった場合の波形も併せてプロットしている。この計算（図１５）は、最初の１０秒で露光部（寸法１９０ｎｍ）の領域が膜減りし、１０秒で膜が完全に抜け、その後は１０秒で２ｎｍの割合で横方向に現像が進み、６０秒で所望寸法（２００ｎｍ）になるという条件で行っている。この結果から、下地酸化膜の膜厚が変動すると反射率が大きく変わることが分かる。
【００６６】
図１６（ａ）〜（ｃ）に、膜厚，寸法が変わったときに反射率の波長分散がどのように変わるかを示す。これらの図より、波長毎に反射率を計算し、それを下地の膜厚とパターン寸法とフィッティングすると、下地の膜厚と寸法が定まることが分かる。そして、寸法が所定の値に達した時点を現像終点とすればよいことが分かる。
【００６７】
より具体的には、モニタ領域からの複数の波長に対する各反射光の強度を検出し、図１６（ａ）〜（ｃ）でのフィッティングにより、例えば下地膜厚が３００ｎｍであることが判定したとする。この場合は、図１６（ｂ）を参照し、各波長で反射光強度（反射率）を測定した結果をフィッティングすることになり、例えば必要なパターン寸法が２００ｎｍであれば、各波長において反射率がＡの曲線と一致する時点を現像終了と判断すればよい。図１６を見ても分かるように、寸法に対する反射率の変化は小さいので、１つの波長で反射率の変化から寸法を判定するのでは精度が低くなるが、複数の波長で検出することにより十分な精度が得られる。
【００６８】
ところで、上記のようなフィッティングには処理に時間がかかる場合がある。その場合には、強度変化の特異点となる時間と特定現像時間での反射率から最適な現像時間を求める。ここで、２つの量を測定しているのは、寸法を決める要因として、露光量とフォーカスという２つの物理量があるためである。もちろん、露光装置でフォーカスの値が分かっている場合には、強度変化の特異点か所定時間での反射率のいずれかを計測すればよい。通常、強度変化の特異点の方が測定精度が高いため、このような場合には強度変化の特異点を計測する。
【００６９】
本実施形態は反射防止膜の下層が酸化膜であるため、露光装置で設定したフォーカスで露光されているとは限らない。そこで、強度変化の特異点と特定現像時間（現像時間３０秒）での反射率から最適な現像時間を求める。
【００７０】
次に、特異点となる時間を算出する方法について説明する。前記図１５のような波形から特異点を検出するには、強度変化の微分値を求めていって、微分値がある値以下となった時間を求めればよい。本実施形態では、反射防止膜の下層が酸化膜であるため、酸化膜厚の変動が大きい場合には予め特異点を求めるのに適した波長を定めることができない。そこで、複数の波長に対して、反射率測定を行い、特異点付近での傾きの変化が大きい波長を抽出したあとで、強度変化の微分値がある値以下となる時間を求めればよい。ここではこのようにして、強度変化の特異点を求めると１１秒であった。また、特異点付近での傾きの変化が大きい波長を複数選んで、それぞれから特異点を求め、特異点を求める精度を向上させることもできる。この場合、処理時間により何種類の波長まで解析可能かが決まる。
【００７１】
次に、特定現像時間の反射率から寸法を求める方法を示す。ここでは、前記図１６のような予め分かっている酸化膜厚，寸法の波長分散から、現像時間３０秒での寸法が２０５ｎｍとなった。ここで、特定現像時間として３０秒を選んでいるが、これは強度変化の特異点となる時間が２０秒よりも前であると予め分かっているため、最初の２５秒は特異点となる時間を精度良く求める処理を行って、３０秒後に反射率から寸法を求める処理を行うというように、処理を分けた方が処理速度が速いためである。従って、これらの両者の処理時間を考慮して、特定時間を設定すればよい。
【００７２】
図１７にフォーカスが変動した場合の、露光量と現像時間３０秒での寸法の関係、図１８にフォーカスが変動した場合の、露光量と特異点となる時間の関係を示す。現像時間３０秒での寸法が２０５ｎｍ、特異点となる時間が１１秒と計測されたので、露光量が２０．５ｍＪ、フォーカスが０．３μｍと計測された。これから現像時間を算出するが、フォーカスは基本的にはジャストの状態になるように、露光装置側では設定しているため、モニタしている領域がずれていると考えられるため、現像時間は算出した露光量から求める。従って、前記図１２の関係より、現像時間が５４秒と求められる。従って、５４秒で現像を終了させる（ステップＳ１２）。
【００７３】
本実施形態では、ウェハを代表するチップ１を抽出し（Ｓ８）、そのチップを現像中にモニタすることで現像停止時間を求めた（Ｓ１１）が、抽出したチップの潜像をモニタし、現像停止時間を求めることも可能である。例えば、チップ１では潜像のモニタ結果として、膜減りが１１．４ｎｍと求められており（図１４）、この結果と図６より露光量を求めることができる。さらに、図１２の関係をもとに現像停止時間を求めることができる。
【００７４】
（効果）
このように本実施形態によれば、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるために、現像時間制御を行う場合に、ウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを露光装置でのフォーカス情報及びモニタ領域の膜厚計測を行うことで抽出する。そして、現像を開始し、このチップのモニタ領域の強度変化をモニタする際に、特異点となる時間及び、特定の現像時間における反射率を現像時間に対する波長分散から計測する。これにより、露光時の露光量，フォーカス量の両方を知ることが可能となり、それに応じた最適な現像時間を求めることができる。これにより、ウェハ間の寸法のばらつきを大きく低減することができ、寸法の精度及び歩留まりが大きく向上する。
【００７５】
（第３の実施形態）
（構成）
本実施形態で使用する現像装置は第１の実施形態と同様で、前記図１に示す通りである。第１の実施形態では、反射率から現像の終点を定めたが、本実施形態では、反射光強度変化を位相に置き換えて、位相から現像の終点を予測する。
【００７６】
本実施形態では、現像前の潜像のモニタリング、現像中の潜像のモニタリングを行うと共に、モニタ領域の反射光強度の波長分散を計測する。そして、現像中のモニタリングでは、反射光強度の変化を位相に変換して、位相から現像の終点を予測する。
【００７７】
（作用）
本実施形態における現像シーケンスは第１の実施形態と基本的に同様で、前記図２に示す通りである。ステップＳ１からＳ９までは第１の実施形態と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００７８】
現像開始により現像液が盛られた後、モニタヘッド１１はＳ８で決定されたチップ（ここではchip２）に移動し、位置を調整し、モニタリングを開始する（ステップＳ１０）。現像中のモニタリングは、潜像の膜厚を計測したときと同じように、モニタ領域からの反射光強度の波長分散を時間毎に計測していく。そして、反射光強度変化を基に位相を求める。
【００７９】
実際の現像中の波形を基に、現像終了の判断の方法（ステップＳ１１）について説明する。同時に多数の波長の反射光強度変化が計測されるが、そのうち波長５５０ｎｍの波形を基に説明する。波長５５０ｎｍでの現像時間とモニタ領域の反射率の関係（実験結果）を、図１９に示す。この反射率変化より、現像の初期では干渉波形が見られることが分かる。干渉波形の最後に特異点が見られるが、これは露光部の膜減りがほぼ終了した点である。この点を位相が０として反射光強度を位相に変換する方法を、以下に示す。ここで、位相に着目するのは、下地の構造やプローブ光の波長に依存しない物理量であるためである。
【００８０】
図２０に示すように、強度変化の極大となるところの位相を−φ、そのときの強度をＩmax 、強度変化の極小となるところの位相を−φ＋π、そのときの強度をＩmin 、特異点の位相を０、そのときの強度をＩo とする。このように定義すると、強度Ｉと位相θの関係は下記の式で表される。
【００８１】
Ｉ＝ａ・sin（θ＋φ）＋ｂ
ａ＝（Ｉmax −Ｉmin ）／２
ｂ＝（Ｉmax ＋Ｉmin ）／２
ここで、境界条件として、位相−φ、−φ＋π、０での強度を代入して計算すると、図２１に示すように、位相と反射光強度の関係が得られる。従って、反射光強度から位相に変換ができた。この変換は、複数の波長を用いて行うことにより精度が向上する。解析の時間が許す限り多くの波長を用いて、変換するのがよい。図２１の関係を基に、現像時間と位相の関係を図２２に示す。特定波長の反射率がある値になった時点が所望寸法に仕上がる時間であるので、図２２の関係を基に、特定の位相となった時点で現像を終了させる。
【００８２】
ここでは、波長５５０ｎｍで計測した場合の反射光強度０．８８が所望寸法に仕上がる強度であるので、位相１６．４度で現像を終了させる。従って、現像を３０秒で終了させる。（ステップＳ１２）。
【００８３】
本実施形態では、現像の終点を測定した位相が特定の値になった時点としたが、これに限られるものではない。第２の実施形態では特異点となる時間と、特定時間での反射率から求める現像終点を求めたが、特定時間での反射率を位相と置き換えて現像終点を求めることも可能である。その他、特定の時間を２つ設定して、そのときの位相から現像終点を求めることも可能である。
【００８４】
（効果）
このように本実施形態によれば、ウェハ間の寸法のばらつきを低減させるために、現像時間制御を行う場合に、ウェハの中で代表的な条件で処理されているチップを露光装置でのフォーカス情報及びモニタ領域の膜厚計測を行うことで抽出する。現像を開始し、このチップのモニタ領域の強度変化を位相に変換してモニタすることで、最適な現像時間を求めることが可能になり、ウェハ間の寸法のばらつきを大きく低減することができる。これにより、寸法の精度及び歩留まりが大きく向上する。また、強度を位相に置きかえることにより、下地の膜厚やプローブ光の波長に依存しない物理量でのモニタリングが可能となる。従って、波長分散から寸法を求めるという複雑な処理がなくなり、解析が簡略化できる。
【００８５】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、露光条件（フォーカス，露光量）が平均的なチップを抽出したが、ウェハ上の各チップの露光条件が揃っている場合は、チップを抽出する工程は必ずしも必要としない。また、モニタ領域は必ずしもデバイスパターン領域内のデバイスパターン（実施形態ではメモリセル領域）に限るものではなく、モニタ専用のパターンであってもよい。さらに、モニタ領域は必ずしもデバイスパターン領域内に限るものではなく、マーク領域に形成したものであってもよい。
【００８６】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の各実施形態方法に使用した現像装置を示す概略構成図。
【図２】モニタチップ決定及び現像のシーケンスを説明するためのフローチャート。
【図３】モニタヘッドの位置調整を説明するための図。
【図４】現像前のチップの走査を説明するための図。
【図５】計測した反射率の波長分散の例を示す図。
【図６】露光量とモニタ領域の潜像の膜減り量との関係を示す図。
【図７】モニタ領域の潜像膜厚を計測した結果の一覧を示す図。
【図８】現像時間とモニタ領域の反射率との関係（実験結果）を示す図。
【図９】現像時間とモニタ領域の反射率との関係（計算結果）を示す図。
【図１０】２００ｎｍＬ／Ｓのライン寸法と反射率との関係を示す図。
【図１１】フォーカスが変化した場合の露光量と特異点になる時間との関係を示す図。
【図１２】露光量とパターン寸法が所望値に仕上がる現像時間との関係を示す図。
【図１３】計測した反射率の波長分散の例を示す図。
【図１４】モニタ領域の潜像膜厚を計測した結果の一覧を示す図。
【図１５】下地膜厚変動時の２００ｎｍＬ／Ｓパターンの反射率変化を示す図。
【図１６】膜厚，寸法，波長を変えたときの反射率の変化を示す図。
【図１７】露光量と２００ｎｍＬ／Ｓの現像時間３０秒での寸法との関係を示す図。
【図１８】フォーカスが変化した場合の露光量と特異点になる時間との関係を示す図。
【図１９】現像時間とモニタ領域の反射光強度（波長５５０ｎｍ）との関係を示す図。
【図２０】反射光の強度変化を位相に変換する様子を説明するための図。
【図２１】位相と規格化した反射光強度との関係を示す図。
【図２２】現像時間と位相との関係を示す図。
【符号の説明】
【００８８】
１０…現像ユニット
１１…モニタヘッド
１２…光源
１３…ファイバー
２０…ウェハ
２１…デバイス領域
２２…マーク領域
２３…メモリセル領域
３１…ＣＣＤカメラ
３２…分光器
３３…画像解析部
３４…強度解析部
３５…制御部
３６…露光装置
５１…ＣＣＤカメラの視野
５２…分光器で検出する領域
５３…モニタ領域
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2006313935.tif 000021
【図２０】
2006313935.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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