(57)【要約】【課題】ウェハ基板ごとの最適なフォーカスオフセット値を簡便に導出すること。【解決手段】露光装置がウェハ基板のレジストに露光光を照射する露光ステップを有する半導体装置の製造方法である。露光光照射ステップは、露光装置に、加工対象のウェハ基板の基板構成情報が入力される第１のステップＳ１０と、露光装置が、基板構成情報に基づき、フォーカス検出光の反射成分が最大となるフォーカス基準面の基準位置を算出し、露光光の焦点位置とフォーカス基準面の基準位置との差分をフォーカスオフセットとして算出する第２のステップＳ２０と、露光装置が、フォーカスオフセットに基づいて露光光のフォーカスを調整する第３のステップＳ３０と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置がウェハ基板のレジストに露光光を照射する露光光照射ステップを有する半導体装置の製造方法であって、
前記露光光照射ステップは、
前記露光装置に、加工対象の前記ウェハ基板の基板構成情報が入力される第１のステップと、
前記露光装置が、前記基板構成情報に基づき、フォーカス検出光の反射成分が最大となるフォーカス基準面の基準位置を算出し、前記露光光の焦点位置と前記フォーカス基準面の前記基準位置との差分をフォーカスオフセットとして算出する第２のステップと、
前記露光装置が、前記フォーカスオフセットに基づいて前記露光光のフォーカスを調整する第３のステップと、
を含む、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板構成情報は、前記ウェハ基板を構成するそれぞれの層の積層順序、膜厚、屈折率、及び吸収係数を含む、
半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２のステップでは、前記露光装置は、前記基板構成情報に基づいて前記それぞれの層の界面における反射率を算出し、算出したそれぞれの前記反射率に基づいて前記フォーカス基準面の前記基準位置を算出する、
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２のステップでは、前記露光装置は、前記基板構成情報及び前記ウェハ基板のそれぞれの層を形成する半導体製造装置から出力される装置情報に基づいて前記フォーカス基準面の前記基準位置を算出する、
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記露光装置は、前記装置情報に基づいて前記層の膜厚を算出し、算出した前記膜厚に基づいて前記フォーカス基準面の前記基準位置を算出する、
半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２のステップでは、前記露光装置は、前記基板構成情報及び計測装置から出力される装置情報に基づいて前記フォーカス基準面の前記基準位置を算出する、
半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記露光装置は、前記装置情報に基づいて前記ウェハ基板のそれぞれの層の膜厚を算出し、算出した前記膜厚に基づいて前記フォーカス基準面の前記基準位置を算出する、
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記露光装置は、露光処理完了後に前記レジストの剥離や再生ができない前記ウェハ基板に対して前記露光光照射ステップを行う、
半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記露光装置は、走査型真空電子顕微鏡による寸法測定を行うことができないウェハ基板に対して前記露光光照射ステップを行う、
半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ウェハ基板は、積層構造が互いに異なる複数の領域を有し、
前記第１のステップでは、それぞれの前記領域に対応する前記基板構成情報が入力され、
前記第２のステップでは、前記露光装置が、それぞれの前記領域に対応する前記フォーカスオフセットを算出し、
前記第３のステップでは、前記露光装置が、それぞれの前記フォーカスオフセットに基づいて、前記領域ごとにフォーカスを調整する、
半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記積層構造が異なる領域が前記露光光のスポットサイズより小さい場合、
前記第２のステップにおいて、前記露光装置は、追加された層の実効膜厚を算出することにより、前記積層構造が異なる前記領域の前記フォーカスオフセットを算出する、
半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板構成情報は、前記追加された層のパターン寸法及びピッチを含む、
半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板構成情報は、前記追加された層の被覆率を含む、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、投影露光リソグラフィが用いられる。投影露光リソグラフィの例として、以下の特許文献１が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、製品処理を停止することなく、フォーカスオフセット値を管理する半導体製造装置が開示されている。半導体製造装置は、ウェハに対して製品パターンを露光するとともに、フォーカスオフセット値管理用のテストパターンを露光する。そして、半導体製造装置は、露光された製品ウェハを現像し、製品ウェハ上に現像されたテストパターンの寸法を測定部により測定する。そして、半導体製造装置は、測定されたテストパターンの寸法を基に、半導体製造装置のフォーカスオフセット値を演算部により演算し、演算されたフォーカスオフセット値となるように、半導体製造装置の投影光学系のフォーカスオフセット値を調整部により調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−５０５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１１は、投影露光リソグラフィの説明図である。図１１（ａ）は、露光光とベストフォーカスとの関係を説明する図である。図１１（ｂ）は、フォーカス検出光とフォーカス基準面との関係を説明する図である。図１１（ｃ）は、ベストフォーカスとフォーカス基準面とが一致する場合を説明する図である。
【０００６】
投影露光リソグラフィの性能は、図１１（ａ）示すように、露光光の焦点がパターン形成面と一致した時に最大となる。この状態はベストフォーカスと呼ばれる。投影露光リソグラフィの性能は、具体的には、光学像のコントラスト、高さ変動に対する裕度（フォーカスマージン）などにより規定される。また、投影露光リソグラフィでは、露光光の波長が短いほど解像度（分解能）が向上することが知られている。このため、露光光にはｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）などの紫外領域の短波長光が用いられる。パターン形成膜（レジスト）には、短波長光で反応、溶解を起こす有機系材料が用いられる。
【０００７】
フォーカス検出光は、図１１（ｂ）に示すように、送光部から７０〜８０度の角度でウェハ基板に向けて出射され、フォーカス検出光の反射成分は、受光部で検出される。フォーカス検出光には、可視領域の波長（５００ｎｍ〜１０００ｎｍ）を有するブロードバンド光が用いられる。なお、フォーカス検出光の波長が露光光より長い理由は、フォーカス検出光によりレジストが感光しないようにするためである。
【０００８】
ウェハ基板の高さは、フォーカス検出光の反射成分が極大値を与える位置として検出され、この位置はフォーカス基準面と呼ばれる。
【０００９】
ベストフォーカスとフォーカス基準面との差分は、フォーカスオフセットと呼ばれる。レジストが十分薄ければ、図１１（ｃ）に示すように、ベストフォーカスはレジスト表面と一致する。また、フォーカス検出光がレジスト表面ですべて反射される場合、フォーカス基準面はレジスト表面と一致する。これらの条件が満たされる場合、ベストフォーカスはフォーカス基準面と一致するため、フォーカスオフセットはゼロに設定される。
【００１０】
ところが、実際の半導体製造プロセスにおいては、フォーカスオフセットはゼロにはならず、ウェハ基板の構造によってさまざまな値を取る。なぜなら、露光光は、レジストの表面と底面の双方で合焦しなければならず、ベストフォーカスがレジスト表面であるとは限らないからである。なお、この場合のベストフォーカスは、例えば、レジスト表面と底面のほぼ中間点である。また、フォーカス検出光はレジスト表面で屈折し、レジストの内部まで侵入することから、フォーカス基準面は、レジスト表面とは一致しない。
【００１１】
ベストフォーカスとフォーカス基準面とを比較すると、レジスト表面からの乖離が大きいのは後者である。なぜなら、フォーカス検出光はレジスト内部に留まらず、レジスト下方の各物質（下層材や下地基板等）にも侵入する成分を有するからである。
【００１２】
図１２は、ベストフォーカスとフォーカス基準面とが一致しない場合の状態を示す図である。なお、図１２では、露光光及びフォーカス検出光は互いに分離して示されている。また、図１２では、レジストで露光光が１００％吸収され、フォーカス検出光がレジスト及び下層材で全く減衰せず（吸収されず）、下地基板の表面で１００％反射されると仮定している。
【００１３】
この場合、ベストフォーカス及びフォーカス基準面は、レジスト表面より下方に位置することは明らかである。これについて、定量的に議論するためには、各物質における屈折の影響を考慮しなければならない。例えば、露光光は、レジストの表面と底面との中間点（ベストフォーカス）に向けて照射されても、レジスト表面における屈折により、中間点（ベストフォーカス）よりも下方で合焦する。このときのベストフォーカスは、レジスト膜厚÷２÷レジスト屈折率の分だけ、レジストの表面から下方の位置となる。
【００１４】
そこで、この中間点で露光光を合焦させるためには、図１２に示すように、中間点より上方にベストフォーカスを設定する必要がある。具体的には、露光光は、レジスト膜厚÷２÷（１−レジスト屈折率）の分だけ、ベストフォーカスがレジストの中間点から上方の位置となるように照射されればよい。図１２では、点線で示される露光光が合焦する位置が、屈折率を考慮したベストフォーカスである。
【００１５】
これと同様に、フォーカス検出光は、レジストの表面、及びレジストの底面（すなわち、下層材の表面）でそれぞれ屈折する。これにより、フォーカス基準面は、レジスト、下層材のフォーカス検出光に対する屈折率の分だけ下方の位置となる。具体的には、フォーカス基準面は、（レジスト膜厚÷レジスト屈折率）＋（下層材膜厚÷下層材屈折率）の分だけ、レジストの表面から下方の位置となる。
【００１６】
詳しく述べると、図１２に示すように、点線で示されるフォーカス検出光の空気中入射光路の外挿直線と空気中反射光路の外挿直線とが交差する位置が、屈折率を考慮したフォーカス基準面となる。なお、膜厚を屈折率で割った項は、屈折率を考慮した実効的な膜厚とみなすこともでき、フォーカス基準面は、実効的な膜厚を有するレジストの底面の位置となる。このように、実際の半導体製造プロセスでは、フォーカスオフセット（ΔＦ）はゼロとはならない。
【００１７】
しかしながら、特許文献１で示されるように、フォーカスオフセットの設定には、テストパターンの作成や、作成したテストパターンの寸法の測定も必要であることから、多大な手間と時間を要する。また、寸法の測定誤差等の影響により、フォーカスオフセットの設定値に誤差が生じる場合もあり得る。
【００１８】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本明細書には、複数の実施の形態の半導体装置が記載されているが、一実施の形態の半導体装置を述べると、次の通りである。半導体装置の製造方法は、露光装置がウェハ基板のレジストに露光光を照射する露光ステップを有する。露光光照射ステップは、露光装置に、加工対象のウェハ基板の基板構成情報が入力される第１のステップと、露光装置が、基板構成情報に基づき、フォーカス検出光の反射成分が最大となるフォーカス基準面の基準位置を算出し、露光光の焦点位置とフォーカス基準面の基準位置との差分をフォーカスオフセットとして算出する第２のステップと、露光装置が、フォーカスオフセットに基づいて露光光のフォーカスを調整する第３のステップと、を含む。
【発明の効果】
【００２０】
一実施の形態によれば、ウェハ基板ごとの最適なフォーカスオフセット値を簡便に導出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る露光装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る基板構成情報の入力画面の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】フォーカス検出光を用いたフォーカス基準面の取得方法を説明する図である。
【図５】ウェハ基板の各界面における反射率及び透過率の算出結果を例示する図である。
【図６】下層材の屈折率と反射率とを対応させて示す図である。
【図７】下層材の屈折率とフォーカスオフセットとを対応させて示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る露光装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係るウェハ基板の構成の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係るウェハ基板の構成の例を示す図である。
【図１１】投影露光リソグラフィの説明図である。
【図１２】ベストフォーカスとフォーカス基準面とが一致しない場合の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するためのすべての図において、同一部分には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
（実施の形態１）
実施の形態１では、ウェハ基板の基板構成情報に基づいてフォーカスオフセットを算出する基本的な方法について説明する。
【００２４】
＜露光装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る露光装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００２５】
露光装置１０は、ウェハ基板のレジストにパターン形成用の露光光を照射する装置である。図１に示すように、露光装置１０は、フォーカスオフセット算出部１１、フォーカス調整部１３等を備えている。露光装置１０には、入力端末１８が接続されている。なお、入力端末１８は、露光装置１０内に設けられてもよい。
【００２６】
入力端末１８は、加工対象のウェハ基板の基板構成情報を入力する端末である。基板構成情報は、例えば、ウェハ基板を構成するそれぞれの層の積層順序、膜厚、屈折率、及び吸収係数を含んでいる。吸収係数とは、それぞれの層においてフォーカス検出光が吸収される割合を示す値である。すなわち、吸収係数が大きくなるにつれて、フォーカス検出光が吸収される割合が高くなる。なお、ウェハ基板を構成するそれぞれの層の屈折率及び吸収係数は、事前に露光装置１０に登録されてもよいし、基板構成情報として入力されてもよい。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態１に係る基板構成情報の入力画面の一例を示す図である。図２に示すように、例えば、表示画像１９は、積層順序表示領域１９ａ、膜厚表示領域１９ｂ、屈折率表示領域１９ｃ、吸収係数表示領域１９ｄを有する。
【００２８】
後述する図４に示すウェハ基板１は、下地基板２上に下層材３及びレジスト４が順次積層された構成となっている。このウェハ基板１の各層の積層順序の情報が入力端末１８に入力されると、積層順序表示領域１９ａには、最下層である第１層の下地基板２、第２層として下層材３、第３層としてレジスト４がそれぞれ表示される。なお、ウェハ基板１を構成する各層の情報として各層を構成する物質名が入力されてもよい。この場合、積層順序表示領域１９ａには、層名又は物質名が表示されてもよいし、双方が互いに関連付けて表示されてもよい。
【００２９】
また、入力端末１８には、各層（下地基板２，下層材３，レジスト４）の膜厚、屈折率、及び吸収係数の値もそれぞれ入力される。膜厚の情報は、各層と対応させて、表示画像１９の膜厚表示領域１９ｂに表示される。屈折率の情報は、各層と対応させて、表示画像１９の屈折率表示領域１９ｃに表示される。吸収係数の情報は、各層と対応させて、表示画像１９の吸収係数表示領域１９ｄに表示される。
【００３０】
入力された基板構成情報は、登録操作により露光装置１０内に登録され、フォーカスオフセット算出部１１へ出力される。なお、登録された基板構成情報は、露光装置１０内の図示しないメモリに格納されてもよいし、バッファリングにより保持されてもよい。
【００３１】
フォーカスオフセット算出部１１は、基板構成情報に基づいてウェハ基板１へ露光光を照射する際のフォーカスオフセットを算出する回路ブロックである。具体的に説明すると、フォーカスオフセット算出部１１は、登録された基板構成情報に基づき、ウェハ基板１におけるフォーカス検出光の反射成分が最大となるフォーカス基準面の基準位置を算出する。そして、フォーカスオフセット算出部１１は、露光光の焦点位置（ベストフォーカス）と、フォーカス基準面の基準位置と、の差分をフォーカスオフセットとして算出する。なお、フォーカス基準面の基準位置の算出方法については、後で詳しく説明する。
【００３２】
フォーカス調整部１３は、フォーカスオフセット算出部１１において算出されるフォーカスオフセットに基づいて、露光光のフォーカスを調整する。
【００３３】
＜半導体装置の製造方法＞
次に、露光装置１０を用いた半導体装置の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。図３は、露光装置１０がウェハ基板１のレジスト４に露光光を照射する露光ステップに関するフローチャートである。図３に示すように、露光ステップは、第１のステップＳ１０、第２のステップＳ２０、第３のステップを含む。
【００３４】
＜＜第１のステップＳ１０＞＞
第１のステップＳ１０は、露光装置１０に、加工対象のウェハ基板の基板構成情報が入力されるステップである。ユーザは、入力端末１８から基板構成情報を入力し、入力した基板構成情報を露光装置１０に登録する。
【００３５】
＜＜第２のステップＳ２０＞＞
第２のステップＳ２０は、登録された基板構成情報に基づき、ウェハ基板のフォーカスオフセットが算出されるステップである。フォーカスオフセット算出部１１は、登録された基板構成情報に基づきフォーカス基準面の基準位置を算出する。また、フォーカスオフセット算出部１１は、算出したフォーカス基準面の基準位置に基づきフォーカスオフセットを算出する。例えば、フォーカス基準面は、水平面であり、基準位置は、高さ方向におけるフォーカス基準面の高さ位置である。
【００３６】
＜＜＜フォーカス検出光を用いたフォーカス基準面の取得方法＞＞＞
従来の条件出しでは、フォーカスオフセット値を意図的に変化させた露光を行い、製品ウェハ上に現像されたパターンの形状・寸法を測定し、得られた形状・寸法に基づいて当該製品ウェハに最適なフォーカスオフセット値を決定する。ここではフォーカスオフセット値のゼロ点となるフォーカス基準面がどのように得られるかを説明する。
【００３７】
図４は、フォーカス検出光を用いたフォーカス基準面の取得方法を説明する図である。図４に示すように、ウェハ基板１のレジスト４には、フォーカス検出光送光部１６からフォーカス検出光Ｌ０が送光される。フォーカス検出光は、所定の反射率に基づいて、その一部が空気とレジスト４の表面との界面で反射する。反射したフォーカス検出光Ｌ１は、フォーカス検出光受光部１７にて受光される。また、フォーカス検出光は、所定の透過率に基づいて、その一部が界面で屈折し、レジスト４の内部へ侵入する。内部へ侵入したフォーカス検出光Ｌ２は、レジスト４と下層材３との界面に達する。
【００３８】
そして、レジスト４と下層材３との界面に達したフォーカス検出光Ｌ２は、所定の反射率に基づいて、その一部がこの界面で反射し、レジスト４の内部へ再度侵入する。レジスト４の内部へ再度侵入したフォーカス検出光Ｌ３は、空気とレジスト４と界面で屈折したのち空気中を伝播し、フォーカス検出光受光部１７で受光される。また、レジスト４と下層材３との界面に達したフォーカス検出光は、所定の透過率に基づいて、その一部がこの界面で屈折し、下層材３の内部へ侵入する。下層材３の内部へ侵入したフォーカス検出光Ｌ４は、下層材３と下地基板２との界面に達する。
【００３９】
下層材３と下地基板２との界面に達したフォーカス検出光Ｌ４は、所定の反射率に基づいて、その一部がこの界面で反射し、下層材３の内部へ再度侵入する。そして、下層材３の内部へ再度侵入したフォーカス検出光Ｌ５は、レジスト４と下層材３との界面、空気とレジスト４との界面においてそれぞれ屈折したのち空気中を伝播し、フォーカス検出光受光部１７で受光される。また、下層材３と下地基板２との界面に達したフォーカス検出光Ｌ４は、所定の透過率に基づいて、その一部がこの界面で屈折し、下地基板２の内部へ侵入する。フォーカス検出光Ｌ６は、下地基板２の内部へ侵入する。
【００４０】
このように、フォーカス検出光受光部１７は、それぞれの界面で反射したフォーカス検出光を受光する。そして、フォーカス検出光を最も強く受光する位置が、フォーカス基準面の基準位置として検出され、検出された基準位置に基づいてフォーカスオフセットが設定される。
【００４１】
＜＜＜フォーカス基準面の基準位置の算出方法＞＞＞
これに対し、本実施の形態では、入力された基板構成情報に基づいて、フォーカスオフセット算出部１１が、それぞれの界面における反射率及び透過率を算出し、算出した反射率及び透過率に基づいてフォーカス基準面の基準位置を算出する。
【００４２】
界面における透過率及び反射率を求める方法として、フレネルの式が知られている。光が物質１を伝播して物質２との界面に到達するとき、ｐ波の振幅透過率ｔｐ、ｐ波の振幅反射率ｒｐ、ｓ波の振幅透過率ｔｓ、ｓ波の振幅反射率ｒｓは、以下の式（１）〜（４）によりそれぞれ表される。なお、ｎ１は物質１の屈折率、ｎ２は物質２の屈折率である。角度αは物質１から界面への入射角、角度βは界面から物質２への屈折角である。
【００４３】
ｔｐ＝２ｎ１ｃｏｓα／（ｎ２ｃｏｓα＋ｎ１ｃｏｓβ）                  ・・・（１）
ｒｐ＝（ｎ２ｃｏｓα−ｎ１ｃｏｓβ）／（ｎ２ｃｏｓα＋ｎ１ｃｏｓβ）    ・・・（２）
ｔｓ＝２ｎ１ｃｏｓα／（ｎ１ｃｏｓα＋ｎ２ｃｏｓβ）                  ・・・（３）
ｒｓ＝（ｎ１ｃｏｓα−ｎ２ｃｏｓβ）／（ｎ１ｃｏｓα＋ｎ２ｃｏｓβ）    ・・・（４）
エネルギー透過率（以下「透過率」と表記）は、振幅透過率の２乗で表され、エネルギー反射率（以下「反射率」と表記）は、振幅反射率の２乗で表される。また、入射角αと屈折角βとの関係は、以下の式（５）で示すスネルの法則をみたす。
【００４４】
ｎ１×ｓｉｎα＝ｎ２×ｓｉｎβ                                    ・・・（５）
以下では、ウェハ基板１に対し７０度の入射角でフォーカス検出光が入射する場合の基準位置を算出する。ここで、各層の膜厚、屈折率、吸収係数は以下の通りであるとする。なお、多重反射及び吸収の影響は考慮しない。
【００４５】
空気    ：膜厚―――――、屈折率１．０、吸収係数０
レジスト：膜厚２００ｎｍ、屈折率１．６、吸収係数０
下層材  ：膜厚５００ｎｍ、屈折率１．４、吸収係数０
下地基板：膜厚は十分厚い、屈折率３．８、吸収係数０
図５は、ウェハ基板の各界面における反射率及び透過率の算出結果を例示する図である。図５（ａ）は、フォーカス検出光のＰ波に対する反射率及び透過率の算出結果を例示する図である。図５（ｂ）は、フォーカス検出光のＳ波に対する反射率及び透過率の算出結果を例示する図である。なお、図５（ａ）は、レジスト４へ入射するＰ波を１とした場合の反射光の割合及び透過光の割合を示し、図５（ｂ）に示す数値は、レジスト４に入射するＳ波を１とした場合の反射光の割合及び透過光の割合を示している。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、空気（物質１）を伝播するＰ波のフォーカス検出光は１００％である。空気とレジスト４（物質２）との界面におけるＰ波の反射率は３．７％、屈折率は９６．３％である。レジスト４と下層材３（物質３）との界面におけるＰ波の反射率は０．１％、屈折率は９６．２％である。下層材３と下地基板２（物質４）との界面におけるＰ波の反射率は１１．８％、屈折率は８４．４％である。
【００４７】
一方、図５（ｂ）に示すように、空気とレジスト４との界面におけるＳ波の反射率３３．９％、屈折率は６６．１％である。レジスト４と下層材３との界面におけるＳ波の反射率は０．８％、屈折率は６５．３％である。下層材３と下地基板２との界面におけるＳ波の反射率は２０．５％、屈折率は４４．８％である。なお、下層材３と下地基板２との界面を透過するＰ波及びＳ波は、より下方の界面から反射しないものとする。
【００４８】
次に、各界面におけるＰ波及びＳ波の反射率に基づいて、フォーカスオフセット算出部１１は、各界面におけるＰ波及びＳ波の合計反射率を算出する。例えば、フォーカスオフセット算出部１１は、すべての界面におけるＰ波及びＳ波の反射光の合計を１として、それぞれの反射光の割合（比率）を算出することにより、各界面における合計反射率を算出する。具体的には、フォーカスオフセット算出部１１は、それぞれの反射率を、反射率の合計（３．７＋３３．９＋０．１＋０．８＋１１．８＋２０．５＝７０．８（％））で規格化することにより、各界面における合計反射率を算出する。
【００４９】
例えば、空気とレジスト４との界面における反射率は、Ｐ波が３．７％、Ｓ波が３３．９％である。したがって、この界面における合計反射率は、（３．７＋３３．９）／７０．８×１００＝５３．２％となる。同様に、レジスト４と下層材３との界面における合計反射率は１．２％、下層材３と下地基板２との界面における合計反射率は４５．６％となる。
【００５０】
なお、図５（ａ），（ｂ）は、多重反射を考慮しない場合の算出結果である。このため、例えば、レジスト４と下層材３との界面で反射したすべてのフォーカス検出光は、空気とレジスト４との界面を透過するものとしてそれぞれの値が算出されている。同様に、下層材３と下地基板２との界面で反射したすべてのフォーカス検出光は、レジスト４と下層材３との界面及び空気とレジスト４との界面を透過するものとしている。この算出結果は、あくまで一例であって、各界面における多重反射が考慮されてもよい。
【００５１】
この算出結果は、各層においてフォーカス検出光が吸収されないものとした場合の算出結果であるが、各層におけるフォーカス検出光の吸収を考慮してそれぞれの値が算出されてもよい。なお、ウェハ基板１における吸収を考慮すると、反射光の光量の合計は入射光の光量より少なくなる。
【００５２】
そして、フォーカスオフセット算出部１１は、各層の影響を考慮してフォーカス基準面の基準位置を算出する。具体的には、フォーカスオフセット算出部１１は、ウェハ基板１を構成する各層の膜厚と対応する物質の屈折率とを考慮した実効膜厚と、対応する界面における合計反射率と、に基づいて基準位置のレジスト表面からの変動量（下降量）を算出する。
【００５３】
基準位置のレジスト表面からの変動量（下降量）を考えるので、空気とレジスト４との界面における合計反射率５３．２％は基準位置の変動量の算出に寄与しない。一方、レジスト４の実効膜厚が２００ｎｍ／１．６＝１２５ｎｍ、レジスト４と下層材３との界面における合計反射率は１．２％であるので、レジスト４による基準位置の変動量は１．２％×１２５ｎｍとなる。また、下層材３の実効膜厚が５００ｎｍ／１．４＝３５７ｎｍ、下層材３と下地基板２との界面における合計反射率は４５．６％であるので、下層材３による基準位置の変動量は４５．６％×（１２５ｎｍ＋３５７ｎｍ）となる。これらを足し合わせると、基準位置の変動量は、次のように算出される。
【００５４】
（５３．２％×０ｎｍ）＋（１．２％×１２５ｎｍ）＋（４５．６％×（１２５ｎｍ＋３５７ｎｍ））＝２２１ｎｍ
すなわち、フォーカスオフセット算出部１１は、入力端末１８から入力される基板構成情報に基づいて、レジスト４の表面から２２１ｎｍ下方の位置が、フォーカス基準面の基準位置であると算出する。
【００５５】
ここで、例えば、露光光のベストフォーカス（焦点位置）をレジスト４の表面（空気とレジスト４との界面）に設定されていれば、フォーカスオフセット算出部１１は、基準位置をフォーカスオフセットとして算出する。一方、ベストフォーカスがレジスト４の内部の位置に設定されていれば、フォーカスオフセット算出部１１は、算出した基準位置から、レジスト４の表面とベストフォーカスとの距離を差し引くことにより、フォーカスオフセットを算出する。
【００５６】
＜＜第３のステップＳ３０＞＞
第３のステップＳ３０は、算出されたフォーカスオフセットに基づいて露光光のフォーカスを調整し、露光光を照射するステップである。フォーカスオフセット算出部１１は、算出したフォーカスオフセットをフォーカス調整部１３へ供給する。フォーカス調整部１３は、供給されたフォーカスオフセットに基づいて、露光光のフォーカスを調整する。そして、図示しない露光光照射部は、フォーカス調整部１３によりフォーカス調整された露光光をレジスト４へ向けて照射する。このように、本実施の形態では、フォーカス検出光を用いた条件出しを行うことなく、入力された基板構成情報に基づいてフォーカスオフセットが算出される。第３のステップＳ３０の処理が終了すると露光ステップが完了する。
【００５７】
＜実施例＞
ここで、下層材の屈折率を異ならせた場合の反射率及びフォーカスオフセットの変動について説明する。図６は、下層材の屈折率と反射率とを対応させて示す図である。図６の横軸は下層材の屈折率を示し、縦軸は反射率を示している。図６のＧ１，Ｇ４は、空気とレジストとの界面におけるＳ波，Ｐ波の反射率をそれぞれ示すグラフである。図６のＧ２，Ｇ５は、レジストと下層材との界面におけるＳ波，Ｐ波の反射率をそれぞれ示すグラフである。図６のＧ３，Ｇ６は、下層材と下地基板との界面におけるＳ波，Ｐ波の反射率をそれぞれ示すグラフである。なお、各屈折率におけるグラフＧ１〜Ｇ６の値の合計は、１００％である。
【００５８】
図７は、下層材の屈折率とフォーカスオフセットとを対応させて示す図である。図７の横軸は下層材の屈折率を示し、縦軸はフォーカスオフセットを示している。図７のＧ１１，Ｇ１２，Ｇ１３は、下層材の膜厚が２００ｎｍ，３００ｎｍ，４００ｎｍであるときのフォーカスオフセットをそれぞれ示すグラフである。図７のＧ１４，Ｇ１５，Ｇ１６は、下層材の膜厚が５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍであるときのフォーカスオフセットをそれぞれ示すグラフである。
【００５９】
図６によれば、下層材の屈折率が増加するにつれて、空気とレジストとの界面におけるＳ波の反射率が増加している。一方、下層材の屈折率が１〜１．２では、下層材と下地基板との界面におけるＰ波の反射率が増加している。これに伴い、図７に示すように、下層材の屈折率が１．１のときに、フォーカスオフセットが最大となっている。なお、このような状況は、下地基板の膜厚に関わらず生じている。なお、図示は省略しているが、このような傾向は、多重反射を考慮した場合や、フォーカス検出光の波長分布がブロードバンドであるとした場合にも適用される。
【００６０】
＜本実施の形態による主な効果＞
本実施の形態によれば、フォーカスオフセット算出部１１は、入力端末１８から入力される基板構成情報に基づいて加工対象のウェハ基板１のフォーカス基準面の基準位置及びフォーカスオフセットを算出する。この構成によれば、フォーカス検出光による条件出しの工程を削減することができるので、ウェハ基板ごとの最適なフォーカスオフセット値を簡便に導出することが可能となる。これにより、半導体装置の製造に係る人的工数の削減を図ることが可能になり、設備の有効稼働率の向上を図ることが可能となる。また、これにより、ウェハ基板１に対する製造マージンの拡大を図ることが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態によれば、基板構成情報は、ウェハ基板１を構成する各層の積層順序、膜厚、屈折率、及び吸収係数を含む。また、露光装置１０は、基板構成情報に基づいて各層の界面における反射率を算出し、算出したそれぞれの反射率に基づいてフォーカス基準面の基準位置を算出する。この構成によれば、フォーカスオフセット算出部１１は、各界面における反射率を算出することにより、フォーカスオフセットを簡便に算出することが可能となる。
【００６２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。半導体装置の製造には、露光装置に加え、レジスト塗布装置、成膜装置、下地基板研磨装置等の各種半導体製造装置が用いられる。また、半導体製造装置の動作安定性を確保するため、膜厚計測装置、研磨量計測装置等の計測装置を用いて、ウェハ基板の膜厚、屈折率、吸収係数等の特性の定期的な計測が行われている。そこで、本実施の形態では、これらの装置から出力される装置情報に基づいてフォーカス基準面の基準位置を算出する方法について説明する。
【００６３】
図８は、本発明の実施の形態２に係る露光装置の構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、露光装置１０は、下地基板研磨装置１２１、成膜装置１２２、塗布装置１２３とそれぞれ接続されている。なお、以下では、これらの装置を半導体製造装置１２０と総称する場合がある。また、露光装置１０は、研磨量計測装置１３１、膜厚計測装置１３２，１３３ともそれぞれ接続されている。なお、以下では、これらの装置を計測装置１３０と総称する場合がある。露光装置１０及び半導体製造装置１２０、並びに露光装置１０及び計測装置１３０は、有線又は無線により互いに接続されてもよいし、ネットワークを介して互いに接続されてもよい。
【００６４】
下地基板研磨装置１２１は、下地基板２を研磨する装置である。下地基板研磨装置１２１は、下地基板２の研磨時における装置情報を装置ログとして露光装置１０へ出力する。装置ログとしては、例えば、研磨時間、研磨用ディスクの回転速度、電圧、電流等の各種情報が挙げられる。
【００６５】
成膜装置１２２は、下地基板２上に下層材３を成膜する装置である。成膜装置１２２は、下層材３成膜時における装置情報を装置ログとして露光装置１０へ出力する。この場合の装置ログとしては、例えば、成膜用ガスの濃度、ターゲットへの印加電圧、印加時間、温度、湿度等の各種情報が挙げられる。
【００６６】
塗布装置１２３は、下地基板２上あるいは下層材３上にレジスト４を塗布する装置である。塗布装置１２３は、レジスト４塗布時における装置情報を装置ログとして露光装置１０へ出力する。この場合の装置ログとしては、例えば、レジストの滴下量、ディスクの回転速度等の各種情報が挙げられる。
【００６７】
研磨量計測装置１３１は、下地基板２の研磨量を計測する装置である。研磨量計測装置１３１は、研磨量計測装置１３１は、１枚のウェハ基板内の複数箇所における研磨量を測定してもよい。研磨量計測装置１３１は、計測した研磨量に関する装置情報を測定ログとして露光装置１０へ出力する。
【００６８】
膜厚計測装置１３２は、下層材３の膜厚を計測する装置である。膜厚計測装置１３２は、１枚のウェハ基板内の複数箇所における膜厚を測定してもよい。膜厚計測装置１３２は、下層材３の膜厚に関する装置情報を測定ログとして露光装置１０へ出力する。
【００６９】
膜厚計測装置１３３は、レジスト４の膜厚を計測する装置である。膜厚計測装置１３３も、１枚のウェハ基板内の複数箇所における膜厚を測定してもよい。膜厚計測装置１３３は、レジスト４の膜厚に関する装置情報を測定ログとして露光装置１０へ出力する。
【００７０】
＜半導体装置の製造方法＞
次に、本実施の形態における半導体製造方法について説明する。実施の形態１と同様、露光装置１０のフォーカスオフセット算出部１１は、入力端末１８から入力される基板構成情報に基づいてフォーカス基準面の基準位置を算出する。ここで算出される基準位置は更新前の初期値である。
【００７１】
その後、フォーカスオフセット算出部１１は、半導体製造装置１２０から出力される装置ログに基づいて、ウェハ基板１の各層の実際の膜厚等を算出する。あるいは、フォーカスオフセット算出部１１は、計測装置１３０から出力される測定ログに基づいて、ウェハ基板１の各層の実際の膜厚等を取得する。例えば、露光装置１０が、装置ログと膜厚とを対応させるテーブルを格納し、フォーカスオフセット算出部１１は、装置ログ及びテーブルに基づいて対応する層の膜厚を抽出する。あるいは、フォーカスオフセット算出部１１は、膜厚に関する測定ログから、下層材３、レジスト４の膜厚をそれぞれ取得し、研磨量に関する測定ログから、研磨時に生ずる下地基板２の研磨状況を取得する。
【００７２】
そして、フォーカスオフセット算出部１１は、装置ログや測定ログに基づいて基板構成情報を更新し、更新後の基板構成情報に基づいて基準位置を算出する。フォーカスオフセット算出部１１は、基板構成情報の更新を逐次行うことで、ウェハ基板１ごとに最適なフォーカスオフセットを算出することが可能である。フォーカスオフセット算出部１１は、更新後のフォーカスオフセットをフォーカス調整部１３へ出力し、フォーカス調整部１３は、ウェハ基板ごとに最適なフォーカスに調節する。
【００７３】
また、ウェハ基板１内の複数箇所における膜厚が測定された場合には、各領域の基板構成情報は、対応する箇所における膜厚に基づいて更新される。
【００７４】
ここでは、半導体製造装置１２０、計測装置１３０からそれぞれの装置情報が露光装置１０へ出力される場合について説明したが、例えば、半導体製造装置１２０又は計測装置１３０のみから出力される装置情報に基づいて新たな基準位置が算出されてもよい。
【００７５】
なお、ここでは、ウェハ基板ごとの各膜厚を基板構成情報にタイムリーに反映させることにより、基準位置を算出する場合について説明したが、これ以外にも、例えば、屈折率や吸収係数等の測定値等に基づいて基板構成情報を更新することにより基準位置が算出されてもよい。
【００７６】
＜本実施の形態による主な効果＞
本実施の形態によれば、実施の形態１の各効果に加え以下の効果が得られる。本実施の形態によれば、露光装置１０は、基板構成情報及び半導体製造装置から出力される装置情報に基づいてフォーカス基準面の基準位置を算出する。また、露光装置１０は、基板構成情報及び計測装置から出力される装置情報に基づいてフォーカス基準面の基準位置を算出する。この構成によれば、ウェハ基板１の各層の製造ばらつきに基づいて基板構成情報を更新することができるので、製造ばらつきが発生しても製造マージンを確保することが可能となる。
【００７７】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３では、露光処理完了後にレジストの剥離や再生ができないウェハ基板に対して露光ステップを行う場合について説明する。
【００７８】
レジストの剥離や再生ができない理由としては、ウェハ基板上に形成された回路パターンが破壊されること、ウェハ基板にダメージが与えられることにより電気特性が変化すること、レジストが厚すぎて剥離や再生に長時間を要すること等が挙げられる。これまでは、このようなウェハ基板に対し、条件出しの工程を行うと、そのウェハ基板を廃棄しなければならなかった。
【００７９】
本実施の形態によれば、レジストの剥離や再生ができないウェハ基板の基板構成情報を入力することにより、フォーカス基準面の基準位置及びフォーカスオフセットを算出することが可能となる。これにより、このようなウェハ基板に対する条件出しを回避することができ、廃棄されるウェハ基板が削減される。
【００８０】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。実施の形態４では、走査型真空電子顕微鏡（ＳＥＭ）による寸法測定を行うことができないウェハ基板に対して露光ステップを行う。
【００８１】
ＳＥＭによる寸法測定が行うことができない理由としては、ウェハ基板を構成するレジスト等の材料からの脱ガスにより、測定室内の真空度が低下し寸法の測定に支障が生じること、ＳＥＭの動作保証範囲を逸脱すること等が挙げられる。このような条件下では、ウェハ基板に対し、条件出しの工程を行うことができなかった。
【００８２】
本実施の形態では、ＳＥＭによる寸法測定を行うことができないウェハ基板の基板構成情報を入力することにより、基準位置及びフォーカスオフセットを算出することが可能となる。これにより、半導体装置の製造条件を確定することができる。さらに、レジストの厚膜化、基板ベーク工程の削除等、これまで取り得なかったプロセスを採用することが可能となり、半導体製造プロセスの選択肢を広げることが可能となる。
【００８３】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５について説明する。実施の形態５では、積層構造が互いに異なる複数の領域を有するウェハ基板に対して露光ステップを行う場合について説明する。
【００８４】
図９〜１０は、本発明の実施の形態５に係るウェハ基板の構成の例を示す図である。図９は、積層構造が異なる領域がスポットサイズより大きい場合の例を示す図である。図９では、下地パターン形成領域５の全域にわたって、スポットサイズより大きい下地パターン５ａが形成されている。図９の例としては、所定の領域を保護するために積層構造を意図的に変えたもの、イオン注入等により積層構造を変化させたもの等が挙げられる。
【００８５】
図９のウェハ基板に対しては、下地パターン形成領域５、及び下地パターン非形成領域６のそれぞれに対応する基板構成情報が入力される。フォーカスオフセット算出部１１は、入力された基板構成情報に基づいて、各領域のフォーカスオフセットをそれぞれ算出する。露光装置１０は、下地パターン形成領域５と、下地パターン非形成領域６とで、フォーカスオフセットを切り替えながらレジスト４に対し露光光を照射する。
【００８６】
図１０は、積層構造が異なる領域がスポットサイズより小さい場合の例を示す図である。図１０では、下地パターン形成領域５に、スポットサイズより小さい複数（図１０では４つ）の下地パターン（追加された層）５ａが形成された領域と、下地パターン５ａが形成されていない領域とが交互に配置されている。図９（ｂ）の例としては、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  ＲＡＭ）、フラッシュメモリ等のメモリセル領域と周辺回路領域とが明確に区別されるもの、銅等の配線層のように配線領域とそれ以外の領域とが明確に異なるもの等が挙げられる。
【００８７】
図１０のウェハ基板に対しては、下地パターン形成領域５の基板構成情報として、例えば、下地パターン５ａのパターン寸法（高さ、幅）、ピッチ、パターン被覆率等の情報が、入力端末１８を介してさらに入力される。フォーカスオフセット算出部１１は、入力された基板構成情報に基づいて、下地パターン形成領域５における下地パターン５ａの実効膜厚を算出し、算出した実行膜厚に基づいてフォーカスオフセットを算出する。
【００８８】
具体的には、下地パターン５ａとして、高さ１００ｎｍの銅配線が、幅１５０ｎｍ、ピッチ３００ｎｍで引き回されているとすれば、フォーカスオフセット算出部１１は、銅配線の実効膜厚を、１００ｎｍ×（１５０ｎｍ÷３００ｎｍ）＝５０ｎｍと算出する。フォーカスオフセット算出部１１は、算出した銅配線の実効膜厚、屈折率及び吸収係数に基づいて、下地パターン形成領域５におけるフォーカスオフセットを算出する。
【００８９】
なお、下地パターン５ａの実効膜厚の算出には、これ以外にも、高次の近似を行う方法、モデルを構築する方法、下地パターン５ａの各種情報と実行膜厚とを関連付けるテーブル作成する方法、下地パターン５ａに被覆率を用いる方法等が用いられてもよい。
【００９０】
本実施の形態によれば、チップ内で積層構造が異なる複数の領域を有する場合にも、それぞれの領域に最適なフォーカスオフセットを算出することが可能となる。また、スポットサイズより小さな積層構造を有する場合であっても、下地パターン５ａの実効膜厚を算出することにより、最適なフォーカスオフセットを算出することが可能となる。
【００９１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に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ことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９２】
１０…露光装置、１１…フォーカスオフセット算出部、１３…フォーカス調整部、１８…入力端末、１９…表示画像、１２０…半導体製造装置、１３０…計測装置
【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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