(57)【要約】【課題】フォーカス値やフォーカスずれ量を正確に測定することができるフォーカス測定方法、それを用いた半導体装置の製造方法および露光システムを提供する。【解決手段】レジストパターンのＬＥＲ値がフォーカス値に依存して変動することを利用してフォーカス値を求める。それぞれのパターンのＬＥＲ値のフォーカス依存性は、あらかじめ取得されている。フォーカス値を求める場合、フォーカス値測定対象の露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値を測定する。当該ＬＥＲ値に対応するフォーカス値は、あらかじめ取得されたＬＥＲ値のフォーカス依存性から求めることができる。フォーカスずれ量は、当該フォーカス値とベストフォーカス値との差から求めることができる。フォーカス測定用レジストパターンとして、ラインパターンとスペースパターンとを採用することにより、フォーカスずれの方向も求めることができる。【選択図】図５
2008112889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置のフォーカス測定方法において、
基板上に形成されたレジスト膜を、露光装置を用いて、異なるフォーカス値で露光し、各露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ（Line Edge Roughness）値と、前記フォーカス値との対応関係を取得する工程と、
前記露光装置を用いて、基板上に形成されたレジスト膜に対してフォーカス測定対象の露光を行い、当該露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値を測定する工程と、
前記対応関係に基づいて、前記フォーカス測定対象の露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値を求める工程と、
を含むことを特徴とするフォーカス測定方法。
【請求項２】
前記求められたフォーカス値とベストフォーカス値とから、前記フォーカス測定対象の露光におけるフォーカスずれ量を求める工程をさらに含む請求項１記載のフォーカス測定方法。
【請求項３】
前記ベストフォーカス値が、前記対応関係において前記ＬＥＲ値が極小となるフォーカス値である請求項２記載のフォーカス測定方法。
【請求項４】
前記フォーカス測定用レジストパターンが、ラインパターンおよびスペースパターンを含むとともに、前記対応関係が、前記ラインパターンおよび前記スペースパターンに対してそれぞれ取得され、
前記フォーカス測定対象の露光におけるフォーカス値が、前記ラインパターンのＬＥＲ値とフォーカス値との対応関係、前記スペースパターンのＬＥＲ値とフォーカス値との対応関係、前記フォーカス測定対象の露光により形成されたラインパターンのＬＥＲ値、および前記フォーカス測定対象の露光により形成されたスペースパターンのＬＥＲ値に基づいて求められる請求項２記載のフォーカス測定方法。
【請求項５】
前記レジストパターンが、異なる形状を有する複数種のパターンから選択された、前記露光装置のフォーカス値の変動に対するＬＥＲ値の変動量が最大となるパターンである請求項１から３のいずれか１項に記載のフォーカス測定方法。
【請求項６】
前記レジストパターンが、前記露光装置において発生しうるフォーカスずれ量と略同一のフォーカスマージンを有する請求項１から４のいずれか１項に記載のフォーカス測定方法。
【請求項７】
前記レジスト膜が、前記フォーカス測定対象の露光中に、露光部のレジスト膜に生じる定在波の強度が最大となる膜厚を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のフォーカス測定方法。
【請求項８】
前記レジスト膜が、露光後かつ現像前に行われるベーキングの温度に依存して、前記ＬＥＲ値が変動するレジスト材料からなり、前記ベーキングが前記ＬＥＲ値が最大となる温度で行われる請求項７記載のフォーカス測定方法。
【請求項９】
リソグラフィ工程を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板上のレジスト膜に対して露光を行い、フォーカス測定用レジストパターンを含むレジストパターンを形成する工程と、
前記フォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値を測定する工程と、
あらかじめ取得された、フォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値と露光装置のフォーカス値との対応関係に基づいて、前記露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値を求める工程と、
前記求められたフォーカス値とベストフォーカス値とから、前記露光におけるフォーカスずれ量を求める工程と、
前記フォーカスずれ量が、あらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを判定する工程と、
を含み、
前記フォーカスずれ量が、前記許容範囲内にない場合、前記露光がなされた半導体基板を不良と判定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記フォーカス測定用レジストパターンが、ラインパターンとスペースパターンとを含み、
前記露光におけるフォーカス値が、前記ラインパターンのＬＥＲ値とフォーカス値との対応関係、前記スペースパターンのＬＥＲ値とフォーカス値との対応関係、前記フォーカス測定対象の露光により形成されたラインパターンのＬＥＲ値、および前記フォーカス測定対象の露光により形成されたスペースパターンのＬＥＲ値に基づいて求められる請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記フォーカスずれ量に応じて、露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整した後、以降の露光を行う請求項９または１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
レジスト膜にマスクパターンを結像して転写する露光装置を備えた露光システムにおいて、
前記露光装置による露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値を測定する手段と、
あらかじめ取得された、フォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値と露光装置のフォーカス値との対応関係に基づいて、前記露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値を求める手段と、
前記求められたフォーカス値とベストフォーカス値とから、前記露光におけるフォーカスずれ量を求める手段と、
前記フォーカスずれ量が、あらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを判定する手段と、
を備えたことを特徴とする露光システム。
【請求項１３】
前記フォーカスずれ量に応じて、前記露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整する手段をさらに備えた請求項１２記載の露光システム。
【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おいて、露光フォーカスを測定する方法とそれを利用した半導体装置の製造方法および露光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路の微細素子パターンを形成するために、露光装置（ステッパー等）が使用されている。露光装置は、半導体基板上に形成された感光性を有するレジスト膜に、レチクル上のマスクパターンを結像する投影露光を行う。露光されたレジスト膜を現像することにより、投影されたマスクパターンがパターン化される。所定の断面形状と寸法とを有するレジストパターンを得るためには、レチクル上のマスクパターンを、フォーカスずれなくフォトレジスト膜に投影する必要がある。本願発明者らは、半導体装置の製造工程中でフォーカスずれの有無を確認する手法として、特許文献１に記載のフォーカスずれの測定方法を提案した。
【０００３】
当該手法では、レジスト膜からなる孤立ラインパターンと孤立スペースパターンとを形成し、これらのパターン寸法のフォーカス依存性を利用してフォーカスずれ量を検出する。図８は、上記孤立ラインパターンおよび孤立スペースパターンを示す断面図である。当該手法では、孤立ラインパターン１００のトップ寸法１０１、孤立ラインパターン１００のボトム寸法１０２、孤立スペースパターン１１０のトップ寸法１０３、および孤立スペースパターン１１０のボトム寸法１０４を測定する。孤立ラインパターン１００において測定する寸法はライン幅であり、孤立スペースパターン１１０において測定する寸法はスペース幅である。
【０００４】
図９は、各寸法１０１〜１０４のフォーカス依存性を示す図である。図９（ａ）が孤立ラインパターン１００のフォーカス依存性であり、図９（ｂ）が孤立スペースパターン１１０のフォーカス依存性である。図９（ａ）の横軸はフォーカス値を示しており、縦軸は孤立ラインパターン１００の規格化傾斜量ΔＬｎを示している。規格化傾斜量ΔＬｎは、トップ寸法１０１からボトム寸法１０２を差し引いた値である傾斜量ΔＬと、ベストフォーカス時の傾斜量ΔＬｏとの差ΔＬｎ＝ΔＬ−ΔＬｏである。また、図９（ｂ）の横軸はフォーカス値を示しており、縦軸は孤立スペースパターン１１０の規格化傾斜量ΔＳｎを示している。規格化傾斜量ΔＳｎは、トップ寸法１０３からボトム寸法１０４を差し引いた値である傾斜量ΔＳと、ベストフォーカス時の傾斜量ΔＳｏとの差ΔＳｎ＝ΔＳ−ΔＳｏである。図９（ａ）、および図９（ｂ）に示すグラフでは、縦軸がゼロとなるフォーカス値がそれぞれのパターン１００、１１０におけるベストフォーカス値と考えてよい。
【０００５】
図１０は、図９に示した規格化傾斜量ΔＬｎおよびΔＳｎの和（以下、シフトインデックスという。）のフォーカス依存性を示す図である。ここで、図１０の横軸はフォーカス値を示しており、縦軸はシフトインデックスを示している。
【０００６】
図１０に示すように、通常、シフトインデックスは、フォーカス値に対して一定の変化を示す。図１０に示す関係において、シフトインデックスがゼロとなるフォーカス値が孤立ラインパターン１００と孤立スペースパターン１１０との両方を満足するベストフォーカス値であるとみなすことができる。したがって、半導体装置の露光工程において、パターンを露光する前に、まず、孤立ラインパターン１００と孤立スペースパターン１１０のトップ寸法１０１、１０３、およびボトム寸法１０２、１０４を測定し、その結果を計算して図１０に示したシフトインデックスのフォーカス依存性をあらかじめ取得する。そして、実際のパターン露光の際に形成された、孤立ラインパターン１００および孤立スペースパターン１１０のトップ寸法１０１、１０３、およびボトム寸法１０２、１０４を測定し、このグラフと比較する。これにより、露光時の実際のフォーカス値がベストフォーカス値からどの程度ずれているかが容易に算出することができる。本手法は、フォーカスずれの有無およびフォーカスずれ量を容易に、かつ正確に検出でき、フォーカス測定方法として非常に有用である。
【特許文献１】特開２００５−１２１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年、半導体集積回路素子パターン、レジストパターンが微細化している。このような微細なレジストパターン（例えば、９０ｎｍ以下のプロセステクノロジーノードで形成されるレジストパターン）の形成では、ＬＥＲ（Line Edge Roughness）が、レジストパターンの寸法に対して相対的に無視できない大きさとなる。当該状況下では、正確なレジスト寸法測定を行うことが困難であり、特許文献１の手法を用いても精度良くフォーカス値およびフォーカスずれ量を評価できない。ここで、ＬＥＲとは、形成されたレジストパターンの平面視における、パターンエッジの凹凸度を指す。当該ＬＥＲは、レジストパターンを構成しているレジスト材料の単一分子、もしくは分子の塊（分子クラスター）がパターンの端面に凸凹として出現したものである。ＬＥＲは、露光装置の光源として、遠紫外領域のＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を使用する半導体装置の製造工程において顕在化しており、問題になっている。
【０００８】
寸法測定に対するＬＥＲの影響を無くすためには、パターン幅やパターン間隔の測定点数を増やしその平均値を測定寸法とする手法や、ＬＥＲそのものを数値化するために、ある端面に対しての位置ばらつきを算出して寸法測定結果にフィードバックする手法を使用することが考えられる。しかしながら、これらの手法では、膨大な測定時間を要する、あるいはデータの信頼性が完全ではない等の理由のため、フォーカス値やフォーカスずれ量を測定する上で課題が残る。
【０００９】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、ＬＥＲが相対的に大きくなる微細なレジストパターンにおいても、フォーカス値やフォーカスずれ量を正確に測定することができるフォーカス測定方法、それを用いた半導体装置の製造方法および露光システ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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係るフォーカス測定方法では、基板上に形成されたレジスト膜を、露光装置を用いて、異なるフォーカス値で露光し、各露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ（Line Edge Roughness）値と、上記フォーカス値との対応関係をあらかじめ取得する。次いで、上記露光装置を用いて、基板上に形成されたレジスト膜に対してフォーカス測定対象の露光を行い、当該露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値を測定する。そして、上記対応関係に基づいて、上記フォーカス測定対象の露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値を求める。
【００１１】
上記構成に加えて、上記求められたフォーカス値とベストフォーカス値とから、上記フォーカス測定対象の露光におけるフォーカスずれ量を求めるようにすることもできる。ベストフォーカス値は、例えば、上記対応関係において上記ＬＥＲ値が極小となるフォーカス値とすることができる。
【００１２】
また、上記フォーカス測定用レジストパターンが、ラインパターンおよびスペースパターンを含む構成とすることもできる。この場合、上記対応関係は、上記ラインパターンおよび上記スペースパターンに対してそれぞれ取得される。また、上記フォーカス測定対象の露光におけるフォーカス値は、上記ラインパターンのＬＥＲ値とフォーカス値との対応関係、上記スペースパターンのＬＥＲ値とフォーカス値との対応関係、上記フォーカス測定対象の露光により形成されたラインパターンのＬＥＲ値、および上記フォーカス測定対象の露光により形成されたスペースパターンのＬＥＲ値に基づいて求められる。
【００１３】
上記レジストパターンは、異なる形状を有する複数種のパターンから選択された、上記露光装置のフォーカス値の変動に対するＬＥＲ値の変動量が最大となるパターンを採用することが好ましい。また、上記レジストパターンは、上記露光装置において発生しうるフォーカスずれ量と略同一のフォーカスマージンを有することが好ましい。さらに、上記レジスト膜は、上記フォーカス測定対象の露光中に、露光部のレジスト膜に生じる定在波の強度が最大となる膜厚を有することが好ましい。レジスト膜が、露光後かつ現像前に行われるベーキングの温度に依存して、上記ＬＥＲ値が変動するレジスト材料からなる場合、上記ベーキングは、上記ＬＥＲ値が最大となる温度で行うことが好ましい。
【００１４】
一方、他の観点では、本発明は、上記フォーカス測定方法を利用した半導体装置の製造方法を提供することもできる。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板上のレジスト膜に対して露光を行い、フォーカス測定用レジストパターンを含むレジストパターンを形成する。次いで、上記フォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値を測定する。当該ＬＥＲ値に対応するフォーカス値を、あらかじめ取得された、フォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値と露光装置のフォーカス値との対応関係に基づいて求める。当該求められたフォーカス値とベストフォーカス値とから、上記露光におけるフォーカスずれ量を求める。当該フォーカスずれ量が、あらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを判定する。そして、上記フォーカスずれ量が、上記許容範囲内にない場合、上記露光がなされた半導体基板を不良と判定する。
【００１５】
上記フォーカス測定用レジストパターンは、ラインパターンとスペースパターンとを含む構成とすることができる。この場合、上記露光におけるフォーカス値は、上記ラインパターンのＬＥＲ値とフォーカス値との対応関係、上記スペースパターンのＬＥＲ値とフォーカス値との対応関係、上記フォーカス測定対象の露光により形成されたラインパターンのＬＥＲ値、および上記フォーカス測定対象の露光により形成されたスペースパターンのＬＥＲ値に基づいて求められる。さらに、上記フォーカスずれ量に応じて、露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整した後、以降の露光を行う構成を採用することもできる。
【００１６】
さらに他の観点では、本発明は、上記半導体装置の製造方法を実現する露光システムを提供することもできる。当該露光システムは、レジスト膜にマスクパターンを結像して転写する露光装置を備える。そして、本発明に係る露光システムでは、ＬＥＲ値算出部が、寸法測定装置において測定された、上記露光装置による露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンの寸法から、ＬＥＲ値を求める。フォーカス値算出部は、あらかじめ取得された、フォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値と露光装置のフォーカス値との対応関係に基づいて、上記露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値を求める。フォーカスずれ算出部は、当該求められたフォーカス値とベストフォーカス値とから、上記露光におけるフォーカスずれ量を求める。そして、良否判定部は、上記フォーカスずれ量が、あらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを判定する。当該露光システムは、上記フォーカスずれ量に応じて、上記露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整する構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＬＥＲが相対的に大きくなる微細パターンにおいても、少ないデータ量で正確なフォーカス値、およびフォーカスずれ量を求めることができる。そして、フォーカスずれ量に応じて、露光ごと、あるいは露光単位（ロット）ごとに、フォーカス調整を行うことにより、フォーカスずれの増大を抑制し、精度の高いレジストパターン形成を行うことができる。この結果、半導体装置を高い製造歩留まりで形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明では、レジストパターンに顕在化したＬＥＲを数値化し、当該数値化されたＬＥＲを利用して、露光装置のフォーカス測定を行う。
【００１９】
まず、ＬＥＲの数値化について説明する。ＬＥＲの数値化は、レジストパターンのエッジに形成された凹凸を数値化することにより行われる。図１は、ＬＥＲが顕在化した微細なレジストパターンを、測長ＳＥＭ（Secondary Electron Microscopy）により上方から観察した状態を示すＳＥＭ写真である。なお、当該レジストパターンは、半導体基板上に形成された孤立ラインパターンである。
【００２０】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、破線で示す領域Ａは、ＬＥＲを数値化するための測定を実施する領域を示している。また、白点は、当該測定が行われるエッジの位置を示している。レジストパターン１１のエッジは、例えば、測長ＳＥＭのエッジ検出機能により自動的に検出される。また、各測定位置も、例えば、検出されたエッジにおいて、レジストパターン１１の長さ方向に沿って等間隔である箇所が測長ＳＥＭにより自動的に設定される。レジストパターンに対する寸法測定は、一般的に、レジストパターン上面のエッジもしくは底面のエッジに対して行われる。ここではレジストパターン上面のエッジを測定対象としている。
【００２１】
ＬＥＲを数値化する手法として、図１（ａ）に示すように、レジストパターン１１（ここでは孤立ラインパターン）の一方のエッジにおける凹凸を数値化する方法と、図１（ｂ）に示すように、レジストパターン１１の両方のエッジにおける凹凸を数値化する方法とがある。例えば、図１（ａ）では、各測定位置と、レジストパターン１１の長さ方向に沿った特定の直線Ｌ１との距離を測定し、当該距離のばらつき（以下、エッジ位置ばらつきという。）としてＬＥＲを数値化する。また、図１（ｂ）では、各測定位置におけるパターン幅（レジストパターンの長さ方向に沿った特定の直線と直交する方向のパターン幅）を測定し、当該パターン幅のばらつきとしてＬＥＲを数値化する。いずれの方法であっても、測定値のばらつきは、測定値の最大値と最小値との間の幅であるレンジＲや、測定値の標準偏差σ等として数値化することができる。なお、領域Ａに含まれるレジストパターン１１の長さ方向に沿った長さＬが大きい程、測定点数が多くなるため、数値化されたＬＥＲ（以下、ＬＥＲ値という。）の信頼性が向上することになる。
【００２２】
図２は、図１に示したレジストパターン１１において測定されたＬＥＲ値のフォーカス値に対する依存性（以下、フォーカス依存性という。）を示す図である。図２において、横軸はフォーカス値に対応し、縦軸はＬＥＲ値に対応している。上述のように、レジストパターン１１のＬＥＲ値は、エッジ位置ばらつきやパターン幅ばらつきにより表現することができる。本実施形態では、レジストパターン上面のエッジ位置ばらつきの３σ（標準偏差を３倍した値）を、ＬＥＲ値としている。以下では、特に記述がない限り、ＬＥＲ値はエッジ位置ばらつきの３σを指す。
【００２３】
また、上記レジストパターン１１のベストフォーカス値は、−０．２μｍである。当該ベストフォーカス値は、上述の従来法により求めた値である。なお、当該ベストフォーカス値を求める際には、レジストパターンエッジの凹凸の影響を無くすために多数の測定点でラインパターン上面の寸法、およびラインパターン底面の寸法を測定している。例えば、パターン上面の寸法は、図１（ｂ）に示した各測定箇所において、エッジ位置を測定し、当該全エッジ位置のＸ方向の平均値（あるいは、メジアン値や、最大値と最小値の中間値等）によって定まるレジストパターンの長さ方向の基準線Ｌ２、Ｌ３を算出し、当該基準線Ｌ２、Ｌ３の間隔として算出している。このような測定により、図１０に示したシフトインデックスのフォーカス依存性を取得しているため、当該ベストフォーカス値の取得には多大な時間を要している。
【００２４】
さて、図２に示すように、ＬＥＲ値は、従来法により取得したベストフォーカス値、すなわち、フォーカス値が−０．２μｍであるときに極小（最小）となっている。そして、フォーカス値がプラス側、またはマイナス側へシフトするにしたがって、ＬＥＲ値は大きくなる傾向を示している。ここで、プラス側へのシフトとは、露光装置のフォーカス位置（焦点面）が基板から離れる方向へ移動する状態であり、マイナス側へのシフトとは、露光装置のフォーカス位置が基板へ近づく方向へ移動する状態である。また、フォーカス値は、フォーカス位置の移動量を制御するために、露光装置に設定されるパラメータである。
【００２５】
図２から、異なるフォーカス値によりレジスト膜を露光し、形成されたそれぞれのレジストパターンのＬＥＲ値を取得すると、ＬＥＲ値が極小となるフォーカス値がベストフォーカス値となることが理解できる。このような、ＬＥＲ値とフォーカス値とが一定の対応関係を有することは、本願発明者らが新たに見いだした事実である。このような、ＬＥＲ値とフォーカス値との関係を利用することにより、半導体装置を形成する露光工程におけるフォーカスずれの有無を容易に検出することができる。
【００２６】
本手法では、フォーカスずれ測定用のレジストパターン（ここでは、孤立ラインパターン）のＬＥＲ値のフォーカス依存性（図２）があらかじめ取得される。当該フォーカス依存性を取得するため、半導体基板上に形成されたレジスト膜が、フォーカスずれ測定用パターンを含むマスクを用いて、互いに異なるフォーカス値で露光される。そして、露光されたレジスト膜を現像することで得られた各露光に対応するレジストパターンのＬＥＲ値が測定され、ＬＥＲ値のフォーカス依存性が取得される。
【００２７】
次に、レジスト膜が形成された半導体基板にフォーカスずれ測定対象の露光が行われ、当該露光により形成されたフォーカス測定用レジストパターン（以下、測定対象レジストパターンという）のＬＥＲ値が測定される。続いて、あらかじめ取得された上記ＬＥＲ値のフォーカス依存性に基づいて、測定されたＬＥＲ値に対応するフォーカス値が求められる。
【００２８】
このとき、求められたフォーカス値が、あらかじめ取得されたＬＥＲ値のフォーカス依存性におけるベストフォーカス値と一致する場合、フォーカスずれ測定対象の露光においてフォーカスずれは発生していなかったことになる。また、求められたフォーカス値が、あらかじめ取得されたＬＥＲ値のフォーカス依存性におけるベストフォーカス値と異なる場合、フォーカスずれ測定対象の露光においてフォーカスずれが発生していたことになる。
【００２９】
例えば、図２の例では、測定対象レジストパターンにおいて測定されたＬＥＲ値に対応するフォーカス値が−０．２μｍであれば、当該レジストパターンを形成する露光は、ベストフォーカスであったと判断できる。また、測定対象レジストパターンにおいて測定されたＬＥＲ値に対応するフォーカス値が、−０．１μｍや−０．４μｍ等のように−０．２μｍと異なる値であれば、当該レジストパターンを形成する露光は、フォーカスずれが発生していたと判断できる。
【００３０】
なお、上記では、ＬＥＲ値をラインパターン上面のエッジ位置ばらつきの３σとしたが、ＬＥＲ値として、標準偏差σやエッジ位置ばらつきのレンジＲを使用することもできる。また、ＬＥＲ値を取得する測定位置は、ラインパターン上面に限らず、ラインパターン底面でもよい。さらに、レジストパターンが孤立ラインパターンであることも必須ではなく、ＬＥＲ値を取得可能なエッジを備えるレジストパターンであればよい。例えば、孤立スペースパターンを使用することも可能である。この場合、孤立スペースパターン上面や底面のエッジ位置ばらつきや、スペース幅ばらつきを測定することでＬＥＲ値を取得することができる。また、ラインパターンやスペースパターンに限らず、ドットパターンやホールパターンを使用することもできる。いずれの場合であっても、ＬＥＲ値のフォーカス依存性は、ベストフォーカスとなるときに極小となる。
【００３１】
ところで、上述の手法では、ベストフォーカス値と、測定対象レジストパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値との差がフォーカスずれ量になる。このため、フォーカスずれ量が、あらかじめ設定された許容範囲内であるか否かの判定を行うことはできる。しかしながら、図２に示すＬＥＲ値のフォーカス依存性だけでは、フォーカスずれの方向を識別することはできない。このため、当該フォーカスずれ量に基づいて露光装置のフォーカス調整を行う際の調整方向が不明である。そこで、本実施形態では、形状の異なる複数のレジストパターンのＬＥＲ値を測定することにより、フォーカスずれ方向の検出を行う。
【００３２】
図３は、同一の露光で形成された孤立スペースパターンと孤立ラインパターンのＬＥＲ値のフォーカス依存性を示す図である。図３では、横軸がフォーカス値に対応し、縦軸がＬＥＲ値に対応している。図３において、実線３１は孤立スペースパターンのフォーカス依存性を示している。また、破線３２は孤立ラインパターンのフォーカス依存性を示している。なお、当該孤立ラインパターンは、図２に示すフォーカス依存性を取得した孤立ラインパターンとは異なるパターンである。
【００３３】
図３に示す実線３１から、孤立スペースパターンのベストフォーカス値は、−０．２μｍであることが理解できる。また、図３に示す破線３２から、孤立ラインパターンのベストフォーカス値は、−０．４μｍであることが理解できる。このように、パターン種（スペースパターンであるかラインパターンであるか）に依存してベストフォーカス値が異なることは良く知られている。パターン種によりベストフォーカス値が異なる場合、一般に、各パターンに対するフォーカスずれ最も小さくなるフォーカス値がベストフォーカス値として設定される。ここでは、孤立スペースパターンのベストフォーカス値と孤立ラインパターンのベストフォーカス値との中央値である−０．３μｍをベストフォーカス値としている。
【００３４】
さて、孤立スペースパターンと孤立ラインパターンとを併用して、フォーカス測定を行う場合、上記単一のレジストパターンを使用する場合と同様に、孤立スペースパターンおよび孤立ラインパターンのＬＥＲ値のフォーカス依存性（図３）があらかじめ取得される。
【００３５】
次に、レジスト膜が形成された半導体基板にフォーカスずれ測定対象の露光が行われ、形成された孤立スペースパターンおよび孤立ラインパターンのＬＥＲ値が測定される。続いて、あらかじめ取得されたこれらのレジストパターンの、ＬＥＲ値のフォーカス依存性に基づいて、測定されたＬＥＲ値に対応するフォーカス値が求められる。
【００３６】
このとき、測定対象の孤立スペースパターンのＬＥＲ値、および孤立ラインパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値はそれぞれ２つある。しかしながら、図３に示したように、孤立スペースパターンのＬＥＲ値と、孤立ラインパターンのＬＥＲ値とは、異なるフォーカス依存性を有しているため、１つのフォーカス値を特定することができる。
【００３７】
例えば、測定対象の孤立スペースパターンのＬＥＲ値が０．３ｎｍであり、測定対象の孤立ラインパターンのＬＥＲ値が０．２ｎｍであるとする。このとき、孤立スペースパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値は、−０．６２μｍと＋０．３２μｍ（外挿値）である。一方、孤立ラインパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値は、−０．６２μｍと−０．２μｍである。測定対象の孤立スペースパターンおよび孤立ラインパターンは、同一の露光で形成されているため、両者のフォーカス値は当然同等の値である。したがって、この場合のフォーカス値は−０．６２μｍである。この場合のベストフォーカス値（−０．３μｍ）からのフォーカスずれ量は、−０．６２−（−０．３）＝−０．３２μｍとなる。
【００３８】
上述のように、フォーカス値は、いずれのレジストパターンのＬＥＲ値からでも求めることが可能である。しかしながら、フォーカス値は、より感度良くフォーカス値を求めることができるレジストパターンのＬＥＲ値に基づいて求めることが好ましい。
【００３９】
図３に示すように、孤立スペースパターンのＬＥＲ値のフォーカス依存性では、孤立スペースパターンのベストフォーカス値のプラス側よりもマイナス側において、フォーカス値の変動に対するＬＥＲ値の変動量が大きくなっている。すなわち、孤立スペースパターンによれば、孤立スペースパターンのベストフォーカス値のマイナス側において、フォーカス値を感度良く求めることができる。同様に、孤立ラインパターンのＬＥＲ値のフォーカス依存性では、孤立ラインパターンのベストフォーカス値のマイナス側よりもプラス側において、フォーカス値の変動に対するＬＥＲ値の変動量が大きくなっている。すなわち、孤立ラインパターンによれば、孤立ラインパターンのベストフォーカス値のプラス側において、フォーカス値を感度良く求めることができる。
【００４０】
したがって、図３の例では、−０．２μｍよりマイナス側のフォーカス値は、孤立スペースパターンのＬＥＲ値に基づいて求めることが好ましく、−０．４μｍよりプラス側のフォーカス値は、孤立ラインパターンのＬＥＲ値に基づいて求めることが好ましい。なお、両範囲が重複する−０．４〜−０．２μｍのフォーカス値は、いずれのパターンのＬＥＲ値に基づいて求めてもよいが、ＬＥＲ値の値が大きい孤立ラインパターンのＬＥＲ値に基づいてフォーカス値を求めることが好ましい。
【００４１】
加えて、図３に示す事例では、フォーカス値が−０．５μｍよりもマイナス側であるとき、孤立スペースパターンのＬＥＲ値が孤立ラインパターンのＬＥＲ値よりも大きくなっている。逆に、フォーカス値が−０．５μｍよりもプラス側であるとき、孤立ラインパターンのＬＥＲ値パターンのＬＥＲ値が孤立スペースパターンのＬＥＲ値よりも大きくなっている。したがって、測定対象の孤立スペースパターンおよび孤立ラインパターンのＬＥＲ値の大小関係を利用して、フォーカス値を求めることもできる。
【００４２】
例えば、上述の事例では、孤立スペースパターンのＬＥＲ値（０．３ｎｍ）が、孤立ラインパターンのＬＥＲ値（０．２ｎｍ）よりも大きくなっている。したがって、フォーカス値は−０．５μｍよりもマイナス側である。また、当該範囲で、フォーカス値を感度良く求めることができる孤立スペースパターンのＬＥＲ値に対応するフォーカス値は、−０．６２μｍと＋０．３２μｍである。したがって、フォーカス値は−０．６２μｍになる。このように、当該大小関係と、孤立スペースパターンのＬＥＲ値、または孤立ラインパターンのＬＥＲ値の一方とから、簡単にフォーカス値を求めることもできる。
【００４３】
なお、この手法は、求めるべきフォーカス値が、各レジストパターンのフォーカス依存性の交点に対応するフォーカス値よりも、ＬＥＲ値が極小となる側に存在し、かつ、当該交点のＬＥＲ値よりも小さいＬＥＲ値に対応する範囲にある場合には、用いることができない。例えば、図３では、−０．５μｍ〜−０．３μｍの範囲である。この範囲では、各フォーカス依存性において、ＬＥＲ値の大小関係から規定されるフォーカス値の範囲内に、ＬＥＲ値を満足するフォーカス値が２つ存在している。このため、当該範囲では、上述のように、両ＬＥＲ値に対応するフォーカス値をそれぞれ求め、同等の大きさであるフォーカス値を求める必要がある。
【００４４】
以上のようにして得られたフォーカスずれ量に応じて、当該フォーカスずれ量を解消する状態に露光装置のフォーカス値を調整することで、フォーカスずれのない状態でレジスト膜を露光することができる。この結果、微細なレジストパターン形成する露光を同一のフォーカス条件で実施することが可能となり、微細なレジストパターンを極めて均質に形成することができる。また、上述のように、ＬＥＲ値はレジストパターン上面に対する寸法測定のみにより取得することができる。このため、ＬＥＲ値のフォーカス依存性は、レジストパターンの上面および底面における寸法を測定する、従来法のシフトインデックスのフォーカス依存性よりも短時間で取得することができる。
【００４５】
なお、ＬＥＲ値に基づいてフォーカスずれの有無やフォーカスずれ量を検出する場合、露光時に発生しうるフォーカス値の変動範囲内の全てにおいてＬＥＲ値を取得できなければ、フォーカスすれ量を検出できない範囲が生じることになる。このため、フォーカス測定用レジストパターンは、露光時に発生しうるフォーカス値の変動範囲内の全てにおいてＬＥＲ値を測定可能なエッジを備えることが好ましい。この観点では、例えば、フォーカスずれが発生した場合であっても形成されるパターン形状の変動が小さい、フォーカスマージンが大きいレジストパターンを使用することができる。このようなレジストパターンを使用すると、露光時に発生しうるフォーカス値の変動範囲の全てにおいて、レジストパターンは、ＬＥＲ値を取得可能なエッジを備えることになる。
【００４６】
さらに、ＬＥＲ値によりフォーカスずれの有無を検出する精度を向上させるためには、フォーカス値の変動に対してＬＥＲ値が大きく変動することが好ましい。図２に示したように、ＬＥＲ値は、フォーカスずれが大きくなるにつれて大きくなる傾向にある。したがって、フォーカスずれに対してパターン形状の変動が少ないパターンよりも、フォーカスずれに対してパターン形状の変動が大きいパターンの方が、フォーカス値の変動に対するＬＥＲ値の変動量が大きくなる。このため、フォーカス測定用レジストパターンは、露光時に発生しうるフォーカス値の変動量と同程度のフォーカスマージンを有していることが好ましい。
【００４７】
上述のフォーカス測定方法を採用することにより、微細なレジストパターンを再現性良く形成することが可能となる。図４は、上述のフォーカス測定方法を採用した露光システムを示すブロック図である。
【００４８】
図４に示すように、本実施形態の露光システム１は、露光装置２、現像装置３、寸法測定装置４、およびフォーカス測定装置５を備える。露光装置２は、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ等を光源とし、露光対象の半導体基板（以下ウエハという。）上に形成されたレジスト膜上にマスクパターンを結像させる投影露光装置である。ここでは、実デバイスを形成するためのマスク（レチクル）上のプロセスモニタ用パターン形成領域等に、フォーカス測定用レジストパターンをウエハ上に形成するためのパターンが形成されている。フォーカス測定用のレジストパターンは、上述したような孤立スペースパターンと孤立ラインパターンでもよいが、ここでは、実デバイスのパターンに類似する、ラインパターンとスペースパターンとを含む、レジストパターンをフォーカス測定用パターンとして採用している。なお、実デバイスのパターンとは、例えば、素子分離パターン、ゲート電極パターン、コンタクトパターン、配線パターン等である。
【００４９】
露光装置２において露光されたウエハは、現像装置３において現像され、レジスト膜がパターン化される。また、現像後のウエハは、上述の測長ＳＥＭ等の寸法測定装置４において、既述した手法によりフォーカス測定用レジストパターンのエッジ位置ばらつきが測定される。測定されたエッジ位置ばらつきのデータは、フォーカス測定装置５に送信され、上述したフォーカスずれ量の算出が行われる。なお、フォーカス測定装置５は、ＬＥＲ値算出部６、フォーカス値算出部７、フォーカスずれ量算出部８、良否判定部９および記憶部１０を備えている。
【００５０】
図５は、図４に示す露光システム１において実施される処理を示すフローチャートである。図５に示すように、まず、フォーカス測定用レジストパターンのフォーカス依存性が既述の手法により取得される（図５  Ｓ１）。このとき、露光装置２は、露光を行った際のフォーカス値を寸法測定装置４に送信する。寸法測定装置４は、測定したエッジ位置ばらつきのデータを、受信したフォーカス値とともに、ＬＥＲ値算出部６に送信する。ＬＥＲ値算出部６は、エッジ位置ばらつきのデータからＬＥＲ値を算出し、当該ＬＥＲ値をフォーカス値とともにＨＤＤ（Hard Disk Drive）等により構成された記憶部１０に格納する。当該処理を繰返し実行することにより、記憶部１０にＬＥＲ値のフォーカス依存性が格納される。
【００５１】
ＬＥＲ値のフォーカス依存性の取得が完了すると、表面にレジスト膜が形成されたウエハが露光装置２内に載置され、露光が行われる。露光が完了した後、露光されたレジスト膜が現像装置３において現像され、ウエハ上にフォーカス測定用レジストパターンが形成される（図５  Ｓ２）。その後、形成されたフォーカス測定用レジストパターンのスペースパターンと、ラインパターンのエッジ位置ばらつきが寸法測定装置４において測定される。当該エッジ位置ばらつきの測定は、インラインで行われても、アウトラインで行われてもよい。インラインで測定する場合、以降の工程は、フォトリソ工程の中のサブ工程として組み込まれている処理ステップとなる。
【００５２】
測定されたエッジ位置ばらつきのデータは、フォーカス測定装置５のＬＥＲ値算出部６に送信される。当該データを受信したＬＥＲ値算出部６は、エッジ位置ばらつきデータからＬＥＲ値を算出し、当該ＬＥＲ値をフォーカス値算出部７に送信する（図５  Ｓ３）。このとき、フォーカス値算出部７は、あらかじめ取得されているＬＥＲ値のフォーカス依存性を記憶部１０から読み出し、受信したＬＥＲ値に対応するフォーカス値を上述の手法により求める（図５  Ｓ４）。また、当該フォーカス値は、フォーカスずれ量算出部８に送信され、フォーカスずれ量算出部８が、受信したフォーカス値とベストフォーカス値の差を算出する（図５  Ｓ５）。なお、本露光システム１では、フォーカスずれ量算出部８が、記憶部１０から、ＬＥＲ値のフォーカス依存性を読出し、既述した手法により、ベストフォーカス値を算出する構成を採用している。
【００５３】
算出されたフォーカスずれ量は、良否判定部９に送信される。良否判定部９は、受信したフォーカスずれ量が、あらかじめ設定されている許容範囲内であれば、当該露光は正常に行われているため、良品判定を行う（図５  Ｓ６Ｙｅｓ→Ｓ７）。また、受信したフォーカスずれ量があらかじめ設定されている許容範囲外であれば、当該露光は正常に行われていないため、不良判定を行う。（図５  Ｓ６Ｎｏ→Ｓ１０）。なお、良否判定部９の判定結果は、寸法測定装置４に送信される。寸法測定装置４は、受信した判定結果に基づいて、ウエハの搬送先を変更する。すなわち、良品判定がなされたウエハは次工程に進められ、不良判定がなされたウエハは再生工程に進められる。ここで、再生処理とは、ウエハからレジスト膜を除去し、再度レジストを塗布して再露光する処理を指す。
【００５４】
また、フォーカスずれ量算出部８は、良品判定と不良判定とに関わらず、露光装置２に対して、算出したフォーカスずれ量を送信する。露光装置２は、受信したフォーカスずれ量に基づいて、フォーカス値の調整、すなわち、フォーカス位置をベストフォーカス位置に合わせる調整を行う（図５  Ｓ８）。露光装置２は、例えば、露光対象のウエハが載置されるステージの高さを昇降させることにより、フォーカス位置の調整を行う。フォーカス位置の調整が行われた後、露光対象の次ウエハが存在する場合には次ウエハの露光が行われ（図５  Ｓ９Ｙｅｓ→Ｓ２）、次ウエハがない場合には処理が終了する（図５  Ｓ９Ｎｏ）。
【００５５】
このように、リソグラフィ工程におけるフォーカスずれを、上述のフォーカス測定方法を利用して露光ごとにモニタリングすることにより、露光工程の品質を著しく向上させることができる。
【００５６】
なお、露光装置２におけるフォーカス調整は、フォーカスずれ量が当該フォトリソグラフィ工程において許容することができない量である場合のみに実施する構成にしてもよい。このような構成は、フォーカスずれ量算出部８は、良否判定部９の判定結果を受信し、受信した判定結果に応じて、露光装置２にフォーカスずれ量を送信することで実現することができる。すなわち、フォーカスずれ量算出部８は、良否判定部９により不良判定がなされた場合には、算出したフォーカスずれ量を露光装置２に送信し、良品判定がなされた場合には、算出したフォーカスずれ量に代えて、フォーカスずれなしを示すデータを送信する。
【００５７】
また、露光装置２において、露光ごとにフォーカスずれの測定を行うことは必須ではなく、複数枚のウエハが露光される都度、フォーカスずれの測定を行う構成にすることもできる。また、半導体装置の露光工程での処理単位（ロット）の露光が完了する都度、当該ロット内に属するウエハのフォーカスずれ量の平均値を算出し、当該フォーカスずれ量に応じたフォーカス位置の調整を行った状態で、次ロットの露光を行う構成にしてもよい。このような露光装置２へのフォーカスずれ量のフィードバックを行うことにより、露光時のフォーカス値の安定性向上を図ることが可能となる。
【００５８】
加えて、上述のＬＥＲ値算出部６、フォーカス値算出部７、フォーカスずれ算出部８、および良否判定部９は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウエア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウエア等として実現することができる。
【００５９】
ところで、ＬＥＲ値は、例えば、ラインパターンとスペースパターンのようなパターン種だけではなく、レジスト膜の膜厚、レジスト膜に含まれる材料等によっても、その大きさが変動する。図６は、異なる膜厚で形成した３種類のレジスト膜に対し、同一のレチクルを使用して露光を行った場合の、ＬＥＲ値のフォーカス依存性を示す図である。
【００６０】
図６より、ＬＥＲ値が極小となるフォーカス値、すなわちベストフォーカス値はレジスト膜厚により変動せずほぼ一定になっていることが理解できる。しかしながら、レジスト膜厚が異なると、フォーカス値が、プラス側あるいはマイナス側に変動した場合のＬＥＲ値の変動量が異なっている。これは、レジスト膜厚が変動すると、レジスト膜内で露光光により生成される定在波の強度（定在波の腹の強度）が変動することに起因している。
【００６１】
図７は、膜厚に対する定在波の強度の変動を模式的に示す断面図である。図７（ａ）は、定在波の強度が最大の場合を示しており、図７（ｂ）は、定在波の強度が最小となる状態を示している。図７（ａ）に示すように、レジスト膜内での定在波の強度が最大となる状態では、現像により形成されたレジストパターン１１の端面１１ａに、定在波の腹と節とに対応する大きな凸凹が形成される。逆に、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜内での定在波の強度が最小となる状態では、現像により形成されたレジストパターン１１の端面１１ａに形成される、定在波の腹と節とに対応する凹凸の大きさは小さくなる。
【００６２】
図６では、フォーカス値の変動に対して、ＬＥＲ値が最も大きく変動している点線４１が、定在波の強度が最大となるレジスト膜厚に対応している。また、フォーカス値の変動に対して、ＬＥＲ値の変動が最も小さい実線４３が定在波の強度が最小となるレジスト膜厚に対応している。したがって、露光時にレジスト膜中に生成される定在波の強度が最大となるレジスト膜厚を採用することにより、フォーカス値の変動に対して、ＬＥＲ値の変動を大きくすることができる。また、当該レジスト膜厚を採用することにより、ベストフォーカス値の特定が容易になるとともに、フォーカスずれ量を高感度で検出することができる。なお、図６において、破線４２は、レジスト膜中の定在波の強度が、点線４１の強度と実線４３の強度との中間である場合のレジスト膜厚に対応している。
【００６３】
上述のように、ＬＥＲ値によりフォーカスずれやフォーカスずれ量を検出する場合には、フォーカス値の変動に対して、ＬＥＲ値が大きく変動する状況下でレジストパターンを形成し、ＬＥＲ値を取得することが好ましい。したがって、ＬＥＲ値によりフォーカスずれの有無や、フォーカスずれ量を検出する場合は、上記レジスト膜に含まれるレジスト材料が、ＬＥＲを発生しやすい材料であることが好ましい。また、現像後のレジストパターンの形状に関与するレジストパターン形成前後のベーキング温度条件（プリベーク温度、およびポストベーク温度）も、ＬＥＲが発生しやすい条件であることが好ましい。このようなレジスト材料およびベーキング温度条件を採用することで、フォーカス値の変動に対するＬＥＲ値の変動量を大きくすることができる。
【００６４】
例えば、上記定在波の腹と節との強度差をレジストパターン形状として、より反映することができるレジスト材料やベーキング温度条件を採用することで、ＬＥＲが発生しやすい状態を実現することができる。
【００６５】
露光装置の光源としてＫｒＦエキシマレーザを使用する場合には、酸発生剤を含有する化学増幅型レジストが使用されている。この場合、露光および露光後のベーキング工程でレジスト膜中に発生する酸の拡散長が比較的小さくなるようなレジスト材料、ポストベーキング温度条件を採用することが望ましい。レジスト膜がポジ型レジストである場合、光が照射された領域の酸発生剤がレジスト膜中に酸を生成する。酸が存在する領域のレジスト膜は、酸を触媒とする化学反応により現像液に可溶な物質に変化する。当該化学反応は、露光後のベーキングにより促進され、酸が存在する領域のレジスト膜が現像により溶解する。このため、酸の拡散長が比較的小さくなるようなレジスト材料やベーキング条件を採用することで、酸を触媒とする化学反応が生じる領域を、ほぼ露光がなされた領域にすることができる。この場合、現像されたレジストパターンは、露光直後の定在波の状態をより反映した形状を有する。この結果、レジストパターンのエッジにはＬＥＲが発生しやすい状態が実現できる。
【００６６】
このように、ＬＥＲが発生しやすい条件でフォーカス測定用レジストパターンを形成することにより、フォーカスずれ量をより正確に求めることが可能となる。また、このようにして求めたフォーカスずれ量に基づいて、露光装置のフォーカス調整を行うことにより、フォーカスずれの極めて少ない露光を実現することが可能となる。
【００６７】
なお、実際の半導体装置の製造工程では、レジスト膜厚、レジスト材料、およびベーキング温度の条件は、実デバイスのパターンを良好に形成できる条件に最適化されている。この最適化条件は、上述のようなＬＥＲが発生しやすい条件と異なっている。したがって、半導体装置の製造工程に適用する場合には、実デバイスの露光を行う直前に、実デバイスの露光を行う露光装置に対して、上述のＬＥＲが発生しやすい条件でのフォーカス測定を行う。
【００６８】
すなわち、実デバイスを形成するウエハとは異なるモニタウエハに、ＬＥＲが生じやすいレジスト材料からなるレジスト膜を、ＬＥＲが生じやすい膜厚で塗布する。当該モニタウエハを露光装置２に搬入し、あらかじめＬＥＲ値のフォーカス依存性が取得されている孤立スペースパターンおよび孤立ラインパターンを露光する。露光後に、ＬＥＲが生じやすい温度でベーキングを行い、現像装置３において、レジスト膜の現像を行う。寸法測定装置４は、形成された孤立スペースパターンおよび孤立ラインパターンのエッジ位置ばらつきを測定し、ＬＥＲ値算出部６が孤立スペースパターンのＬＥＲ値、および孤立ラインパターンのＬＥＲ値を算出する。フォーカス値算出部７は、当該ＬＥＲ値に対応するフォーカス値を、記憶部１０に格納されている、ＬＥＲ値のフォーカス依存性に基づいて求める。そして、フォーカスずれ量算出部８が算出したフォーカスずれ量に応じて、露光装置２がフォーカス位置を調整する。
【００６９】
このようにして、フォーカスの調整がなされ露光装置を使用して、実デバイスのパターン露光を行うことにより、ＬＥＲが顕著になるような微細なレジストパターンを含む半導体装置の製造工程においても最良のフォーカスで露光を行うことができる。この結果、所望の断面形状と寸法とを有する良好なレジストパターンを得ることができる。
【００７０】
以上説明したように、本発明によれば、ＬＥＲが相対的に大きくなる微細なレジストパターンを形成する状況下であっても、少ないデータ量で正確なフォーカス値、ベストフォーカス値、ベストフォーカス値からのずれ量を求めることができる。そして、フォーカスずれ量に応じて露光装置のフォーカス調整を行うことにより、良好なパターン形状、寸法を有するレジストパターンを形成することができる。この結果、半導体装置を高い製造歩留まりで形成することができる。
【００７１】
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上記では、露光装置とフォーカス測定装置とを別体とした露光システムの事例を説明したが、フォーカス測定装置は露光装置と一体であってもよく、各部の配置は特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、ＬＥＲが相対的に大きくなる微細なレジストパターンを形成する状況下であっても、フォーカスずれ量を容易に検出できるという効果を有し、フォーカス測定方法、半導体装置の製造方法、および露光システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態におけるＬＥＲの測定点を示すＳＥＭ写真
【図２】本発明の一実施形態におけるＬＥＲ値のフォーカス依存性を示す図
【図３】本発明の一実施形態におけるＬＥＲ値のフォーカス依存性のパターン形状に対する変化を示す図
【図４】本発明の一実施形態における露光システムを示すブロック図
【図５】本発明の一実施形態におけるリソグラフィ工程の処理を示すフローチャート
【図６】本発明の一実施形態におけるＬＥＲ値のフォーカス依存性のレジスト膜厚に対する変化を示す図
【図７】定在波の発生状態を示す概略断面図
【図８】フォーカス測定に使用されるレジストパターンの断面図
【図９】従来のフォーカス測定法における傾斜量のフォーカス依存性を示す図
【図１０】従来のフォーカス測定法におけるシフトインデックスのフォーカス依存性を示す図
【符号の説明】
【００７４】
１  露光システム
２  露光装置
４  寸法測定装置
５  フォーカス測定装置
６  ＬＥＲ値算出部
７  フォーカス値算出部
８  フォーカスずれ量算出部
９  良否判定部
１０  記憶部
１１  レジストパターン（孤立ラインパターン）
３１  孤立スペースパターンのＬＥＲ値
３２  孤立ラインパターンのＬＥＲ値
４１  定在波振幅が最大となるレジスト膜厚時のＬＥＲのフォーカス依存性
４２  定在波振幅が中程度となるレジスト膜厚時のＬＥＲのフォーカス依存性
４３  定在波振幅が最小となるレジスト膜厚時のＬＥＲのフォーカス依存性
１００  孤立ラインパターン
１１０  孤立スペースパターン
１０１  上面ライン幅
１０２  底面ライン幅
１０３  上面スペース幅
１０４  底面スペース幅
【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１】
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