(57)【要約】【課題】レジストに形成されるホールの寸法精度を向上させる。【解決手段】ホールパターンの形成方法は、露光装置で、第１の基板上のレジストに露光パターンを形成するステップＳ１と、露光パターンを現像し、レジストにホールのパターンを形成するステップＳ２と、ホールの形状を測定する測定ステップＳ３と、判定ステップＳ４と、調整ステップと、を有する。判定ステップでは、ホールの形状および目標とするホールの形状に基づいて、露光装置から発せられる光の露光量、フォーカスおよび照明条件のうちのいずれのパラメータを調整するかを判定する。調整ステップでは、調整するべきと判定されたパラメータを調整する。その後、第２の基板上に対して作業を開始する。照明条件は、レクチルの開口数、レジストの開口数、光がレジストに達するまでに通る照明光学系のコヒーレンシーまたはそれらの組み合わせからなる。【選択図】図８
2011009550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置を備えたパターン形成装置を用い、フォトリソグラフィを利用して、複数の基板上に塗布されたレジストに対し、連続してホールのパターンを形成するホールパターンの形成方法であって、
前記露光装置で、第１の基板上の前記レジストを、レクチルを介して露光し、前記レジストに露光パターンを形成するステップと、
前記レジストに形成された前記露光パターンを現像し、前記レジストにホールのパターンを形成するステップと、
前記ホールの形状を測定する測定ステップと、
前記パターン形成装置が、前記ホールの形状および目標とするホールの形状に基づいて、前記露光装置から発せられる光の露光量、フォーカスおよび照明条件のうちのいずれのパラメータを調整するべきか否かの判定を行う判定ステップと、
調整するべきと判定された前記パラメータを調整する調整ステップと、
前記パラメータの調整後、前記パターン形成装置を用いて第２の基板上に塗布された前記レジストに対し、ホールのパターンを形成するステップと、を有し、
前記照明条件は、前記露光装置からの光が前記レクチルに入射する際の前記レクチルの開口数、前記光が前記レジストに入射する際の前記レジストの開口数、前記光が前記レジストに達するまでに通る照明光学系のコヒーレンシーまたはそれらの組み合わせからなる条件である、ホールパターンの形成方法。
【請求項２】
前記測定ステップおいて、前記ホールの上面幅および前記ホールの下面幅を測定し、
前記判定ステップにおいて、前記ホールの前記上面幅と前記下面幅との第１の寸法差を算出し、前に行われたフォトリソグラフィにおいて基板上のレジストに対して形成されたホールの、上面幅と下面幅との第２の寸法差と、前記第１の寸法差と、を比較して前記判定を行う、請求項１に記載のホールパターンの形成方法。
【請求項３】
前記判定ステップにおいて、前に行われた複数回のフォトリソグラフィにおいて基板上のレジストに形成されたホールの、上面幅と下面幅との寸法差の第１の平均値を算出し、前記第１の寸法差と前記第１の平均値との差の絶対値が予め設定された第１の基準値より大きいときに前記フォーカスを調整するべきと判定する、請求項２に記載のホールパターンの形成方法。
【請求項４】
前記判定ステップにおいて、２回連続して、前記第１の寸法差と前記第１の平均値との差の絶対値が予め設定された前記第１の基準値より大きいときに前記フォーカスを調整するべきと判定する、請求項２に記載のホールパターンの形成方法。
【請求項５】
前記判定ステップにおいて、前に行われた複数回のフォトリソグラフィにおいて基板上のレジストに形成されたホールの、上面幅と下面幅との寸法差と、前記第１の寸法差との第２の平均値を算出し、
前記フォーカスを調整するべきと判定されなかった場合に、前記ホールの上面幅と下面幅との寸法差の目標値と前記第２の平均値との差の絶対値が予め設定された第２の基準値より大きいときに前記照明条件を調整するべきと判定する、請求項３または４に記載のホールパターンの形成方法。
【請求項６】
前記判定ステップにおいて、前記フォーカスを調整するべきと判定されなかった場合であって、かつ前記照明条件を調整するべきと判定されなかった場合に、前記露光量を調整するべきと判定する、請求項５に記載のホールパターンの形成方法。
【請求項７】
前記調整ステップにおいて、前記フォーカスの調整は、前記露光装置を停止させた状態で行う、請求項１から６のいずれか１項に記載のホールパターンの形成方法。
【請求項８】
前記調整ステップにおいて、前記照明条件を調整した場合、前記照明条件を調整した後さらに前記露光量の調整を行う、請求項１から７のいずれか１項に記載のホールパターンの形成方法。
【請求項９】
前記調整ステップにおいて、前記パターン形成装置が、前記照明条件および前記露光量のうちの少なくとも１方の調整を行う、請求項１から８のいずれか１項に記載のホールパターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィを利用したホールパターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィでは、感光性の物質としてのレジストをパターン状に露光し、露光パターンを現像することで、露光パターンに応じたホールパターンがレジストに形成される。例えば、基板上に塗布されたレジストにホールパターンを形成すれば、当該ホールパターンに応じたパターンの配線を、容易に基板に形成することができる。そのため、フォトグラフィは、例えば、半導体装置製造の分野における配線の形成に対して広く利用されている。
【０００３】
フォトリソグラフィを用いたホールパターンの形成方法では、まず、基板に感光性のレジストを塗布する。そして、光を透過するパターンが形成されたレクチルを介して、レジストを露光する。その後、図１に示すように、レジスト１０２を現像して、基板１０３上のレジスト１０１に、ホール１０４のパターンが形成される。一般的に、ホール１０４の上面幅ＵＷは、ホールの下面幅ＬＷよりも大きくなる。
【０００４】
レジストに形成されるホールの寸法は、レジストに照射する光の露光量やフォーカスによって変動する。そのため、最適な露光量およびフォーカスで、フォトリソグラフィを実行することが必要である。しかし、複数の基板に対して連続してフォトリソグラフィを実行する場合、露光装置の状態が変動し、レジストに照射される光の露光量やフォーカスが変動する場合がある。したがって、露光装置から射出する光の露光量やフォーカスの調整を適宜行う必要がある。
【０００５】
図２は、露光量とホールの寸法との関係を示すグラフである。図２において、両矢印Ａ２の上端位置は、ホールの上面幅ＵＷを示しており、両矢印Ａ２の下端位置は、ホール１０３の下面幅ＬＷを示している（図３および図４における両矢印Ａ３，Ａ４も同様の意味を有する。）。
【０００６】
露光量が変化すると、ホールの上面幅ＵＷおよびホールの下面幅ＬＷが変化するが、ホールの上面幅ＵＷとホールの下面幅ＬＷとの寸法差はほとんど変化しない。露光装置の露光量が変動し、レジストに形成されたホールが、図２の両矢印Ａ２で示される寸法になった場合、露光量を調整することで、ホール上面幅ＵＷおよびホール下面幅ＬＷを目標寸法２０１，２０２に調整することができる。
【０００７】
図３は、光のフォーカスとホールの寸法との関係を示すグラフである。フォーカスが変化すると、ホールの上面幅と下面幅とが変化し、ホールの上面幅と下面幅との寸法差も変化する。図３に示すように、フォーカスが変動して、レジストに形成されたホールが、図３の両矢印Ａ３で示される寸法になった場合、フォーカスを調整することで、ホール上端面の幅ＵＷおよびホール下端面の幅ＬＷを目標寸法２０１，２０２にすることができる。
【０００８】
特開２００２−３５３１０４号公報（以下、特許文献１と呼ぶ。）および特開２００３−１６８６４１号公報（以下、特許文献２と呼ぶ。）には、フォトリソグラフィによって形成されたホールの寸法から露光装置の露光量やフォーカスの変動を推定し、露光装置の状態を調整した後に、次の基板に対してフォトリソグラフィを実行することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３５３１０４号公報
【特許文献２】特開２００３−１６８６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明者は、露光量およびフォーカスを調整するだけでは、ホールの寸法形状を調整することができない場合があることを見出した。これは、露光装置のフォーカスや露光量の他に、露光装置の別のパラメータが変動し得ることに起因する。このようなパラメータとして、露光装置からの光がレクチルに入射する際のレクチルの開口数、光がレジストに入射する際のレジストの開口数、光がレジストに達するまでの照明光学系のコヒーレンシーまたはそれらの組み合わせからなる照明条件がある。
【００１１】
つまり、露光装置の照明条件が変動し、ホールの寸法が変動した場合、特許文献１および特許文献２に記載の方法では、ホールが目標とする寸法になるように露光装置を調整することできないことがある。
【００１２】
図４は、露光量およびフォーカス以外のパラメータが変動した場合の、ホールの形状の一例を示すグラフである。なお、図４では、露光量は、予め設定された最適値から変動していない。レジストに形成されたホールの上面幅および下面幅（両矢印Ａ４参照。）は、それぞれの目標寸法２０１，２０２からずれている。
【００１３】
ホールが図４の両矢印Ａ４で示す寸法になった場合、フォーカスを最適値に調整してもホールの形状を最適にすることはできない。具体的には、ホールの上面幅を目標寸法２０１にすることはできるが、ホールの下面幅を目標寸法２０２にすることはできない。一方、露光量によってホールの寸法を調整するには、露光量を最適値から大きく変化させることになるが、露光量が最適値からずれている場合、レジストにホールを形成することができなくなることがある。
【００１４】
露光装置の照明条件が変動したとしても、ホールの寸法の変動量が小さければ、フォーカスおよび露光量の調整で、ホールの寸法を目標値に調整することが可能である。しかし、実際には、露光量およびフォーカスを、最適値から大きく変化させることはできない。これは、露光量およびフォーカスが所定の範囲外の値になると、レジストにホールを形成することができなくなったり、ホールの形成に多大な時間を要することになったりするためである。したがって、露光量およびフォーカスの調整のみで、ホールの上面幅とホールの下面幅とを目標値にすることには限界がある。
【００１５】
ホール上面幅とホール下面幅との寸法差の変化は、ホールの形状、つまりレジストの形状の変化を意味している。ホールの形状が変化すると、レジストを保護膜として、基板をエッチングしたとき、エッチングされた部分の形状が変化する。したがって、例えばこの基板に配線を形成し、半導体装置を製造すると、製造された半導体装置の特性がばらつき、歩留まりが低下する。
【００１６】
したがって、改良されたホールパターンの形成方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
一実施形態におけるホールパターンの形成方法は、露光装置を備えたパターン形成装置を用い、フォトリソグラフィを利用して、複数の基板上に塗布されたレジストに対し、連続してホールのパターンを形成する。ホールパターンの形成方法は、露光装置で、第１の基板上のレジストを、レクチルを介して露光し、レジストに露光パターンを形成するステップと、レジストに形成された露光パターンを現像し、レジストにホールのパターンを形成するステップと、測定ステップと、判定ステップと、調整ステップと、を有する。測定ステップでは、ホールの形状を測定する。判定ステップでは、パターン形成装置が、ホールの形状および目標とするホールの形状に基づいて、露光装置から発せられる光の露光量、フォーカスおよび照明条件のうちのいずれのパラメータを調整するべきか否かの判定を行う。調整ステップでは、調整するべきと判定されたパラメータを調整する。パラメータの調整後、パターン形成装置を用いて第２の基板上に塗布されたレジストに対し、ホールのパターンを形成する。ここで、照明条件は、露光装置からの光がレクチルに入射する際のレクチルの開口数、光がレジストに入射する際のレジストの開口数、光がレジストに達するまでに通る照明光学系のコヒーレンシーまたはそれらの組み合わせからなる条件である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、露光量およびフォーカスのみでなく、光がレクチルに入射する際のレクチルの開口数、光がレジストに入射する際のレジストの開口数、光がレジストに達するまでの照明光学系のコヒーレンシーまたはそれらの組み合わせを調整するため、レジストに形成されるホールの寸法の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】フォトリソグラフィにおいて、基板上のレジストに形成されるホールの概略断面図である。
【図２】露光量とホールの寸法との関係を示すグラフである。
【図３】フォーカスとホールの寸法との関係を示すグラフである。
【図４】露光量とフォーカスの調整のみで、ホールの寸法を目標寸法にすることが困難な場合を説明するためのグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、フォトリソグラフィによる、ホールパターン形成の方法を説明するステップ図である。
【図６】レジストの露光に用いられる露光装置の模式図である。
【図７】基板上のレジストにホールパターンを形成するパターン形成装置の構成を示す模式図である。
【図８】第１の実施形態に係る、ホールパターンの形成方法を示すフローチャートである。
【図９】図８における判定ステップを示すフローチャートである。
【図１０】露光量とホールの寸法との関係を示すグラフである。
【図１１】照明条件とホールの寸法との関係を示すグラフである。
【図１２】ホールの寸法の推移を示すグラフの一例である。
【図１３】ホールの寸法の推移を示すグラフの別の例である。
【図１４】ホールの寸法の推移を示すグラフのさらに別の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
第１の実施形態に係るホールパターンの形成方法は、フォトリソグラフィを利用して、複数の基板上のレジストに対して、連続してホールのパターンを形成するものである。まず、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して、１つの基板に対して行われるフォトリソグラフィの概要について説明する。
【００２２】
まず、基板１０３を準備し、基板１０３の表面に酸化膜１０２を形成する（図５（ａ）参照。）。次に、基板１０３の表面の酸化膜１０２上にレジスト１０１を塗布する（図５（ｂ）参照。）。レジスト１０１は感光材料であり、ポジ型であっても、ネガ型であっても良い。
【００２３】
次に、光を透過するパターンが形成されたレクチル５０１を介して、レジスト１０１に光を照射する（図５（ｃ）参照。）。レジスト１０１に照射される光は、露光装置から照射される。照射する光としては、例えばレーザー光を用いることができる。
【００２４】
図６は、露光装置からレジストに光を照射する様子を示す模式図である。露光装置は、光源６０１と、投射光学系６０２と、投影レンズ６０３と、基板を保持するホルダ６０４と、を有する。レジストが塗布された基板１０３はホルダ６０４上に保持される。
【００２５】
投射光学系６０２は、光源６０１から発せられた光を絞って、レクチル５０１に導く。投射光学系６０２を通った光は、レクチル５０１を通って投影レンズ６０３に入射する。光は投影レンズ６０３で絞られた後、基板１０３上のレジストに入射する。レクチル５０１はガラスやフィルムなどからなり、転写するパターンが形成されている。これにより、レジストは、レクチル５０１に形成されているパターンに応じて感光する。
【００２６】
次に、現像、リンスを行って、不要なレジスト１０１を除去する（図５（ｄ）参照。）。ここで、ポジ型のレジストを用いた場合には、露光された部分のみが除去される。また、ネガ型のレジストを用いた場合には、露光された部分のみが残る。このようにして、基板１０３上のレジスト１０１に、所定のパターンのホール１０４が形成される。
【００２７】
ホールの形状寸法は様々な要因で変動する。そのため、本実施形態では、前に行われたフォトリソグラフィで、レジストに形成されたホールの形状寸法を測定し、その測定結果に応じて露光装置の状態を調整した後、次の基板に対してフォトリソグラフィを開始する。
【００２８】
本実施形態では、露光量およびフォーカスの他に、露光装置の照明条件を調整する。照明条件は、光がレクチルに入射する際のレクチルの開口数（ＮＡ1）、光がレジストに入射する際のレジストの開口数（ＮＡ2）、光がレジストに達するまでの照明光学系のコヒーレンシー（σ）またはそれらの組み合わせからなる条件である。
【００２９】
照明条件は、例えば、露光装置の光源６０１の位置や、投射光学系６０２を構成するレンズの位置などを変化させることで調整可能である。
【００３０】
図７は、ホールパターンを形成するために用いられるパターン形成装置の一例である。このパターン形成装置は、露光装置７０１、測定装置７０２、主制御装置７０３、演算装置７０４およびデータベース７０５を有している。露光装置７０１および測定装置７０２は、主制御装置７０３および演算装置７０４とネットワークで繋がっている。演算装置７０４は、データベース７０５を有している。
【００３１】
本実施形態では、複数の露光装置７０１と複数の測定装置７０２がネットワークで接続されているが、露光装置７０１および測定装置７０２はそれぞれ１つであっても良い。
【００３２】
測定装置７０２は、レジストに形成されたホールの寸法を測定する装置である。測定装置７０２はホールの寸法が測定可能であれば、どのようなものであっても良い。例えば、測定装置としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることができる。
【００３３】
主制御装置７０３は、露光装置７０１および測定装置７０２を制御している。データベース７０５には、光の露光量、フォーカスおよび照明条件と関連付けて、測定装置７０２で測定されたホールの寸法値が記憶される。データベース７０５には、レクチルの種類を識別する識別記号が、ホールの寸法値と関連づけて記憶されることが好ましい。これにより、レクチルの種類に応じて露光装置７０１の調整を行うことが可能になる。
【００３４】
露光装置７０１および測定装置７０２が複数ある場合、データベース７０５は、露光装置の識別記号および測定装置の識別記号を記憶することが好ましい。これにより、露光装置および測定装置に機差があったとしても、機差を調整可能なパターン形成装置を構築することができる。
【００３５】
予め、様々な照明条件で基板上のレクチルにホールを形成し、ホールの寸法を測定し、照明条件とホールの寸法とを関連付けて、予めデータベースに記憶しておく。これにより、実際に測定されたホールの寸法から、露光装置の照明条件が変動したことを判定することができる。
【００３６】
図８は、本実施形態に係るホールパターンの形成方法を示すフローチャートである。まず、露光装置によって、第１の基板上のレジストを、レクチルを介して露光する（ステップＳ１）。次に、第１の基板上のレジストを現像して、レジストにホールのパターンを形成する（ステップＳ２）。次に、ホールの形状を測定する（測定ステップＳ３）。
【００３７】
次に、ホールの形状に基づいて、露光装置の露光量、フォーカスおよび照明条件のうちのいずれのパラメータを調整するべきかの判定を行う（判定ステップＳ４）。そして、調整するべきと判定されたパラメータを調整する（ステップＳ５ａ〜Ｓ５ｃ）。
【００３８】
パラメータの調整後、第２の基板上のレジストを露光、現像し、第２の基板上のレジストにホールのパターンを形成する。このようにして、第２の基板上のレジストに所望の形状のホールを形成することができる。
【００３９】
第２の基板を処理する前、主制御装置７０３から露光装置７０１に作業条件（レクチルの種類など）が送信される。露光装置７０１は主制御装置７０３から送信された情報に基づいて、最適な照明条件、露光量を演算装置７０４に問い合わせる。演算装置７０４は最適な照明条件および露光量を算出し、露光装置７０１に最適な照明条件および露光量を送信する。露光装置７０１は、演算装置７０４から送信された条件で、レジストを露光する。ホールの形成が終了した後、測定装置で測定されたホールの寸法が演算装置７０４に送信され、露光量、フォーカスおよび照明条件とともにデータベース７０５に記憶される。
【００４０】
同一のロットで製造された製品は、同一の品質であることが好ましい。したがって、上記の判定ステップおよび露光装置を調整するステップは、ロット毎に行うことが好ましい。
【００４１】
図９は、判定ステップの詳細を示すフローチャートである。本実施形態において、判定ステップで必要とされるデータおよび計算式が以下に定義される。ｎ番目の作業において、光の露光量をＤ（ｎ）、レジストに形成されたホールの上面幅の実測値をＵＷ（ｎ）、ホールの下面幅の実測値をＬＷ（ｎ）、ホールの上面幅と下面幅との寸法差をΔＷ（ｎ）（＝ＵＷ（ｎ）−ＬＷ（ｎ））と表記する。また、ホールの上面幅の目標寸法をＴＵＷと表記し、ホールの下面幅の目標寸法をＴＬＷと表記し、これらの差をＴΔＷ（＝ＴＵＷ−ＴＬＷ）と表記する。
【００４２】
ｉ−ｎ番目の作業からｉ−１番目の作業までで得られたホールの、上面幅の平均値をＵＷAVEと表記し、下面幅の平均値をＬＷAVEと表記する。ここで、ｎは２以上の任意の整数とする。
【００４３】
これらの平均値ＵＷAVE，ＬＷAVEは、
ＵＷAVE＝｛ＵＷ（ｉ−ｎ）＋ＵＷ（ｉ−ｎ＋１）＋・・・＋ＵＷ（ｉ−１）｝／ｎ
ＬＷAVE＝｛ＬＷ（ｉ−ｎ）＋ＬＷ（ｉ−ｎ＋１）＋・・・＋ＬＷ（ｉ−１）｝／ｎ
によって算出することができる。
【００４４】
なお、ホールがライン状に形成される場合、ホールの上面幅および下面幅とは、それぞれ、ホールの上面および下面（底面）の幅を指す。また、ホールが楕円形に形成される場合、ホールの上面幅および下面幅とは、それぞれ、ホールの上面および下面（底面）の長径のことであっても良いし、短径のことであっても良い。
【００４５】
ｉ番目の作業における判定ステップにおいて、まず、ｉ番目よりも前に行われたロットに対して、ホールの上端幅と下端幅との差の平均値を計算する。ここでは、ｉ−ｎ番目からｉ−１番目までの第１の平均値ΔＷAVEを算出する。第１の平均値ΔＷAVEは、
ΔＷAVE＝ＵＷAVE−ＬＷAVE
によって算出することができる。
【００４６】
ｉ番目の作業において、ホールの上面幅と下面幅との寸法差ΔＷ（ｉ）と、第１の平均値ΔＷAVEとの差の絶対値が、予め設定された基準値Ｓ１よりも大きければ、フォーカスの調整を行うと判定する。つまり、｜ΔＷAVE−ΔＷ（ｉ）｜＞Ｓ１の場合に、フォーカスの調整を行うと判定される。
【００４７】
本実施形態では、図９に示すように、２回連続で、ホールの上面幅と下面幅との寸法差が第１の平均値よりも大きくなったときに、フォーカスの調整を行うと判定する。これにより、偶然ホールの寸法が変動し、以降の作業で露光装置の状態を調整する必要がない場合にも、フォーカス調整を行うと判定される可能性が低減される。この場合、第１の平均値ΔＷAVEを算出するときに、ｉ−１番目に形成されたホールの寸法を考慮しないことが好ましい。これは、ｉ−１番目に形成されたホールは、突発的に形状が変動したものである可能性があり、ホールの寸法を比較する目的に適していないためである。つまり、ｉ番目の作業における判定ステップの際、第１の平均値ΔＷAVEは、ｉ−ｎ−１番目からｉ−２番目までの作業で得られたホールの寸法から算出することが好ましい。
【００４８】
フォーカスの調整を行うと判定された場合、演算装置は、露光装置に作業中止命令を送信し、露光装置を停止させる。そして、手動でフォーカスを調整した後、処理を再開する。このように、ホールの形状が急激に変化した場合、露光装置に異常が発生している可能性が高い。本実施形態では、露光装置の異常を早期に発見することができ、早期に装置の異常に対応することができる。そのため、歩留まりの低下を抑制することができる。
【００４９】
フォーカスの調整をしないと判定された場合、照明条件または露光量の調整を行うかどうかの判定をする。そのために、現在の作業（ｉ番目の作業）からｎ−１回前の作業までの、ホールの寸法差の平均値ΔＷ’AVEを算出する。この平均値ΔＷ’AVEは、
ΔＷ’AVE＝｛ΔＷ（ｉ−ｎ＋１）＋・・・＋ΔＷ（ｉ−１）＋ΔＷ（ｉ）｝／ｎ
によって算出できる。
【００５０】
この平均値ΔＷ’AVEと、ホールの上面幅と下面幅との寸法差の目標値ＴΔＷと、を比較する。平均値ΔＷ’AVEが基準値ＴΔＷから大きくずれていたら、照明条件を調整するべきと判定する。つまり、｜ΔＷAVE’−ＴΔＷ｜＞Ｓ２の場合、照明条件を調整し、｜ΔＷAVE’−ＴΔＷ｜≦Ｓ２の場合、照明条件を調整しない。ここで、Ｓ２は予め設定された基準値である。
【００５１】
照明条件を調整すると判定された場合、ホールの寸法差の第２の平均値ΔＷAVE’が、予め設定された、ホールの寸法差の目標値ＴΔＷから、どの程度ずれているかによって、照明条件を調整する。
【００５２】
具体的には、様々な照明条件で予めレジストにホールを形成しておき、そのホールの上面幅と下面幅との寸法差を、照明条件とともにデータベースに記憶しておく。そして、露光装置を１つの照明条件に設定した状態で、フォトリソグラフィを行う。なんらかの原因で、ホールの寸法差が目標値から変動し、照明条件を調整するべきと判定されたら、ホールの寸法差が目標値になるように、照明条件を調整する。これにより、ホールの寸法差の平均値が目標値からずれた場合に、照明条件を変更して、ホールの寸法差が目標値になるように調整することができる。
【００５３】
照明条件を調整した後、調整後の照明条件に適合するように、露光量を調整する。このため、まず、各回のフォトリソグラフィで形成されたホールの寸法に基づいて、各回の最適露光量を算出する。最適露光量は、ホールの寸法の実測値と目標寸法との差がなくなる用に調整した露光量の値である。
【００５４】
図１０は、露光量とホールの寸法との関係を示すグラフである。ホールの上面幅および下面幅は、露光量に対して概ね線形に変化する。したがって、ホールの寸法の目標値と実際に測定されたホールの寸法との差から、最適な露光量を推定することができる。
【００５５】
本実施形態では、ｉ番目の作業における最適露光量Ｄopt（ｉ）は、
Ｄopt（ｉ）＝Ｄ（ｉ）−［（ＵＷ（ｉ）−ＴＵＷ）／Ａ］
によって、算出される。ここで、Ａは、露光量の変化に対する、ホール上面幅の変化の傾きである。本実施形態では、上式のように、照明条件を調整した後のホール上端幅が、ホール上面幅の目標値ＴＵＷに一致するように、最適露光量を算出する。これに限定されず、ホール下面幅が、ホール下面幅の目標値になるように、最適露光量を算出しても良い。
【００５６】
そして、各回の最適露光量Ｄopt（ｉ）の平均値を計算し、この平均値を次回のフォトリソグラフィで、第２の基板上のレジストに照射する光の露光量として設定する。これにより、第２の基板上のレジストに形成されるホールの寸法が、目標寸法になる。
【００５７】
フォーカスおよび照明条件の調整の必要がないと判定された場合には、必要に応じて、露光量のみを調整する。このとき、露光量は、上述したように、各回のフォトリソグラフィで算出された最適露光量の平均値を用いて調整される。
【００５８】
このように、前に行われたフォトリソグラフィで形成されたホールの寸法を測定し、次回のフォトリソグラフィで使用する露光条件や照明条件にフィードバックする。このようにして、連続してホールパターンを形成していく。
【００５９】
本実施形態では、露光装置の照明条件を調整するため、露光量およびフォーカス調整のみでは対応できなかった、ホールの寸法変動に対応可能である。つまり、ホールの寸法をより精度よく調整可能である。これにより、ホールの寸法のばらつきが低減する。このように、ホールの寸法のばらつきが低減するため、本実施形態のフォトリソグラフィを利用した製造されたデバイスの歩留まりが向上する。
【００６０】
また、ホールの寸法が変動した場合に、照明条件の調整は、演算処理により自動で行われる。そのため、調整に費やされる時間は短く、露光装置の稼働率が向上する。さらに、複数の露光装置を用いる場合、露光装置間の調整が可能となる。これにより、機差によって作業不能になった露光装置を、作業可能な状態に調整することができ、露光装置の稼働率が向上する。
【００６１】
本実施形態のホールの形成方法では、露光装置の機差を、レチクルの調整で補正する必要がない。そのため、レチクルの設計コストおよび製造コストが削減される。また、レチクルの個体差が、露光装置の調整によって補正可能であるため、ホールの寸法のばらつきを低減することができる。
【００６２】
本発明は、１台の露光装置で露光する場合に限らず、２台以上の露光装置を用いる場合にも適用可能である。２台以上の露光装置を用いる場合、装置毎にデータを取得して、装置ごとにデータベースを作成する。
【００６３】
また、２枚以上のレチクルを用いてパターンを形成する場合には、レチクル毎にデータを設定しておき、そのデータに基づいて調整を行う。２台以上の露光装置と、２枚以上のレクチルを用いる場合には、装置とレチクルとの組み合わせ毎にデータを記憶しておき、そのデータに基づいて調整を行う。
【００６４】
（実施例）
第１の実施例では、露光装置が有する光源６０１として、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザを用いた。露光方式は、本実施例ではスキャン型であるが、一括型であっても良い。ホールの上面幅の目標寸法を２９０ｎｍと予め設定し、ホール下面幅の目標寸法を２４０ｎｍと予め設定しておく。したがって、ホール上面幅とホール下面幅との寸法差の目標値ＴΔＷは、５０ｎｍとなる。
【００６５】
本実施例では、レジストの開口数（ＮＡ2）をいくつか変えた照明条件を設定し、それらの照明条件で予めホールパターンを形成する。そして、予め得られたホールの寸法を測定し、データベースに記憶させておく。本実施例において設定された照明条件と、各照明条件で得られたホールの寸法が表１に記載されている。なお、表１では、ホールの上面幅が目標寸法（２９０ｎｍ）になるように調整されたときのデータが記載されている。照明条件１〜５において、光の波長は２４８ｎｍであり、コヒーレンシーは０．５７である。
【００６６】
【表１】
2011009550.tif 000003
【００６７】
図１１には、照明条件１〜５とホールの寸法との関係が示されている。図１１および表１を参照すると、照明条件を変えると、ホールの寸法差が変化することがわかる。これは、照明条件を調整することで、ホールの寸法差を調整することができることを示している。
【００６８】
本実施例では、照明条件３を基準となる照明条件として設定し、一連の作業の開始時では、照明条件３を用いてフォトリソグラフィを行う。
【００６９】
照明条件を調整するべきと判定された場合、以下のような条件で、照明条件を調整する。（ΔＷAVE’−５０ｎｍ）＜−１５ｎｍの場合、照明条件１に変更し、−１５ｎｍ≦（ΔＷAVE’−５０ｎｍ）＜−５ｎｍの場合、照明条件２に変更し、５ｎｍ＜（ΔＷAVE’−５０ｎｍ）≦１５ｎｍの場合、照明条件４に変更し、１５ｎｍ＜（ΔＷAVE’−５０ｎｍ）の場合、照明条件５に変更する。
【００７０】
これにより、ホールの寸法差が大きくなったときには、ホールの寸法差が小さくなるように照明条件が調整され、ホールの寸法差が小さくなったときには、ホールの寸法差が大きくなるように照明条件が調整される。
【００７１】
図１２は、複数の基板に対して、連続してホールパターンの形成を行ったときの、ホールの寸法の変化の様子の一例を示している。図１２では、フォーカスが変動したと判定され、フォーカスの調整が行われた場合の一例が示されている。
【００７２】
始めの作業では、ホールの上面幅および下面幅は、ほぼ目標値となっている。しかし、ｉ番目の作業において、ホールの寸法が大きく変動している。ｉ番目の作業において、ホールの上面幅ＵＷ（ｉ）は２８８ｎｍ、ホール下面幅ＬＷ（ｉ）は２０５ｎｍであり、その寸法差ΔＷ（ｉ）は８３ｎｍである。
【００７３】
ｉ−３番目からｉ−１番目までの作業の、ホールの寸法差の第１の平均値ΔＷAVEは、４８ｎｍである。したがって、ホールの寸法差ΔＷ（ｉ）と、第１の平均値との差は３５ｎｍであり、予め設定された第１の基準値２０ｎｍを超えている。
【００７４】
さらに、ｉ＋１番目の作業において、ホールの寸法差ΔＷ（ｉ＋１）が８２ｎｍであり、２回連続で、ホールの寸法差と第１の平均値との差が予め設定された第１の基準値を超えている。そのため、演算装置は、作業中止命令を露光装置に送信する。これにより、露光装置は停止する。そして、手動でフォーカスを調整した後、次の基板に対して作業を開始する。これにより、後に実施されたフォトリソグラフィで形成されたホールの寸法が、目標寸法に調整されている。
【００７５】
このように、露光装置の状態が急激に変動した場合には、露光装置を停止して、作業者が装置のメンテナンスを行うことが好ましい。
【００７６】
図１３は、複数の基板に対して、連続してホールパターンの形成を行ったときの、ホールの寸法の変化の様子の一例を示しており、照明条件を調整するべきと判定され、照明条件の調整が行われた場合の一例が示されている。
【００７７】
図を参照すると、作業が推移するとともに、ホールの下面幅が徐々に増大していることがわかる。ｉ番目の作業において、ホールの上面幅ＵＷ（ｉ）は２９３ｎｍであり、ホールの下面幅ＬＷ（ｉ）は２５４ｎｍであり、これらの寸法差ΔＷ（ｉ）は３９ｎｍとなっている。
【００７８】
ｉ−３番目からｉ−１番目までの作業において、ホールの寸法差の第１の平均値は、４５ｎｍである。したがって、寸法差ΔＷ（ｉ）と第１の平均値との差は、６ｎｍとなっており、予め設定された第１の基準値よりも小さい。したがって、フォーカスを調整するべきとは判定されない。
【００７９】
しかし、ｉ−２番目からｉ番目までの作業において、ホールの寸法差の第２の平均値ΔＷAVE’は、４２ｎｍである。第２の平均値と、ホールの寸法差の目標値（５０ｎｍ）との差の絶対値は、８ｎｍであり、予め設定された第２の基準値（５ｎｍ）を超えている。したがって、照明条件を調整するべきと判定される。
【００８０】
この場合、第２の平均値と、ホールの寸法差の目標値（５０ｎｍ）との差は、−８ｎｍであるため、照明条件２（ＮＡ2＝０．５８）に変更する。さらに、この照明条件に適した露光量となるように、露光量の調整も行う。
【００８１】
図１０のグラフから、ホールの上面幅を、露光量の一次式で近似して、その傾きを求めると、５．２×１０-10ｍ3／Ｊであった。この値を用いて、最適露光量を算出する。具体的には、ｉ−２番目からｉ番目までのロットにおける露光量は、Ｄ（ｉ−２）＝Ｄ（ｉ−１）＝Ｄ（ｉ）＝４２０Ｊ／ｍ2である。ｉ−２番目からｉ番目までのロットにおいて、ホール上面幅ＵＷ（ｉ−２）は２９３ｎｍ、ＵＷ（ｉ−１）は２９５ｎｍ、ＵＷ（ｉ）は２９６ｎｍであった。この場合、ホール上面幅が目標値（２９０ｎｍ）となるための、最適露光量は、それぞれ、Ｄopt（ｉ−２）＝４１４Ｊ／ｍ2，Ｄopt（ｉ−１）＝４１０Ｊ／ｍ2，Ｄopt（ｉ）＝４０８Ｊ／ｍ2である。これらの最適露光量の平均値は４１１Ｊ／ｍ2となる。この平均値を、次の作業における露光量として用いる。これにより、後の作業において、ホールの寸法値が改善されているということがわかる。
【００８２】
図１４は、複数の基板に対して、連続してホールパターンの形成を行ったときの、ホールの寸法の変化の様子の一例を示しており、露光量を調整するべきと判定され、露光量の調整が行われた場合の一例が示されている。
【００８３】
図を参照すると、作業が推移するとともに、ホールの寸法が徐々に変動していることがわかる。ｉ番目の作業において、ホールの上面幅ＵＷ（ｉ）は２８０ｎｍであり、ホール下端幅ＬＷ（ｉ）は２３１ｎｍであり、それらの寸法差ΔＷ（ｉ）は４９ｎｍである。ｉ−３番目からｉ−１番目までのホールの寸法差の第１の平均値は、ΔＷAVEは４８ｎｍである。したがって、フォーカスを調整するべきとは判定されない。
【００８４】
また、ｉ−２番目からｉ番目までの作業における、ホールの寸法差の平均値は、２ｎｍであり、予め設定された第２の基準値（５ｎｍ）よりも小さい。そのため、照明条件を調整するべきとは判定されず、露光量を調整するべきと判定される。
【００８５】
露光量の調整に関しては、上述した方法と同様に行う。つまり、ｉ−２番目からｉ番目までの作業における最適露光量を算出し、これらの最適露光量の平均値を、次の作業における露光量として設定する。これにより、次回のフォトリソグラフィで形成されたホールの寸法が、目標値になるように調整される。
【００８６】
上記実施形態および実施例で説明した、フォトリソグラフィを用いたパターン形成方法は、半導体装置の配線の形成に好適に利用することができる。したがって、上記実施形態のホールパターンの形成方法を利用した、半導体装置の製造方法では、信頼性の高い半導体装置を容易に製造することができる。
【００８７】
基板に多層の配線を形成する場合、通常、各層の配線のパターンは異なっている。したがって、どの層の配線を形成するかを識別するための識別記号がデータベースに記憶されていることが好ましい。
【００８８】
以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【００８９】
１０１    レジスト
１０２    酸化膜
１０３    基板
１０４    ホール
２０１    ホールの上面幅の目標寸法
２０２    ホールの下面幅の目標寸法
６０１    光源
６０２    投射光学系
６０３    投影レンズ
６０４    ホルダ
７０１    露光装置
７０２    測定装置
７０３    主制御装置
７０４    演算装置
７０５    データベース
【図１】
2011009550.tif 000004
【図２】
2011009550.tif 000005
【図３】
2011009550.tif 000006
【図４】
2011009550.tif 000007
【図５】
2011009550.tif 000008
【図６】
2011009550.tif 000009
【図７】
2011009550.tif 000010
【図８】
2011009550.tif 000011
【図９】
2011009550.tif 000012
【図１０】
2011009550.tif 000013
【図１１】
2011009550.tif 000014
【図１２】
2011009550.tif 000015
【図１３】
2011009550.tif 000016
【図１４】
2011009550.tif 000017