(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸上にレチクル、光学レンズ、被投射ステージの順に配置し、制御部によるフォーカス条件の制御、露光条件の制御のもとに前記光学レンズを介して前記被投射ステージに置かれた所定厚のフォトレジストの表面に前記レチクルに形成されている設計パターンを投影して所定のフォトレジストパターンを形成する光露光装置において、前記制御部が、予め該装置により設定する露光条件及びフォーカス条件を変えて形成したパターンの複数箇所における測定寸法と、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と形成された前記複数箇所におけるパターン寸法との相関関係と、任意の近似計算式に前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件及びその条件において形成された前記パターン寸法をあてはめて算出される、前記複数箇所のパターン寸法と前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件との相関関係を示す複数の演算式と、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件における前記複数箇所のパターン寸法を前記各演算式にあてはめて近似算出した、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と実露光条件及び実フォーカス条件の相関関係と、をそれぞれ記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記パターン寸法、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と前記実露光条件及び前記実フォーカス条件との相関関係及び前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と前記パターン寸法の相関関係に基づき、前記パターン寸法が設計パターン寸法となるように前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件の修正値を算出する演算部とを備え、前記制御部から出力された前記修正値に基づいて、前記設定露光条件の値の修正を行い、次回以降の前記フォトレジストパターンの形成制御を行うことを特徴とする光露光装置。
【請求項２】
光学レンズを介して所定厚のフォトレジストの表面に設計パターンを投影し所定のフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターンの形成方法において、設定露光条件及びフォーカス条件を変えて形成したパターンの複数箇所の測定寸法と前記設定露露光条件及びフォーカス条件との相関関係と、任意の近似計算式に前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件及びその条件において形成された前記パターン寸法をあてはめて算出される、前記複数箇所のパターン寸法と前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件との相関関係を示す複数の演算式に、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件における前記複数箇所のパターン寸法をあてはめて近似算出した、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と実露光条件及び実フォーカス条件の相関関係とを予め求め、前記各相関関係に基づき、形成するパターン寸法が設計パターン寸法となるように設定露光条件及び設定フォーカス条件を修正して、修正した設定露光条件及び設定フォーカス条件により、フォトレジストパターンを形成することを特徴とするフォトレジストパターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置製造過程で用いられる光露光装置及びフォトレジストパターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、半導体装置には、搭載する機器や装置の小型化や高機能化等に対応して、同様に微細化、高集積化が求められ、その配線幅やピッチ等が非常に細かいものとなってきている。このため、半導体基板上にフォトレジスト膜を被着し、これに所定の回路等の設計パターンを描画し、現像して所定のレジストパターンを形成する過程での寸法や精度が非常に重要なものとなっている。そして、形成されたレジストパターンの寸法や精度は、露光条件（露光時間）やフォーカス条件（フォーカス値）によって大きく左右されるので、各条件の設定や管理が非常に重要なものとなっている。また、各条件は、微細なパターンであるほどマージンの少ない精度の厳しいものとなっている。
【０００３】
一方、量産過程では、例えば製造のロット毎に当初に光露光装置の各条件設定を行い、これを維持するようにして製造がなされている。そして、各条件の管理は、例えば１週間毎、１月毎の定期的な光露光装置の維持チェック行うことで、また出来上がった製品をチェックして、各条件の状況がどのようなものであったか確認することにより行われていた。
【０００４】
しかしながら上記の従来技術においては、製造工程での製造条件が振れたりして、もともとマージンの少ない露光条件やフォーカス条件が最適な条件から外れたとしても、形成された製品をチェックしてレジスト配線のオープンやショートなどといったトラブルの発生を確認することになるため、これらトラブルを低減し、製造歩留を向上させるには自ずと限界があった。このため、随時、露光条件やフォーカス条件の変動に対応して各条件の修正を行うことができるようにし、少なくとも製品ロットにリンクしての露光条件やフォーカス条件の管理を行えるようにして、トラブルの少ない安定した製品製造を行えるようにすることが、強く求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは製品ロットにリンクしての露光条件やフォーカス条件の管理を行えるようにして、トラブルの少ない安定した製品製造を行えるようにし、製造歩留を向上させることができる光露光装置及びフォトレジストパターンの形成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光露光装置及びフォトレジストパターンの形成方法は、光軸上にレチクル、光学レンズ、被投射ステージの順に配置し、制御部によるフォーカス条件の制御、露光条件の制御のもとに光学レンズを介して被投射ステージに置かれた所定厚のフォトレジストの表面に前記レチクルに形成されている設計パターンを投影して所定のフォトレジストパターンを形成する光露光装置において、制御部が、予め該装置により設定する露光条件及びフォーカス条件を変えて形成したパターンの複数箇所における測定寸法と、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と形成された前記複数箇所におけるパターン寸法との相関関係と、任意の近似計算式に前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件及びその条件において形成された前記パターン寸法をあてはめて算出される、前記複数箇所のパターン寸法と前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件との相関関係を示す複数の演算式と、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件における前記複数箇所のパターン寸法を前記各演算式にあてはめて近似算出した、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と実露光条件及び実フォーカス条件の相関関係と、をそれぞれ記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記パターン寸法、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と前記実露光条件及び前記実フォーカス条件との相関関係及び前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と前記パターン寸法の相関関係に基づき、前記パターン寸法が設計パターン寸法となるように前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件の修正値を算出する演算部とを備え、前記制御部から出力された前記修正値に基づいて、前記設定露光条件の値の修正を行い、次回以降のフォトレジストパターンの形成制御を行うことを特徴とするものであり、
また、光学レンズを介して所定厚のフォトレジストの表面に設計パターンを投影し所定のフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターンの形成方法において、設定露光条件及びフォーカス条件を変えて形成したパターンの複数箇所の測定寸法と前記設定露露光条件及びフォーカス条件との相関関係と、任意の近似計算式に前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件及びその条件において形成された前記パターン寸法をあてはめて算出される、前記複数箇所のパターン寸法と前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件との相関関係を示す複数の演算式に、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件における前記複数箇所のパターン寸法をあてはめて近似算出した、前記設定露光条件及び前記設定フォーカス条件と実露光条件及び実フォーカス条件の相関関係とを予め求め、前記各相関関係に基づき、形成するパターン寸法が設計パターン寸法となるように設定露光条件及び設定フォーカス条件を修正して、修正した設定露光条件及び設定フォーカス条件により、フォトレジストパターンを形成することを特徴とする方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を、図１乃至図７を参照して説明する。図１は光露光装置の概略構成を説明するために示す図であり、図２は露光時間及びフォーカス値に対する線パターンのフォトレジストパターンを示す断面図であり、図３は露光時間及びフォーカス値に対する線パターンのフォトレジストパターンを示す平面図であり、図４は露光時間と線幅寸法の関係を示す図であり、図５はフォーカス値と線幅寸法の関係を示す図であり、図６は設定露光時間と実露光時間の相関関係を示す図であり、図７は設定フォーカス値と実フォーカス値の相関関係を示す図である。
【０００８】
図１乃至図７において、光露光装置１は、光源２の光軸Ｌｚ上に、設計パターンが形成されたレチクル３、ビームスプリッタ４、光学レンズの縮小投影レンズ５、ウェハ６を順に載置するウェハステージ７が配置されて構成されており、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能に形成したウェハステージ７上にフォトレジスト膜が塗布されたウェハ６を載置し、ウェハ６の所定部位に縮小された設計パターンを投影して所定のフォトレジストパターンを形成する。そして、設計パターンを投影し所定のフォトレジストパターンを形成する際、制御部８によって、形成されたフォトレジストパターンの実寸法値と設定寸法値との差を算出し、その差に基づいてフォトレジスト膜に照射される光量の調節と、フォーカスの調節が行われるようになっている。
【０００９】
露光調節とフォーカス調節を行う制御部８は、実寸法入力部、露光に当たって設定された寸法や予め求めた露光条件（露光時間）及びフォーカス条件（フォーカス値）とこれに対応する寸法の関係、設定条件と実条件の相関等が記憶されている記憶部、入力された実寸法と設定寸法との差と予め求め記憶されている露光条件及びフォーカス条件とから新たな露光条件及びフォーカス条件とを算出する演算部、演算結果に基づく制御信号により次回以降の光量の調節と、フォーカスの調節を露光時間制御系、フォーカス値制御系によって行う出力部を備えている。
【００１０】
そして、制御部８で行う露光条件やフォーカス条件は、次のような知見に基づいて行われている。すなわち、例えば図２及び図３に示すように、フォトレジストによる線パターンを形成する場合に、露光条件を変化させるとフォーカス条件に関わらず、アンダー露光（−Ｅｘ）からセンター露光（±Ｅｘ）、さらにオーバー露光（＋Ｅｘ）の間でそれぞれ形成されたフォトレジストパターンの線幅寸法が、トップ幅（ｔ）、ボトム幅（ｂ）において共に、マイナスフォーカス（−Ｆｏ）、センターフォーカス（±Ｆｏ）、プラスフォーカス（＋Ｆｏ）で、それぞれ広幅（ｔ１１，ｂ１１），（ｔ１２，ｂ１２），（ｔ１３，ｂ１３）から中幅（ｔ２１，ｂ２１），（ｔ２２，ｂ２２），（ｔ２３，ｂ２３）、さらに挟幅（ｔ３１，ｂ３１），（ｔ３２，ｂ３２），（ｔ３３，ｂ３３）に変化する。
【００１１】
また逆に、フォーカス条件を変化させると露光条件に関わらずマイナスフォーカス（−Ｆｏ）からセンターフォーカス（±Ｆｏ）、さらにプラスフォーカス（＋Ｆｏ）の間でレジスト形状が変化する。この変化は、アンダー露光（−Ｅｘ）、センター露光（±Ｅｘ）、オーバー露光（＋Ｅｘ）で、マイナスフォーカス（−Ｆｏ）の場合は形成されたパターンのボトム幅（ｂ）とトップ幅（ｔ）の差（ｓ１１＝ｂ１１−ｔ１１），（ｓ２１＝ｂ２１−ｔ２１），（ｓ３１＝ｂ３１−ｔ３１）が、センターフォーカス（±Ｆｏ）の場合のボトム幅（ｂ）とトップ幅（ｔ）の差（ｓ１２＝ｂ１２−ｔ１２），（ｓ２２＝ｂ２２−ｔ２２），（ｓ３２＝ｂ３２−ｔ３２）よりも少なく、プラスフォーカス（＋Ｆｏ）の場合はセンターフォーカスの（±Ｆｏ）場合に比較してパターンのボトム幅（ｂ）とトップ幅（ｔ）の差（ｓ１３＝ｂ１３−ｔ１３），（ｓ２３＝ｂ２３−ｔ２３），（ｓ３３＝ｂ３３−ｔ３３）が多くなる。
【００１２】
こうしたことから、異なる形状寸法の線パターンの大寸法パターンボトムＡ、大寸法パターントップＢ、小寸法パターンボトムＣについて、露光時間（Ｅｎ）を種々変えて形成したフォトレジストパターンの各線幅寸法を測定し、また、フォーカス値（Ｆｎ）を種々変えて形成したフォトレジストパターンの各寸法を測定する。そして、これらの測定結果から露光時間（Ｅｎ）の変化に対するパターン幅の変化を得、フォーカス値（Ｆｎ）の変化に対するパターンのボトム幅（ｂ）とトップ幅（ｔ）の差（ｓ）の変化を得ることができる。
【００１３】
例えば各線パターンの線幅寸法のセンター値を、大寸法パターンボトムＡが３．９μｍ、大寸法パターントップＢが３．３μｍ、小寸法パターンボトムＣが０．５５μｍとした時の各測定値をグラフにまとめると、図４及び図５に示す通りとなる。これらの図によれば、露光時間（Ｅｎ）の変化及びフォーカス値（Ｆｎ）の変化に対し、形成された線パターンのフォトレジストパターンの線幅寸法は、ボトム幅（ｂ）、トップ幅（ｔ）は直線的に変化するものであり、また露光時間（Ｅｎ）の変化に対し、ボトム幅（ｂ）とトップ幅（ｔ）の差（ｓ）が略一定であるのに対し、フォーカス値（Ｆｎ）のプラス方向の変化に対しては、ボトム幅（ｂ）とトップ幅（ｔ）の差（ｓ）が、直線的に増加するものとなっている。なお、図５ではフォーカス値（Ｆｎ）のセンターフォーカス（±Ｆｏ）を「０」としている。
【００１４】
すなわち、形状の異なる線パターン（Ａ，Ｂ，Ｃ）について、ある露光条件（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…）と、あるフォーカス条件（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，…）とから形成された同一ショット内の各形状寸法のデータ（（ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，…）、（ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３，…）、（ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，…））を用いて、四次近似計算式
［Ｌ１＝（（Ｌ１ｆ０＋Ｌ１ｆ１＊Ｆ１＋Ｌ１ｆ２＊Ｆ２^２＋Ｌ１ｆ３＊Ｆ３^３＋Ｌ１ｆ４＊Ｆ４^４）＋（ＬＯＧ（Ｅ０／Ｅ）＊（Ｌ１ｅ０＋Ｌ１ｅ１＊Ｅ１＋Ｌ１ｅ２＊Ｅ２^２＋Ｌ１ｅ３＊Ｅ３^３＋Ｌ１ｅ４＊Ｅ４^４）））］、
［Ｌ２＝（（Ｌ２ｆ０＋Ｌ２ｆ１＊Ｆ１＋Ｌ２ｆ２＊Ｆ２^２＋Ｌ２ｆ３＊Ｆ３^３＋Ｌ２ｆ４＊Ｆ４^４）＋（ＬＯＧ（Ｅ０／Ｅ）＊（Ｌ２ｅ０＋Ｌ２ｅ１＊Ｅ１＋Ｌ２ｅ２＊Ｅ２^２＋Ｌ２ｅ３＊Ｅ３^３＋Ｌ２ｅ４＊Ｅ４^４）））］、
［Ｌ３＝（（Ｌ３ｆ０＋Ｌ３ｆ１＊Ｆ１＋Ｌ３ｆ２＊Ｆ２^２＋Ｌ３ｆ３＊Ｆ３^３＋Ｌ３ｆ４＊Ｆ４^４）＋（ＬＯＧ（Ｅ０／Ｅ）＊（Ｌ３ｅ０＋Ｌ３ｅ１＊Ｅ１＋Ｌ３ｅ２＊Ｅ２^２＋Ｌ３ｅ３＊Ｅ３^３＋Ｌ３ｅ４＊Ｅ４^４）））］、
でシュミレーションすることによって、最適な露光時間とフォーカス値を求めるための計算式（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）が算出される。
【００１５】
そして、得られた計算式（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を用い、この式に、ある設定した露光時間（Ｅｐ）とフォーカス値（Ｆｐ）によって形成されたフォトレジストパターンの線幅寸法（ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ）を当てはめ、最小自乗法（ＡＮＳ．＝Ｌ１'^２＋Ｌ２'^２＋Ｌ３'^２）によって求めることで、形成されたフォトレジストパターンの実際の露光時間（Ｅｑ）とフォーカス値（Ｆｑ）を算出することができる。こうして設定した露光時間（Ｅｐ）、フォーカス値（Ｆｐ）と、実際の露光時間（Ｅｑ）、フォーカス値（Ｆｑ）との相関が明確になる。
【００１６】
これにより、例えば図４に示した各測定値（Ｌｅ１ｎ，Ｌｅ２ｎ，Ｌｅ３ｎ）から、露光時間に係る四次近似計算式（ＥＸＰＯ式）
［Ｌｅｎ＝（ＬＯＧ（Ｅ０／Ｅ）＊（Ｌｎｅ０＋Ｌｎｅ１＊Ｅ１＋Ｌｎｅ２＊Ｅ２^２＋Ｌｎｅ３＊Ｅ３^３＋Ｌｎｅ４＊Ｅ４^４））］、
で計算式（Ｌｅ１，Ｌｅ２，Ｌｅ３）を割り出し、さらに、得られた計算式（Ｌｅ１，Ｌｅ２，Ｌｅ３）を用い、この式に各測定値を当てはめ、最小自乗法（露光［ＡＮＳ．］＝Ｌｅ１'^２＋Ｌｅ２'^２＋Ｌｅ３'^２）によって求めることで、実露光時間（Ｅａ（Ａｎｓ．））が得られる。そして、各測定値を得た露光時間（設定露光時間）と算出された実露光時間とにより、図６に示す相関グラフが得られる。
【００１７】
一方、例えば図５に示した各測定値（Ｌｆ１ｎ，Ｌｆ２ｎ，Ｌｆ３ｎ）から、フォーカス値に係る四次近似計算式（ＦＯＣＵＳ式）
［Ｌｆｎ＝（Ｌｎｆ０＋Ｌｎｆ１＊Ｆ１＋Ｌｎｆ２＊Ｆ２^２＋Ｌｎｆ３＊Ｆ３^３＋Ｌｎｆ４＊Ｆ４^４）］、
で計算式（Ｌｆ１，Ｌｆ２，Ｌｆ３）を割り出し、さらに、得られた計算式（Ｌｆ１，Ｌｆ２，Ｌｆ３）を用い、この式に各測定値を当てはめ、最小自乗法（フォーカス［ＡＮＳ．］＝Ｌｆ１'^２＋Ｌｆ２'^２＋Ｌｆ３'^２）によって求めることで、実フォーカス値（Ｆａ（Ａｎｓ．））が得られる。そして、各測定値を得たフォーカス値（設定フォーカス値）と算出された実フォーカス値とにより、図７に示す相関グラフが得られる。
【００１８】
こうして得た相関関係を用いることで、例えば図６の相関グラフによれば、設定露光時間（Ｅｐ）が６７５ｍｓの場合には、実露光時間（Ｅｑ）は６７９ｍｓとなり、また図７の相関グラフによれば、設定フォーカス値（Ｆｐ）が＋０．２５０μｍの場合には、実フォーカス値（Ｆｑ）が＋０．２４７μｍとなることが判明する。
【００１９】
以上のようにして、装置個々の所要のフォトレジストパターンを得るための最適な露光時間とフォーカス値を得るための演算式、及び算出された露光時間とフォーカス値の各相関関係等を制御部８の記憶部に予め設定し記憶させておく。そして、所要のフォトレジストパターンを形成するために設定記憶させた露光時間とフォーカス値、すなわち、設定露光時間と設定フォーカス値により、先ずフォトレジストパターンを形成する。得られたパターンの実寸法を制御部８の実寸法入力部にフィードバックする。これにより演算部で、例えば装置の露光変動やフォーカス変動による実寸法と設定寸法の差が算出され、算出結果や各寸法等のデータに基づいて最適露光条件、最適フォーカス条件への修正が、記憶部に記憶されている上記の演算式、相関グラフ等の相関関係を用い、出力部を通じて光源２の光量調節部や縮小投影レンズ５のフォーカシング部に加えられ、次回以降のフォトレジストパターンの形成制御が行われて最適条件が継続される。
【００２０】
この結果、常時、形成されたフォトレジストパターンの寸法に基づいて露光条件やフォーカス条件が最適なものとなるように修正することができ、形成過程に変動が生じてもすぐに対応することができることから、ばらつきが最小限に抑えられたフォトレジストパターンが得られる。また、このような修正が製品ロットにリンクして行えることから、安定した製品を作り出すことができ、製品歩留も向上する。
【００２１】
なお、上記の実施形態では四次近似計算式でシュミレーションすることによって、露光時間やフォーカス値を求めるための計算式を算出する等しているが、これに限るものではなく、二次近似計算式など任意の近似計算式を適宜に用いるようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、露光条件やフォーカス条件を常に最適なものとなるよう修正することができ、また製品ロットにリンクしての露光条件やフォーカス条件の管理を行え、トラブルの少ない安定した製品製造を行えると共に、製造歩留を向上させることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成を説明するために示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る露光時間及びフォーカス値に対する線パターンのフォトレジストパターンを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る露光時間及びフォーカス値に対する線パターンのフォトレジストパターンを示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る露光時間と線幅寸法の関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るフォーカス値と線幅寸法の関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る設定露光時間と実露光時間の相関関係を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る設定フォーカス値と実フォーカス値の相関関係を示す図である。
【符号の説明】
２…光源
３…レチクル
５…縮小投影レンズ
６…ウェハ
７…ウェハステージ
８…制御部
Ｌｚ…光軸
【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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