(57)【要約】【課題】線幅測定の遅延に起因した線幅不良のウエハの製造を減少させる露光システムを提供する。【解決手段】マスクのパターンを基板Ｗに露光する露光装置１１と、露光装置１１とインライン化されており、かつ基板Ｗに形成されたパターンの線幅情報をスキャテロメトリ技術を用いて測定する線幅測定器１２と、線幅測定器１２からのデータを用いて露光装置１１の露光条件パラメータを補正する補正装置１３とを有するようにした。【選択図】  図１
2004235460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクのパターンを基板に露光する露光装置と、該露光装置とインライン化されており、かつ前記基板に形成されたパターンの線幅情報をスキャテロメトリ技術を用いて測定する線幅測定器と、該線幅測定器からのデータを用いて前記露光装置の露光条件パラメータを補正する補正装置とを有することを特徴とする露光システム。
【請求項２】
マスクと基板とを走査して該マスクのパターンを該基板に形成された複数のショット領域に順次露光する走査型露光装置において、
既に露光処理された第１基板のショット領域内に形成されたパターンの線幅情報を前記ショット領域内の複数点において測定する線幅測定器から該線幅情報を入力するための入力装置と、前記入力された線幅情報に基づいて、これから露光する第２基板上のショット領域内の位置に応じて、パターンの線幅に関係する露光条件パラメータを補正する補正装置とを有することを特徴とする走査型露光装置。
【請求項３】
前記線幅測定器は、スキャテロメトリ技術を用いて測定することを特徴とする請求項２に記載の走査型露光装置。
【請求項４】
前記補正装置は、前記露光条件パラメータの変更と前記線幅情報の変化とに関する相関情報を記憶する記憶装置を有し、該相関関係に基づいて該露光条件パラメータを補正することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の走査型露光装置。
【請求項５】
前記線幅情報は、前記第１基板の走査方向及び該走査方法に直交する非走査方向のうち少なくとも一方の線幅分布に関する情報であり、前記補正装置は、前記第２基板の走査方向及び該走査方向に直交する非走査方向のうち少なくとも一方における線幅分布を変えるように前記露光条件パラメータを補正することを特徴とする請求項２から請求項４のうちいずれか一項に記載の走査型露光装置。
【請求項６】
前記補正装置は、前記走査方向の線幅に関係する前記露光条件パラメータとして、前記第２基板の走査位置に応じて該第２基板の走査速度、前記第２基板に照射される露光光の照度又はパルス数、前記第２基板の走査位置における焦点位置、のうちいずれか１つ以上を補正することを特徴とする請求項５に記載の走査型露光装置。
【請求項７】
前記補正装置は、前記非走査方向の線幅に関係する前記露光条件パラメータとして、前記マスクのパターンを前記第２基板に投影する投影光学系の光学特性、前記第２基板上に照射される露光光の前記非走査方向における光強度分布、のうちいずれか１つ以上を補正することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の走査型露光装置。
【請求項８】
前記入力装置は、前記基板のショット領域の線幅情報とともに該ショット領域の前記走査方向の正方向及び該正方向とは逆向きの逆方向のうちいずれかの正逆情報が入力され、
前記補正装置は、前記第２基板の露光処理時の前記走査方向に対応して、前記正逆情報に基づいて同じ走査方向のショット領域の線幅情報を選択し、該選択された線幅情報に基づいて前記露光条件パラメータを補正することを特徴とする請求項２から請求項７のうちいずれか一項に記載の走査型露光装置。
【請求項９】
前記入力装置は、前記第１基板の複数のショット領域についてそれぞれの線幅情報とともに該ショット領域の位置に対応した座標情報が入力され、
前記補正装置は、前記座標情報に基づいて前記第１基板のショット領域の線幅情報のそれぞれを前記第２の基板の複数のショット領域のそれぞれに対応させ、各線幅情報に基づいて前記露光条件パラメータを補正することを特徴とする請求項２から請求項８のうちいずれか一項に記載の走査型露光装置。
【請求項１０】
マスクと基板とを走査して該マスクのパターンを該基板に形成された複数のショット領域に順次露光する露光方法において、
既に露光処理された第１基板のショット領域内の複数点において測定されたパターンの線幅情報に基づいて、これから露光する第２基板上のショット領域内の位置に応じて、前記パターンの線幅に関係する露光条件パラメータを補正して、前記パターンを前記第２基板上のショット領域に露光することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクのパターンを半導体ウエハ等の基板に露光する露光装置に用いられる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッドなどのデバイスを製造するプロセスにおいては、ウエハやガラスプレート等の基板（以下、ウエハと称する）上にフォトレジストなどの感光剤を塗布し、露光装置によりフォトレジストにマスクパターンを露光してから現像することによってウエハ上に所望のレジストパターンを作製するフォトリソグラフィー工程がある。
【０００３】
このフォトリソグラフィー工程では、半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・大集積化の進展とともにウエハ上に形成されるレジストパターンの微細化の要求が高まっているため、レジストパターンの線幅の管理が不可欠となっている。そのため、従来は、レジストパターンの線幅を露光装置外に設置された走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の線幅測定器により測定し、その測定結果に基づいて次のウエハの露光時に露光条件を補正することにより、レジストパターンの線幅の管理を行っていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７２２１９号公報（第５頁、第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＥＭ等の線幅測定器によるレジストパターンの線幅測定は、露光及び現像した一定枚数のウエハの中から数枚のウエハを抜き取り、そのウエハを線幅測定器に搬送してレジストパターンの線幅測定を行っており、また、その線幅測定の結果が判明するまでにある程度の時間を要していた。このため、例えば、露光装置のデフォーカスに起因した線幅不良が発生しても、即時にその不良に対応することができないため、線幅不良が発生してから、露光時の露光条件を補正するまでの間に、露光装置がウエハの露光処理を停止しているか、又は線幅不良のウエハを相当数製造してしまうという問題があった。
【０００６】
また、レジストパターンの線幅の管理は、ＳＥＭ等の線幅測定器によりウエハの一部分の線幅を測定して、その部分の線幅が均一となるように露光時の露光条件を補正しているにすぎず、線幅の管理が十分であるとは言えなかった。具体的には、例えば、レジストパターンがショット領域内の中央部の線幅は太く、周縁部の線幅は細くなった分布状態が発生していた場合には、いずれか一方の線幅に基づいて補正が行なわれる場合が少なくないため、線幅が太い部分や細い部分が残り、レジストパターンの断線や短絡が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、線幅測定の遅延に起因した線幅不良のウエハの製造を減少させる露光システムを提供することを目的とする。また、レジストパターンの線幅を詳細に管理する露光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光システム（１０）および露光装置（１１、５０）では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、露光システム（１０）として、マスク（Ｒ）のパターン（ＰＡ）を基板（Ｗ）に露光する露光装置（１１、５０）と、露光装置（１１、５０）とインライン化されており、かつ基板（Ｗ）に形成されたパターン（ＰＩ）の線幅情報をスキャテロメトリ技術を用いて測定する線幅測定器（１２）と、線幅測定器（１２）からのデータを用いて露光装置（１１、５０）の露光条件パラメータを補正する補正装置（１３、５４）とを有するようにした。この発明によれば、スキャテロメトリ技術を用いた線幅測定器により基板の線幅情報を測定するので、非破壊で迅速な測定と、露光装置とのインライン化とが可能となり、露光処理した略全ての基板について線幅測定を行うことができる。そのため、線幅の異常の発生に即時に対応して露光装置の露光条件パラメータを補正することが可能となり、適切な線幅の管理を行うことができる。また、ＳＥＭ等と比較して安価な線幅測定器を用いることで、設備費を低く抑えることができる。
【０００９】
第２の発明は、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを走査してマスク（Ｒ）のパターン（ＰＡ）を基板（Ｗ）に形成された複数のショット領域（ＳＡ）に順次露光する走査型露光装置（１１、５０）において、既に露光処理された第１基板（Ｗ）のショット領域（ＳＡ）内に形成されたパターン（ＰＩ）の線幅情報をショット領域（ＳＡ）内の複数点において測定する線幅測定器（１２）から線幅情報を入力するための入力装置（３８、５５）と、入力された線幅情報に基づいて、これから露光する第２基板（Ｗ）上のショット領域（ＳＡ）内の位置に応じて、パターン（ＰＩ）の線幅に関係する露光条件パラメータを補正する補正装置（１３、５４）とを有するようにした。この発明によれば、入力装置によって、基板のショット領域内に形成されたパターンの線幅情報をショット領域内の複数点において取得できるので、ショット領域内の位置に応じて線幅の管理を行うことが可能となる。このことにより、例えば、基板の各ショット領域内に形成されたパターンの中央部の線幅が太く、周縁部の線幅が細くなった分布状態が発生していた場合に、その分布状態を改善するように露光条件パラメータ補正することでショット領域内のパターンの線幅を一定にすることが可能となる。
【００１０】
また、線幅測定器（１２）が、スキャテロメトリ技術を用いて測定を行うものでは、非破壊で迅速な測定と、インライン化、低コスト化が容易に可能となる。また、補正装置（１３、５４）が、露光条件パラメータの変更と線幅情報の変化とに関する相関情報を記憶する記憶装置（４２、５３）を有し、相関関係に基づいて露光条件パラメータを補正するものでは、露光条件パラメータを変更させた際の線幅情報の変化が予想可能となり、適切な線幅の管理が可能となる。また、線幅情報が、第１基板（Ｗ）の走査方向及び走査方法に直交する非走査方向のうち少なくとも一方の線幅分布に関する情報であり、補正装置（１３，５４）は、第２基板（Ｗ）の走査方向及び該走査方向に直交する非走査方向のうち少なくとも一方における線幅分布を変えるように露光条件パラメータを補正するものでは、ショット領域内のパターンの線幅を全体的に均一にすることが可能となる。また、補正装置（１３、５４）が、走査方向の線幅に関係する露光条件パラメータとして、第２基板（Ｗ）の走査位置に応じて第２基板（Ｗ）の走査速度、第２基板（Ｗ）に照射される露光光の照度又はパルス数、第２基板の走査位置における焦点位置、のうちいずれか１つ以上を補正するものでは、これら走査方向の線幅変化に影響が大きい事項を補正させて走査方向の線幅を適切に管理することが可能となる。また、補正装置（１３、５４）が、非走査方向の線幅に関係する露光条件パラメータとして、マスク（Ｒ）のパターン（ＰＡ）を第２基板（Ｗ）に投影する投影光学系の光学特性、第２基板（Ｗ）上に照射される露光光の非走査方向における光強度分布、のうちいずれか１つ以上を補正するものでは、これら非走査方向の線幅変化に影響が大きい事項を補正させて非走査方向の線幅を適切に管理することが可能となる。
【００１１】
また、入力装置（３８、５５）に、基板（Ｗ）のショット領域（ＳＡ）の線幅情報とともにショット領域（ＳＡ）の走査方向の正方向及び正方向とは逆向きの逆方向のうちいずれかの正逆情報が入力され、補正装置（１３、５４）が、第２基板（Ｗ）の露光処理時の走査方向に対応して、正逆情報に基づいて同じ走査方向のショット領域（ＳＡ）の線幅情報を選択し、選択された線幅情報に基づいて露光条件パラメータを補正するものでは、走査方向の正逆を区別して線幅を管理することが可能となり、走査方向の違いにより線幅が異なる状態を回避することができる。また、入力装置（３８、５５）に、第１基板（Ｗ）の複数のショット領域（ＳＡ）についてそれぞれの線幅情報とともにショット領域（ＳＡ）の位置に対応した座標情報が入力され、補正装置（１３、５４）が、座標情報に基づいて第１基板（Ｗ）のショット領域（ＳＡ）の線幅情報のそれぞれを第２基板（Ｗ）の複数のショット領域（ＳＡ）のそれぞれに対応させ、各線幅情報に基づいて露光条件パラメータを補正するものでは、各ショット領域（ＳＡ）の位置を区別して線幅を管理することが可能となり、ショット領域（ＳＡ）の位置の違いにより線幅が異なる状態を回避することができる。
【００１２】
第３の発明は、  マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを走査してマスク（Ｒ）のパターン（ＰＡ）を基板（Ｗ）に形成された複数のショット領域（ＳＡ）に順次露光する露光方法において、既に露光処理された第１基板（Ｗ）のショット領域（ＳＡ）内の複数点において測定されたパターンの線幅情報に基づいて、これから露光する第２基板（Ｗ）上のショット領域（ＳＡ）内の位置に応じて、パターン（ＰＩ）の線幅に関係する露光条件パラメータを補正して、パターン（ＰＩ）を第２基板（Ｗ）上のショット領域（ＳＡ）に露光するようにした。この発明によれば、ショット領域内の線幅の状態に適した露光条件で露光処理することにより線幅の均一化を図り、パターンの断線や短絡の発生を抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る露光システム及び露光装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る露光システム１０の全体構成を示す概念図である。図１において、半導体素子の製造プロセスに用いられる露光システム１０は、基板にマスクのパターンを露光する露光装置１１と、基板に対してレジストを塗布、現像するレジスト処理装置１５と、基板に形成されたパターンの線幅情報を測定する線幅測定器１２と、露光装置の露光条件パラメータを補正する補正装置１３と、ＬＡＮ等の通信ネットワーク１４、等を有している。そして、露光装置１１は、通信機能を備え、通信ネットワーク１４に接続されている。同様に、レジスト処理装置１５、線幅測定器１２および補正装置１３も通信ネットワーク１４に接続されている。
【００１４】
図２は、本発明に係る露光装置１１の要部を示す概念図である。露光装置１１は、マスクとしてのレチクルＲと、基板としてのウエハＷとを一次元方向に同期移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンＰＡを投影光学系ＰＬを介してウエハＷの各ショット領域ＳＡに転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）である。露光装置１１は、光源からの照明光（エネルギビーム）によりレチクルＲを照明する露光照明系ＳＨ、レチクルＲを保持するレチクルステージ２４、レチクルＲから射出される照明光をウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージ２９、レチクルＲのパターンＰＡの結像面にウエハＷの露光面Ｗｆを位置合わせ（焦点合わせ）する合焦系ＡＦ、及び装置全体を統括的に制御する主制御系３５等から構成される。
【００１５】
露光照明系ＳＨは、露光用光源２１と照明光学系２２とを備え、露光用光源２１から照射された露光光は照明光学系２２を介してレチクルＲ上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射される。露光光としては、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ２エキシマレーザ光、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）等が用いられる。なお、露光照明系ＳＨは、不図示の照明系調整機構（例えば、照度むら補正機）を備え、調整機構駆動部２３が照明系調整機構を駆動することにより、例えば、露光光の一部を減光してウエハＷに照射される露光光の照度分布を変更したり、露光光全体を減光することによりウエハＷに対する露光量等を変化させたりする。また、調整機構駆動部２３は、露光用光源２１の発光強度を調整したり、露光用光源２１がパルス光源である場合にパルス光の発振周波数を調整したりすることができる。
【００１６】
レチクルステージ２４は、コラム２６に支持されており、レチクルＲのパターンＰＡ面を下にして保持するとともにレチクルステージ駆動部２５によって駆動されてＸ方向に一次元走査移動し、さらにＹ方向、及び回転方向（θ方向）に微動する。ここで、投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向をＺ方向とし、光軸に垂直な平面内でレチクルＲと照明領域との相対走査の方向（紙面に平行な方向）をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とする。そして、レチクルステージ２４のＸ方向およびＹ方向の位置は、レーザ干渉式測長器（以下、干渉計２７と称す）によって逐次検出され主制御系３５に出力される。
【００１７】
投影光学系ＰＬは、レチクルＲから射出される照明光を所定の投影倍率β（βは例えば１／５）で縮小して、レチクルＲのパターンＰＡの像をウエハＷ上の１つのショット領域ＳＡ内に結像させる。また、投影光学系ＰＬは、不図示の投影光学系調整機構（例えば、先玉チルト機構、投影レンズＮＡ変更機構等）を備え、調整機構駆動部２８が投影光学系調整機構を駆動することにより、投影光学系ＰＬの収差等を改善することができる。
【００１８】
ウエハステージ２９は、ウエハＷを保持するとともに、ウエハステージ駆動部３１によって駆動されて、ウエハＷ上に形成された各ショット領域ＳＡにレチクルＲのパターンＰＡの像を転写するためにウエハＷとレチクルＲとを同期移動されるスキャン動作と、次のショット領域へ移動させるステップ移動とを繰り返す。そして、ウエハステージ２９のＸ方向およびＹ方向の位置は、干渉計３０により逐次検出され主制御系３５に出力される。なお、ウエハステージ２９上には、ウエハＷをＸＹ平面内で微小回転させる不図示のθステージが設けられている。
【００１９】
合焦系ＡＦを構成するＡＦセンサ３４は、投影光学系ＰＬの側面部に設けられ、露光面Ｗｆに対して斜め方向から非感光性の光を照射する投光系３４ａと、その反射光を受光する受光系３４ｂとからなり、露光面Ｗｆと投影光学系ＰＬの結像面（ベストフォーカス位置）とのずれ量（Ｚ方向のずれ量）を検出して主制御系３５に出力する。そして、そのずれ量に対応して、主制御系３５がＺステージ駆動部３３を駆動し、Ｚステージ３２が移動して、露光面Ｗｆの高さ及びその傾斜角が制御され、露光面Ｗｆを投影光学系ＰＬの結像面に一致させる。
【００２０】
主制御系３５は、露光装置１１を統括的に制御する制御部３６、各種パラメータや露光処理履歴等の情報を記憶する記憶部３７、外部と各種情報を入出力する入出力部（入力装置）３８等からなる。制御部３６は、記憶部３７に記憶されている各種パラメータと、干渉計２７、２８およびＡＦセンサ３４等の各種センサからの情報とに基づいて、調整機構駆動部２３、レチクルステージ駆動部２５、調整機構駆動部２８、ウエハステージ駆動部３１、Ｚステージ駆動部３３等を駆動することにより露光装置１１を統括的に制御する。記憶部３７には、後述する露光装置１１の稼動条件を定める各種パラメータや、露光処理された各ウエハＷや各ショット領域ＳＡに関する露光条件の履歴等が記憶される。入出力部３８は、通信機能を備え、通信ネットワーク１４に接続されており、通信ネットワーク１４を介して記憶部３７に記録された各種情報を外部に出力し、また外部から入力された各種情報を記憶部３７に伝送する。
【００２１】
記憶部３７に記憶された稼動条件を定める各種パラメータには、露光装置１１の特性等を規定する装置パラメータ、ウエハＷやショット領域ＳＡ毎の露光条件を定める露光条件パラメータ等がある。装置パラメータには、例えば、オプション機能の搭載の有無を指定したり、各種センサの位置や基準マークの位置等の各種座標を指定したりするパラメータや、露光装置１１固有の機械誤差を補正するパラメータ等がある。露光条件パラメータには、例えば、ウエハＷにどのような配置および走査方向でショット領域ＳＡを配列するかを指定したり、露光処理するウエハＷの枚数や使用するレチクルＲを指定したりするパラメータや、走査速度、焦点位置、露光光源の駆動状態、投影光学系ＰＬの光学特性、露光光の強度分布を指定するパラメータ等がある。
【００２２】
図１に戻り、線幅測定器１２は、露光及び現像処理したウエハＷの各ショット領域ＳＡに形成されたパターンＰＩの線幅等を測定するものであり、その測定にはスキャテロメトリ（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）技術が用いられる。ここで、スキャテロメトリ技術とは、周期パターン上に単色光を入射し、それから回折される特定次の回折光の強度に注目することによりパターンＰＩの線幅等を非破壊で測定する技術であり、迅速、低コスト、インライン化が可能という特徴がある。具体的には、予め任意のパターン形状に対して回折光強度分布を計算してライブラリを作成しておき、測定対象のパターンＰＩに入射角を変化させながら単色光を投射して、その回折光を受光センサが受光角を変化させながら受光して回折光強度の角度方向分布を検出する。そして、その検出結果とライブラリとのパターンマッチングを行うことにより、測定対象のパターンＰＩの幅、高さ等を推定するものである。なお、光の入射角を固定し、多数の受光センサを使って多数次の回折光を一度に取り込む場合もあるが、この場合にもライブラリとのパターンマッチングを行うことは同じである。そして、線幅測定器１２には、通信機能を有する不図示の出力部が備えられ、測定結果であるパターンＰＩの線幅情報を通信ネットワーク１４を介して外部に出力する。
【００２３】
補正装置１３は、外部と各種情報を入出力する入出力部４１と、各種情報を記憶する記憶部（記憶装置）４２と、補正する露光条件パラメータとその補正量を決定する判断部４３とからなり、検出された線幅異常（目標線幅からの誤差）を改善させる露光条件パラメータを決定するものである。入出力部４１は、通信機能を備え、通信ネットワーク１４に接続されており、通信ネットワーク１４を介して記憶部４２に記録された各種情報を外部に出力し、また外部から入力された各種情報を記憶部４２に伝送する。記憶部４２は、入出力部４１から送られてきた各種情報を記憶するとともに、露光条件パラメータの変更とパターンＰＩの線幅情報の変化とに関する相関情報のライブラリ（データ情報）を予め記憶している。そして、判断部４３は、記憶部４２に記憶された各種情報とライブラリとに基づいて補正する露光条件パラメータとその補正値を決定する。
【００２４】
露光システム１０には、前工程から送られてきたウエハＷを露光装置１１、レジスト処理装置１５、線幅測定器１２の間で搬送する不図示のウエハ搬送装置が設けられる。なお、通信ネットワーク１４に複数台の露光装置１１を接続し、これらの露光装置１１で処理されたウエハＷを１台の線幅測定器１２に送ることも可能である。同様に、線幅測定器１２、補正装置１３およびレジスト処理装置１５のそれぞれを複数台の露光装置１１に対応させて、複数台設けることにより、大量のウエハＷを短時間で処理することができる。また、１台の補正装置１３が複数台の露光装置１１の露光条件パラメータを補正するような構成であってもよい。
【００２５】
次に、半導体素子の製造プロセスラインにおける露光システム１０の動作について図３を参照して説明する。ここで、図３は、本発明にかかる露光システム１０及び露光装置１１の動作を示すフローチャート図である。まず、ステップ１０において、前工程から送られてきたウエハＷは、露光装置１１に搬入される。実際には、レジスト処理装置１５によってレジストが塗布される工程が入るが、ここでは便宜上、その工程を省略する。そしてウエハＷは、記憶部３７に記憶された各種パラメータに基づいて順次露光処理され、レジスト処理装置１５に搬送されて現像処理される（Ｓ２０）。更に、線幅測定器１２に搬送されてショット領域ＳＡ内の複数点でパターンＰＩの線幅の測定が行われる（Ｓ３０）。ここで、線幅測定器１２は、スキャテロメトリ技術を用いているので迅速な線幅測定が可能であり、露光および現像処理された略全てのウエハＷ、もしくは一部のウエハＷについての線幅測定が行われ、ショット領域ＳＡ毎、ウエハＷ毎、あるいはロット毎のパターンＰＩの線幅情報が得られる。そして、その線幅情報は、線幅測定器１２の出力部から通信ネットワーク１４を介して、逐次、補正装置１３に出力される（Ｓ４０）。
【００２６】
ステップ５０では、線幅測定器１２からの線幅情報が補正装置１３の入出力部４１に入力されて記憶部４２に記憶される。同様に、露光装置１１からはその線幅情報の測定対象であるショット領域ＳＡ、ウエハＷ、あるいはロットにおける露光処理履歴が入力され、また、露光処理したパターンＰＡの設計情報が不図示の外部から通信ネットワーク１４を介して入力されて記憶部４２に記憶される。そして、ステップ６０において、判断部４３は、記憶部４２に記憶されたパターンＰＡの設計情報とパターンＰＩの線幅情報とを比較してショット領域ＳＡ内で発生した線幅異常を検出する。この処理はウエハＷ内の全てのショット領域ＳＡについて繰り返し行なわれ（Ｓ７０）、その結果からウエハＷ内における線幅異常が発生したショット領域ＳＡに関する座標情報や走査方向等の情報が取得される（Ｓ８０）。更に、これらの処理は同一ロット内の全てのウエハＷについて繰り返し行なわれ（Ｓ９０）、その結果からロット内における線幅異常の変化に関する情報が取得される（Ｓ１００）。例えば、同一ロットのウエハ１００枚のうち５０枚目に処理したウエハＷから、特定のショット領域ＳＡにおいて線幅異常が発生した等の情報が取得される。
【００２７】
ステップ１１０において、線幅異常が発生している場合にはステップ１２０に移り、記憶部４２に記憶されているライブラリ（蓄積データ）を参照して、その線幅異常を改善するような露光条件パラメータとその補正値が決定される。線幅異常が発生していない場合には、ステップ２１０に移る。なお、補正する露光条件パラメータを決定する際の具体的内容については後述する。そして、補正する露光条件パラメータおよびその補正値が決定すると、その情報は入出力部４１から出力され、通信ネットワーク１４を介して露光装置１１の入出力部３８に入力される（Ｓ１３０）。入出力部３８に入力された露光条件パラメータおよびその補正値は、記憶部３７に送られて、記憶部３７に予め記憶されている露光条件パラメータが書き換えられる（Ｓ１４０）。そして、次のウエハＷが露光装置１１に搬入され（Ｓ１５０）、書き換えられた露光条件パラメータに基づいて制御部３６が露光装置１１の各駆動部に指令して露光条件を変化させて露光処理が行われる（Ｓ１６０）。例えば、調整機構駆動部２３に指令して照度分布を変化させたり、レチクルステージ駆動部２５に指令してレチクルステージを傾斜させたり、Ｚステージ駆動部３３に指令してＺステージ３２を駆動することによりフォーカス位置を変化させたりする。このように各駆動部を駆動して露光条件を変化させた状態で、次のショット領域ＳＡ、次のウエハＷ、或いは次のロットの露光処理、及び現像処理を行うことにより、ショット領域ＳＡ内の形成されたパターンＰＩの線幅が改善されて、線幅不良のウエハＷの製造が回避可能となる。
【００２８】
なお、補正する露光条件パラメータは１つとは限らず、複数の露光条件パラメータを同時に補正する場合も多い。そして、補正する露光条件パラメータおよびその補正量などは、ライブラリの情報を充実させていくことにより、より適切に決定されるようになる。そのため、露光条件パラメータの補正が行なわれる毎に、線幅情報を測定し（Ｓ１７０）、変更した露光条件パラメータとその変更により変化した線幅情報を記憶部４２に送り、新たな露光条件パラメータの変更と線幅情報の変化とに関する相関情報としてライブラリに蓄積させて（Ｓ１８０）、線幅の管理を更に適切に行うようにする。なお、露光条件パラメータを補正する際には、必ずしも線幅異常が発生した原因を特定し、その要因に関する露光条件パラメータを補正することはない。すなわち、露光条件パラメータを補正した結果として線幅異常が改善されればよく、例えば、露光量不足が原因の場合に、露光量を増やさずに走査速度を減速させるように補正してもよい。また、ステップ１７０において取得された線幅情報は、補正装置１３に出力され（Ｓ１９０）、更に次のウエハＷの線幅管理に用いられる。このように線幅の管理が行なわれたウエハＷは、図１に示すように線幅測定器１２から次工程に向けて搬出される（Ｓ２００）。そして、ステップ２１０において、更に次のウエハの露光、現像処理を行う場合には、ステップ５０に戻り、上述の処理を繰り返し行い、更に次のウエハの露光、現像処理を行わない場合には、一連の処理は終了する。以上のようにして、ウエハＷに形成されたショット領域ＳＡの線幅の管理が行なわれる。
【００２９】
ここで、補正する露光条件パラメータを決定する際の具体的内容について説明する。線幅測定器１２から得られる線幅情報としては、ウエハＷのショット領域ＳＡ内の複数点で得られるため、例えば、測定点をショット領域ＳＡ内全体に格子状に配置すれば、パターンＰＩの走査方向や、走査方向と略直交する非走査方向など、任意の方向の線幅分布を得ることができる。これにより、走査方向の線幅に異常が発生している場合には、走査位置における走査速度、走査位置における露光用光源の駆動状態、走査位置における焦点位置等を補正して、走査方向の線幅異常を効果的に改善することができる。例えば、露光処理の際に、線幅が細い位置では走査速度を下げ、太い位置では走査速度を上げるように補正し、または、線幅が細い位置では露光用光源２１や照明光学系２２を制御して露光量を減らし、太い位置では露光量を増やすように補正することで、走査方向の線幅異常を改善させることができる。また、非走査方向の線幅に異常が発生している場合には、投影光学系ＰＬの光学特性、非走査方向における露光光の光強度分布等を補正して、非走査方向の線幅異常を効果的に改善することができる。例えば、線幅が細い位置の露光光を弱く、線幅が太い位置の露光光を強くするように露光光の強度分布を変化させて露光処理を行う、または、投影光学系ＰＬの先玉補正機構を動作することにより投影光学系ＰＬの収差を変化させて露光処理を行うことで、非走査方向の線幅異常を改善させることができる。
【００３０】
また、線幅測定器１２から得られる線幅情報としては、例えば図４に示すような線幅分布に関する情報をも得ることができる。ここで、図４は、線幅測定器１２により得られるショット領域ＳＡ内のパターンＰＩの線幅分布を示す模式図であり、Ｘ，Ｙ方向に延びた格子線の各交点がそれぞれ線幅測定点である。この線幅分布に関する情報により、例えば図４に示すように、走査方向の線幅分布が波打っているように変化している場合には、露光処理の走査の際に、その線幅分布に対応するようにレチクルＲのパターンＰＡの結像位置をデフォーカスさせる（例えば、Ｚステージ３２を波打つように駆動させる）ことにより走査方向の線幅分布を改善させることができる。また、非走査方向の線幅分布がショット領域ＳＡの中央部では線幅が太く、周縁部では細くなっている場合には、その分布に対応してショット領域ＳＡに照射する露光光の照度分布を、中央部が暗く、周縁部が明るい照度分布に変えて露光処理することにより、非走査方向の線幅分布を改善させることができる。
【００３１】
そして、補正装置１３では、線幅測定器１２から線幅情報を得るとともに、露光装置１１の記憶部３７から、その線幅情報に対応するショット領域ＳＡの走査方向の正逆情報を得ることができる。ここで、図５および図６は、ウエハＷの露光処理時の走査方向およびステップ方向を表す模式図である。通常、図５に示すように、ウエハＷの各ショット領域ＳＡの露光処理では、隣接するショット領域ＳＡにステップ移動する毎に走査方向を反転させながら、順次、露光処理を行うようにしているが、その走査方向の正方向、逆方向の違いにより線幅分布が異なる場合がある。その原因としては、例えばウエハステージ２９とレチクルステージ２４の同期精度が正方向と逆方向で異なる等が考えられる。このように走査方向の正逆により線幅分布が異なる場合には、露光処理するショット領域ＳＡの走査方向の正逆を区別して露光条件パタメータを補正することにより、正方向と逆方向との線幅分布を略均一にすることが可能となる。すなわち、補正装置１３は、次の露光ショットの正逆方向に対応して、正逆情報に基づいて先のショット領域ＳＡの線幅情報のうちから同じ走査方向のショット領域ＳＡの線幅情報を選択し、その線幅情報に基づいて露光条件パラメータを補正するようにする。これにより、露光処理時の走査方向の正逆の違いにより線幅分布が異なる状態を回避することができる。
【００３２】
また、補正装置１３は、線幅測定器１２から線幅情報を得る際に、同時に露光装置１１の記憶部３７から、その線幅情報に対応するショット領域ＳＡのウエハＷにおける座標情報を得ることができる。通常、図５に示すように、ウエハＷの露光処理では、隣接するショット領域ＳＡにステップ移動することを繰り返して露光処理を行うが、そのショット領域ＳＡのウエハＷ上における座標（ウエハＷ内での位置）により線幅が異なる場合がある。その原因としては、例えば、ウエハＷに反りやひずみに起因してフォーカスがずれる位置が発生する等が考えられる。このようにショット領域ＳＡの座標により線幅が異なる場合には、ショット領域ＳＡの座標を区別してフォーカス位置や露光量などの露光条件パタメータを補正することにより、ウエハＷ内のショット領域ＳＡの線幅を略均一にすることが可能となる。すなわち、補正装置１３は、ショット領域ＳＡの座標情報に基づいて先のショット領域ＳＡの線幅情報のそれぞれを次のウエハＷの複数のショット領域ＳＡのそれぞれに対応させ、各線幅情報に基づいて露光条件パラメータを補正するようにする。
【００３３】
また、次のショット領域ＳＡの座標に応じて、走査方向を変化させてもよい。通常は、図５に示すように、走査方向の正逆を順次変えながらステップ移動して露光処理を行うが、例えば、ウエハＷの周縁部では常に露光光の照明範囲がウエハＷの内側から外側へ移動するように走査して露光処理させることも可能である。更に、露光するショット領域ＳＡの順番を変更させてもよい。通常は、図５に示すようにウエハを横切るように順次ステップ移動しながら露光処理を行うが、図６のようにウエハＷの中心部から外側に向かってステップ移動させて露光処理を行うことも可能である。このように、ショット領域ＳＡの座標により走査方向やステップ移動方向等の露光条件を変更することで、例えば、ショット領域ＳＡの一部が欠けているエッジショット領域（図６参照）のように線幅異常が発生しやすいショット領域ＳＡであっても適切な線幅を確保することが可能となり、ショット領域ＳＡの座標の違いにより線幅が異なる状態を回避することができる。また、線幅測定器１２は、パターンＰＩの線幅情報として、走査方向に延びるパターン（縦パターン）ＰＩと非走査方向に延びるパターン（横パターン）ＰＩとを区別して、ショット領域ＳＡ内の複数点で測定することもできる。そして、ショット領域ＳＡ内の縦パターンＰＩと横パターンＰＩの線幅差を補正するために、補正装置３８は、例えば、照明光学系２２内の照明ＮＡ絞りの縦横径の比をスキャン位置に応じて変更する。
【００３４】
上述した補正装置１３は、露光装置１１の外部に設けたが、これに限らず内部に設ける場合もある。ここで、図７は、本発明に係る露光装置５０の要部を示す概念図である。補正部（補正装置）５４を主制御系５１の内部に設けたものである。露光装置５０は、露光装置１１の主制御系３５を除いて露光装置１１と同一の構成と機能を備え、主制御系３５に替えて主制御系５１を備える。そして、主制御系５１は、露光装置５０を統括的に制御する制御部５２と、露光条件パラメータや履歴情報等の様々な情報を記憶する記憶部（記憶装置）５３と、露光条件パラメータ等を補正する補正部５４と、外部から各種情報を入力する入力部（入力装置）５５とを有する。制御部５２は、図２に示す制御部３６と同一の機能を備え、同様に動作する。記憶部５３は、図２に示す記憶部３７と図１に示す記憶部４２の機能を同時に備えるものであり、記憶部３７及び記憶部４２と同様に動作する。補正部５４は、図１に示す判断部４３と同一の機能を有し、同様に動作する。また、入力部５５は、外部から線幅情報等の各種情報が入力でき、その情報を記憶部５３ないし補正部５４に伝送する。なお、線幅測定器１２は、スキャテロメトリ技術を用いる場合に限らず、ＳＥＭ等でもよい。更に、入力部５５を通信ネットワーク１４に接続する場合に限らず、入力部５５としてキーボード等を用意し、作業者が各種情報を手動で入力できるようにしてもよい。
【００３５】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
【００３６】
露光条件パラメータの変更は、線幅情報をフィードバックする場合に限らず、線幅の変化を蓄積された過去の線幅情報のデータから予想して露光条件パラメータを変更するフィードフォワード制御としてもよい。露光条件パラメータの補正のみに限らず、装置パラメータを補正することも可能である。
【００３７】
パターン形成板に形成されるパターンの数や配置位置、及び形状は任意に定めてよい。
【００３８】
また、本発明が適用される露光装置として、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置を用いてもよい。
【００３９】
また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。
【００４０】
また、露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００４１】
また、本発明が適用される露光装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用いずに直接基板上にパターンを形成する構成としてもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。
【００４２】
また、投影光学系としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（このとき、レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
【００４３】
また、ウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モータを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００４４】
また、ウエハステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００４５】
また、レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００４６】
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００４７】
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査工程等を経て製造される。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明は、露光システムとして、マスクのパターンを基板に露光する露光装置と、露光装置とインライン化されており、かつ基板に形成されたパターンの線幅情報をスキャテロメトリ技術を用いて測定する線幅測定器と、線幅測定器からのデータを用いて露光装置の露光条件パラメータを補正する補正装置とを有するようにした。このため、スキャテロメトリ技術を用いた線幅測定器により基板の線幅情報を測定するので、非破壊で迅速な測定と、露光装置とのインライン化とが可能となり、露光処理した略全ての基板について線幅測定を行うことができる。したがって、線幅の異常の発生に即時に対応して露光装置の露光条件パラメータを補正することが可能となり、適切な線幅の管理を行うことができる。また、ＳＥＭ等と比較して安価な線幅測定器を用いることで、設備費を低く抑えることができる。
【００４９】
第２の発明は、マスクと基板とを走査してマスクのパターンを基板に形成された複数のショット領域に順次露光する走査型露光装置において、既に露光処理された第１基板のショット領域内に形成されたパターンの線幅情報をショット領域内の複数点において測定する線幅測定器から線幅情報を入力するための入力装置と、入力された線幅情報に基づいて、これから露光する第２基板上のショット領域内の位置に応じて、パターンの線幅に関係する露光条件パラメータを補正する補正装置とを有するようにした。このため、入力装置によって、基板のショット領域内に形成されたパターンの線幅情報をショット領域内の複数点において取得できるので、ショット領域内の位置に応じて線幅の管理を行うことが可能となる。このことにより、例えば、基板の各ショット領域内に形成されたパターンの中央部の線幅が太く、周縁部の線幅が細くなった分布状態が発生していた場合に、その分布状態を改善するように露光条件パラメータ補正することでショット領域内のパターンの線幅を一定にすることが可能となる。
【００５０】
また、線幅測定器が、スキャテロメトリ技術を用いて測定を行うようにしたので、非破壊で迅速な測定と、インライン化、低コスト化が容易に可能となる。また、補正装置が、露光条件パラメータの変更と線幅情報の変化とに関する相関情報を記憶する記憶装置を有し、相関関係に基づいて露光条件パラメータを補正するようにしたので、露光条件パラメータを変更させた際の線幅情報の変化が予想可能となり、適切な線幅の管理が可能となる。また、線幅情報が、第１基板の走査方向及び走査方法に直交する非走査方向のうち少なくとも一方の線幅分布に関する情報であり、補正装置は、第２基板の走査方向及び該走査方向に直交する非走査方向のうち少なくとも一方における線幅分布を変えるように露光条件パラメータを補正するようにしたので、ショット領域内のパターンの線幅を全体的に均一にすることが可能となる。また、補正装置が、走査方向の線幅に関係する露光条件パラメータとして、第２基板の走査位置に応じて第２基板の走査速度、第２基板に照射される露光光の照度又はパルス数、第２基板の走査位置における焦点位置、のうちいずれか１つ以上を補正するようにしたので、これら走査方向の線幅変化に影響が大きい事項を補正させて走査方向の線幅を適切に管理することが可能となる。また、補正装置が、非走査方向の線幅に関係する露光条件パラメータとして、マスクのパターンを第２基板に投影する投影光学系の光学特性、第２基板上に照射される露光光の非走査方向における光強度分布、のうちいずれか１つ以上を補正するようにしたので、これら非走査方向の線幅変化に影響が大きい事項を補正させて非走査方向の線幅を適切に管理することが可能となる。
【００５１】
また、入力装置に、基板のショット領域の線幅情報とともにショット領域の走査方向の正方向及び正方向とは逆向きの逆方向のうちいずれかの正逆情報が入力され、補正装置が、第２基板の露光処理時の走査方向に対応して、正逆情報に基づいて同じ走査方向のショット領域の線幅情報を選択し、選択された線幅情報に基づいて露光条件パラメータを補正するようにしたので、走査方向の正逆を区別して線幅を管理することが可能となり、走査方向の違いにより線幅が異なる状態を回避することができる。また、入力装置に、第１基板の複数のショット領域についてそれぞれの線幅情報とともにショット領域の位置に対応した座標情報が入力され、補正装置が、座標情報に基づいて第１基板のショット領域の線幅情報のそれぞれを第２基板の複数のショット領域のそれぞれに対応させ、各線幅情報に基づいて露光条件パラメータを補正するようにしたので、各ショット領域の位置を区別して線幅を管理することが可能となり、ショット領域の位置の違いにより線幅が異なる状態を回避することができる。
【００５２】
第３の発明は、マスクと基板とを走査してマスクのパターンを基板に形成された複数のショット領域に順次露光する露光方法において、既に露光処理された第１基板のショット領域内の複数点において測定されたパターンの線幅情報に基づいて、これから露光する第２基板上のショット領域内の位置に応じて、パターンの線幅に関係する露光条件パラメータを補正して、パターンを第２基板上のショット領域に露光するようにした。このため、ショット領域内の線幅の状態に適した露光条件で露光処理することにより線幅の均一化を図り、パターンの断線や短絡の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る露光システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】本発明に係る露光装置の要部を示す概念図である。
【図３】本発明に係る露光システム及び露光装置の動作を示すフローチャート図である。
【図４】線幅測定器により得られるショット領域内のパターンの線幅分布を示す模式図である。
【図５】ウエハの露光処理時の走査方向およびステップ方向を示す模式図である。
【図６】ウエハの露光処理時の走査方向およびステップ方向を示す模式図である。
【図７】本発明に係る露光装置の要部を示す概念図である。
【符号の説明】
１０  露光システム
１１、５０  露光装置
１２  線幅測定器
１３  補正装置
３８  入出力部（入力装置）
４２、５３  記憶部（記憶装置）
５４  補正部（補正装置）
５５  入力部（入力装置）
Ｗ  ウエハ（基板）
Ｒ  レチクル（マスク）
ＰＡ、ＰＩ  パターン
ＳＡ  ショット領域
【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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