(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理工程モニター装置において、
基板に形成されたパターンに光束を照射する光束入射手段と、
前記パターンからの前記光束を受光する受光手段と、
前記受光手段からの信号を用いて前記光束の変化を検出する検出手段と、
前記検出手段の結果に基づいて前記パターンの形成状態を求める手段と、
前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の前記パターンの形成状態の結果を記憶し、比較する処理手段と、を有することを特徴とする基板処理工程モニター装置。
【請求項２】
前記光束の変化は、前記光束の偏光状態の変化であることを特徴とする請求項１の基板処理工程モニター装置。
【請求項３】
前記光束の変化は、前記光束の強度の変化であることを特徴とする請求項１の基板処理工程モニター装置。
【請求項４】
前記処理手段は、該比較した結果に基づいて前記基板処理工程の異常を判定することを特徴とする請求項１の基板処理工程モニター装置。
【請求項５】
前記処理手段は、前記光束の変化が予め決められた範囲であるかどうか判定して該パターンの形成状態の良否を求めることを特徴とする請求項１の基板処理工程モニター装置。
【請求項６】
前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の該パターンの形成状態の良否を求める際、前記予め決められた範囲が異なることを特徴とする請求項５の基板処理工程モニター装置。
【請求項７】
前記基板には前記パターンが複数形成されており、前記処理手段は、各パターン毎に前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の各パターンの形成状態の結果を記憶し、比較することを特徴とする請求項１の基板処理工程モニター装置。
【請求項８】
前記基板処理工程は、現像処理工程もしくはエッチング処理工程もしくはアッシング処理工程であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項の基板処理工程モニター装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項の基板処理工程モニター装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１０】
基板処理工程モニター方法において、
基板に形成された周期的パターンに光束を照射する工程と、
受光手段により、前記パターンからの前記光束を受光する工程と、
前記受光手段からの信号を用いて前記光束の変化を検出する工程と、
前記検出工程の結果に基づいて前記パターンの形成状態を求める工程と、
前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の前記パターンの形成状態の結果を記憶し、比較する処理工程とを有することを特徴とする基板処理工程モニター方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理工程モニター装置及びそれを用いたデバイス製造方法に関し、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使用される処理装置の工程をモニターし、迅速に処理工程の異常を発見し、プロセス工程管理する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術としてマスク（レチクル）の回路パターン像を投影光学系（投影レンズ）により感光基板上に形成し、感光基板をステップ＆リピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）が種々と提案されている。
【０００３】
このステッパーにおいては、レチクル上の回路パターンを所定の縮小倍率を持った投影光学系を介してウエハ面上の所定の位置に縮小投影して転写を行い、１回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージを所定の量、移動して再び転写を行うステップを繰り返してウエハ全面の露光を行っている。
【０００４】
露光後のウエハは現像処理、エッチング、アッシング等の処理を経て初めてウエハの上に最終的なパターンが形成される。なお、この露光後の処理工程の条件によってウエハ上の最終的なパターンの形成状態は変化する。
【０００５】
デバイスの量産工場においてはこのパターンの形成状態が常に一定であることが望ましいが、様々な要因で処理工程などの条件が変化し、歩留まりを低下させることになる為、一定時間毎にプロセス工程のモニターを行い、管理することとなる。
【０００６】
このプロセスの管理は、直線状のパターンの線幅を光学顕微鏡や線幅測定装置で計測することが一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプロセス管理にはウエハ上に形成したパターンの線幅をＳＥＭ等で計測しているため、処理時間がかるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、例えば現像工程を管理する場合には、露光後の処理前のレジストの感光状態（潜像）及び現像処理後のＬ＆Ｓ等の感光パターンの形成状態を、入射した入射光束の変化、例えば反射光の強度の変化や偏光状態の変化を利用して測定し、その測定値の比較からパターン形成状態の変化を発見し、異常が現像工程で発生しているかそれ以前に発生したかを分離発見することでより確実で迅速にプロセスを管理することができ、高集積度のパターンが容易に得られる基板処理工程モニター装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板処理工程モニター装置のある形態は、基板に形成された周期的パターンに光束を照射する光束入射手段と、前記パターンからの前記光束を受光する受光手段と、前記受光手段からの信号を用いて前記光束の変化を検出する検出手段と、前記検出手段の結果に基づいて前記パターンの形成状態を求める手段と、前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の前記パターンの形成状態の結果を記憶し、比較する処理手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
前記光束の変化は、前記光束の偏光状態の変化であることを特徴とする。
【００１１】
前記光束の変化は、前記光束の強度の変化であることを特徴とする。
【００１２】
前記処理手段は、該比較した結果に基づいて前記基板処理工程の異常を判定することを特徴とする。
【００１３】
前記処理手段は、前記光束の変化が予め決められた範囲であるかどうか判定して該パターンの形成状態の良否を求めることを特徴とする。
【００１４】
前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の該パターンの形成状態の良否を求める際、前記予め決められた範囲が異なることを特徴とする。
【００１５】
前記基板には前記パターンが複数形成されており、前記処理手段は、各パターン毎に前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の各パターンの形成状態の結果を記憶し、比較することを特徴とする。
【００１６】
前記基板処理工程は、現像処理工程もしくはエッチング処理工程もしくはアッシング処理工程であることを特徴とする。
【００１７】
本発明のデバイス製造方法のある形態は、上記基板処理工程モニター装置を用いてデバイスを製造することを特徴とする。
【００１８】
本発明の基板処理工程モニター方法のある形態は、基板に形成された周期的パターンに光束を照射するする工程と、受光手段により前記パターンからの前記光束を受光する工程と、前記受光手段からの信号を用いて前記光束の変化を検出する工程と、前記検出工程の結果に基づいて前記パターンの形成状態を求める工程と、前記基板の基板処理工程の前と基板処理工程の後の前記パターンの形成状態の結果を記憶し、比較する処理工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
まず本発明において基板に形成されたパターンを測定するときの測定方法の特徴について説明する。
【００２８】
本発明ではパターンの形状の変化に伴ってパターンの屈折率平均値あるいは実効値が変化する原理を利用している。
【００２９】
そこで本発明においては、レチクル（Ｒ）に例えば一方向に周期を持つＬ＆Ｓの工程管理用のパターンを形成したマスクを用いて、その基準パターンの像をウエハ（Ｗ）上に順次露光している。
【００３０】
そして、この露光によりできたウエハ上のレジスト内の潜像（露光により化学変化等を起こして屈折率が変化した部分で構成した像）もしくは現像工程後の凹凸パターンに対し、光束入射手段より入射光束を照射し、該パターンからの信号光束を受光手段で受光している。受光手段からの信号を用いて入射光束の変化（入射光束の偏光状態の変化や強度の変化等）を検出し、入射条件に対応した光束の変化の検出によってパターンの形成状態を処理手段で求めている。
【００３１】
次に光束の変化として入射光束の偏光状態の変化を用い、ウエハ上のレジストパターンを測定する場合を例にとり説明する。
【００３２】
パターンに対し、所定の波長と所定の偏光状態を持つ光束を所定の入射角でレジストに入射させている。その光束がレジスト内を透過し、ウエハ基板上で反射し、さらにレジストを再び透過して出射してきた光束、及びレジスト表面で直接反射した光束とが合波してできた光束の偏光状態を測定する。
【００３３】
凹凸パターン位相型回折格子に対し、そのピッチ以上の波長では回折光を生じず、複屈折特性をもつことが知られている。
【００３４】
本発明の実施形態では反射光を検出する場合を中心に示すが、レジストパターンのピッチが波長より大きいときは回折光を生じ、この回折光でも同様の測定ができる。
【００３５】
次に本発明で用いている偏光解析法について説明する。
【００３６】
今、格子厚をｄ、デューティ比（周期に対する残存レジスト部分の比）をｔとし、周期以上の波長を持つレーザー光が複屈折素子に垂直に入射したと仮定する。このとき、入射光の偏光状態が格子の溝に平行であるか垂直であるかによって複屈折素子の周期構造部分での屈折率ｎ‖、ｎ⊥は、それぞれ次式で与えられることが知られている（光学の原理ＩＩＩ：ボルン・ウォルフ著）。今、格子の溝に平行な光に対する屈折率をｎ‖、垂直な光に対する屈折率をｎ⊥とすると、
【００３７】
【外１】
0003927629.tif 000002
ここでｎ1、ｎ2はそれぞれ格子のＬ（ライン部分）とＳ（スペース相当部分）の屈折率である。ライン部分Ｌとスペース部分Ｓは、レジストの潜像の場合、Ｌがレジスト、Ｓが露光されたレジストであり、レジストを現像した場合、ＬがレジストでＳが空気等の気体である。
【００３８】
また上記屈折率の式は周期構造の周期が波長に対して十分小さい場合の近似式であり、厳密に電界を計算することで周期が波長同等の場合や、周期構造以外の屈折率も計算できる。
【００３９】
偏光解析のモデルはウエハ基板上の所定の厚みの複屈折媒質の複屈折率を測定することに相当する。偏光解析法とは、このウエハ基板上に、Ｐ／Ｓ（Ｐ偏光／Ｓ偏光）の位相差０、振幅比１の直線偏光光を所定の角度θで入射させ、その反射光の位相差（Δ）と振幅比（ψ）を測定し、予め測定したライン部分Ｌとスペース部分Ｓの屈折率ｎ1、ｎ2及びレジスト厚ｄを用いて、ｎ‖、ｎ⊥を求めることができるものである。この偏光解析法により求まったｎ‖、ｎ⊥の値から、上記式や厳密に解いた式を用いてデューティｔを求めている。またこの偏光解析法は公知であるので詳細は省略する。
【００４０】
入射光束の条件（入射角、パターン方向に対する方位角、波長）についてはレジストの屈折率や、膜厚、パターンの形状などで最適な条件が異なる。現像レジストパターンの測定と、潜像レジストパターンの測定とでも条件は異なる。更に潜像の場合、被露光部と未露光部との屈折率差が小さいため、露光条件の微小な変化でパターンの形状に発生する微小な変化を光束の微小な違いで分解検出するためにはパターンの形成条件によって光束の変化が大きい入射条件で測定している。
【００４１】
本発明の一実施形態はＬ＆Ｓのパターンを形成した感光基板をまず現像処理工程前に測定し、現像処理工程後にも測定した結果と比較して、パターンの不均一性や所定の形状のパターンを形成していないウエハが発生したときに原因が現像処理工程であるかを検出する。
【００４２】
（実施例１）
本発明の実施形態を図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態１の要部概略図、図２はパターンの一例の説明図である。
【００４３】
本実施形態は感光パターンを介した入射光束の変化として偏光状態の変化を利用した場合で、露光工程と現像工程の異常を分離検出するものである。
【００４４】
図２はレチクル面上の基準パターン(以下「パターン」という）２０１ｐの説明図である。パターン２０１ｐはライン（Ｌ）とスペース（Ｓ）より成るＬ＆Ｓのパターン２０２、２０３を互いに直交させて構成している。
【００４５】
本実施形態ではレチクル上に描画されたＬ＆Ｓのパターン２０２、２０３より成るパターン２０１ｐをステップ＆リピート方式でレジストを塗布したウエハ１０６上に順次露光していく。
【００４６】
図３は、レジストの断面の説明図である。露光後のウエハ１０６上のレジストは図３に示すようにレジスト内に潜像を形成する。潜像は露光光によってレジストが化学変化等で性質が変化して構成されたもので、この斜線で示した部分が露光した部分であり、一般的に屈折率が変化している。図３の３０５は露光量、フォーカス量（投影レンズ光軸方向のウエハの位置）等が最適化されている時の潜像で、デューティが0.5であるパターンが形成されている。たとえば露光量が変動した場合、露光量が適正値より少ない場合は３０４のようなデューティが0.5以下の潜像パターンが形成される。一方、露光量が適正値より多い場合は３０６のようにデューティが0.5以上の潜像パターンが形成される。
【００４７】
また露光時のフォーカス量が変動したときは３０２や３０８のようにパターンの側壁の傾斜が変化する。
【００４８】
露光装置の露光条件を最適化し、一定に維持しながら露光を行えばこれらの複数のパターンは一定の形状をしている。しかし、この段階で露光装置に異常があった場合、これらの複数の潜像は形状が異なり、パターンの形成状態を測定した結果は異なる。
【００４９】
次に偏光状態変化の検出によるパターン測定を図１により説明する。
【００５０】
光源部１０１、受光部１０２、ドライバー１０３、偏光処理装置１０４そしてＣＰＵ１０９で構成される偏光解析法を利用した工程モニター装置により入射光に対する反射光の振幅比ψと位相差Δを測定し、パターンの形成状態を判定する。
【００５１】
図４は図１の光路を展開した説明図である。図１、図４において光源部（光束入射手段）１０１は光源１０１１（ＨｅＮｅレーザや半導体レーザばかりでなく分光器の単色光でも良い）と偏光素子１０１２（グラントムソン等）からなる。偏光素子１０１２はウエハ１０６に対し、Ｐ偏光成分（紙面に平行）とＳ偏光成分（紙面に垂直）が等量になるように紙面と偏光面が４５度になるように設置している。従ってこの光束Ｐ，Ｓの位相差Δは０で、振幅比ψは１である。
【００５２】
受光部（受光手段）１０２は、異方性の軸が光束１０５に直交したλ／４波長板１０２４、アナライザーであるところの偏光素子１０２２（グラントムソン等）、光電変換素子１０２１とを有している。更にλ／４板１０２４は光束１０５方向を回転軸とする回転機構１０２３内に保持され、ドライバー１０３の指令により一定速度で回転している。
【００５３】
今、光源部１０１からの射出光１０５がウエハ１０６上のレジスト表面とウエハ表面で反射し、その合波光束がウエハ１０６上のレジストの複屈折率ｎ1、ｎ2等に応じてＰ、Ｓ偏光の位相差Δと振幅比ψが変化する。
【００５４】
その光束を回転するλ／４板１０２４とアナライザー１０２２を通してディテクタ１０２１で検出し、偏光処理装置１０４は、位相差Δと振幅比ψに応じた正弦波の電気信号を得て、その振幅と直流成分の大きさ正弦波の位相情報から、上記Δ、ψを求めている。
【００５５】
以上のように偏光解析法を利用して、ＣＰＵ１０９は、予め測定されているレジストの未露光部分の屈折率ｎ1、被露光部分の屈折率ｎ2、レジストの厚みｄ、および基板の複素屈折率ｎsを与えられ、Ｌ＆Ｓのレジストパターンを複屈折構造体としてｎ⊥を求めている。
【００５６】
更にデューティｔ⊥をｎ⊥の値から以下の式で求めている。
【００５７】
ｔ⊥＝ｎ1**2・（ｎ2**2−ｎ⊥**2）
／（ｎ⊥**2・（ｎ2**2−ｎ1**2））
屈折率ｎ‖の値からデューティｔ‖は、
ｔ‖＝（ｎ‖**2−ｎ2**2）／（ｎ1**2−ｎ2**2）
となる。この２値を次のように平均化して精度を高めている。
【００５８】
ｔ１＝（ｔ⊥＋ｔ‖）／２
通常は以上でデューティｔを求めることができるが、レジストむらや下地の構造などによる測定値の変動がある場合もあるので図５の平面図に示すように前記ｘ方向からの偏光解析測定に対し、それに直交した、つまりｙ方向からの第２の偏光解析装置を構成し、第１の偏光解析装置（１０１、１０２）が測定した測定点と略同一点を同時に測定することにより以下のようにして精度向上を図っている。
【００５９】
この場合もデューティｔ１を求めたときと同様に
ｔ２＝（ｔ⊥＋ｔ‖）／２
となり、前述したデューティｔ１を使って、
ｔ＝（ｔ１＋ｔ２）／２
と平均化することにより、更にデューティtの測定精度を高めている。
【００６０】
潜像のパターン測定の精度をあげるためには所望のパターンを形成したＬ＆Ｓの偏光解析によって得られたデューティと、そのサンプルを現像しＳＥＭで測定した値を比較することにより、偏光解析法で発生する下地の構造等で発生するデューティのオフセットを計り、以降の測定ではこのオフセット値を差し引いた値を補正された正しい測定値とする。現像後のパターンも偏光解析のデューティとによって測定した値を比較することでプロセスに依存するオフセットを除去できる。このＳＥＭとの比較はプロセス等の条件がかわる最初に一度だけすれば良く、以後はＳＥＭは必要としない。
【００６１】
次に上記偏光状態変化の検出を用いた工程モニター装置の処理を図６を用いて説明する。
【００６２】
図６は現像工程モニターの処理のフローチャートである。
【００６３】
まず露光工程６０１後のウエハが工程モニターに搬送され、６０２では、潜像の状態で前述のとおり、偏光処理装置１０４によって位相差Δと振幅比ψを検出し、検出された位相差Δと振幅比ψに基づいてＣＰＵ１０９はパターンの形成状態を測定する。６０３では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されていることを判定する。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、６０４で不良パターンを形成しているショットをＥとしてメモリーする。６１５がウエハ上の不良ショットの位置をＥで示している。すべてのパターンが許容範囲内の形成状態である場合は、直接現像工程６０５にウエハを搬送し、不良ショットがある場合も６０４の後に現像工程６０５にウエハを搬送する。
【００６４】
現像工程６０５を経たウエハは再度工程モニターに搬送され、６０６にてウエハ上の複数のパターンの測定を行う。ここでは現像後のレジストパターンの形成状態を測定するため、潜像パターンの測定時とは測定条件（入射角、入射波長等）や形成状態決定に要する定数（屈折率、厚さ等）が異なる。測定の手法は前述と同様であり、現像の場合はＬ＆ＳパターンのＳ部分が空気等の気体の屈折率となる。６０７では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されていることを判定する。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、６０８で不良パターンを形成しているショットをＤとしてメモリーする。６１６がウエハ上の現像工程で発生した不良ショットの位置をＤで示している。すべてのパターンが許容範囲内の形成状態である場合は、現像工程後も異常がなくパターンが形成されているとして直接次の工程６１１にウエハを搬送する。
【００６５】
不良ショットがある場合は６０９へ進み、ＣＰＵ１０９は、現像工程前のパターンの不均一性をメモリーしたＥのショットの位置と現像工程後のパターンの不均一性をメモリーしたＤのショットの位置を比較する。一致すれば不均一性、即ち異常パターンの形成は露光工程のみに原因があるため、６１２で露光工程に異常があると判定し、作業者に警報で知らせる。また、一致しない場合には６１０においてＥのショットがあったかどうかを確認し、Ｅがあった場合は露光工程でも現像工程でも均一なショットを得られない原因があるとして両方異常であると判定し、警報にて作業者に知らせる。Ｅがなかった場合は現像工程のみで異常が発生していると判定し、現像工程異常の警報で作業者に知らせる。
【００６６】
本実施形態では以上のようにしてパターン形成に異常がある場合にそれが露光工程の以上で発生したものか、現像工程で発生したものかを図６のように分離して検出している。またそれぞれの工程で異常が発生したときにすぐに作業者が対処できるように警報によって知らせるシステムとなっている。
【００６７】
次にパターン測定の際の許容範囲を図７を用いて説明する。これは本実施形態の工程モニターの初期データとして予め工程モニターが有するデータを作成する方法の一つである。図７は１枚のウエハに露光量を一方向に、フォーカス量をそれと直交する方向のショットで順次微小に変化させて８×６個のショット露光をし、その８×６点の現像工程前の偏光解析結果をΔ−ψマップ上に表した例である。例えば、ライン７１０上の測定点は露光量が一定でフォーカスが変化しているものであり、一方ライン７０１上の測定点は逆にフォーカスが一定で露光量が変化している。
【００６８】
この８×６点に関して現像後に前述したようなＳＥＭ測定との対応をとることにより最適なデューティになっている範囲をこの現像工程前のΔ−ψのマップ上の四角枠ＡＸとして指定できる。同様に現像後の偏光解析結果とＳＥＭ測定との対応をとることにより最適なデューティになっている範囲をこの現像工程後のΔ−ψのマップ上の四角枠ＡＸとして指定もできる。当然のことであるが現像工程前後では、最適なデューティになっているΔ−ψのマップ上の四角枠は異なる。従って工程モニター装置のＣＰＵ１０９は、露光ショットを偏光解析法により測定し、Δ、ψがこの枠ＡＸに入れば、最適デューティを示しているとして許容範囲内であるとの判断を下す。このような最適なデューティになっているΔ−ψのマップ上の四角枠のデータを工程毎のデータとして予め装置の中に保持していることで、パターンを比較する際にデューティｔ等の値で比較せず、計算前のΔ、ψ等の測定データで直接比較して計算時間を省くことができる。
【００６９】
本実施形態では以上のようにして露光工程と現像工程に異常が発生した場合にどちらの工程で異常が発生したかを分離して早期に検出するため、デバイスの量産工程の歩留まりを向上させている。
【００７０】
（実施例２）
本発明の実施形態２はエッチング工程をモニターする実施例である。エッチング工程は現像されたレジストをマスクとして、基板が露出している部分を削り、レジストパターンを転写加工する工程である。
【００７１】
パターン測定の手法は実施形態１と同様である。ただし、エッチング後のパターンは基板のパターンに重なってレジストパターンが存在する為、複屈折膜が２層になり、更に基板がシリコン基板のように誘電体ではない場合、基板材質による吸収があるため、偏光解析によるパターンの計算は複雑になる。エッチング工程ではレジストパターンの線幅が精度良く加工される為、エッチングの深さをモニターしたい場合もある。この場合、エッチング工程前に測定したレジストパターンの線幅、デューティ等が基板のパターンの線幅、デューティの値になっているためこれらを既知の値として、偏光解析によって基板パターンによる複屈折層の厚さを求めることでエッチング深さを正確に割り出すことができる。
【００７２】
図８は工程モニターの処理のフローチャートである。
【００７３】
まず現像工程８０１後のウエハが工程モニターに搬送され、８０２では、潜像の状態で前述のとおり、偏光処理装置１０４によって位相差Δと振幅比ψを検出し、検出された位相差Δと振幅比ψに基づいてＣＰＵ１０９はパターンの形成状態を測定する。８０３では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されていることを判定する。前述したように、検出された位相差Δと振幅比ψが最適なデューティになっているΔ−ψのマップ上の四角枠内にあるかどうか判定してもよい。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、８０４で不良パターンを形成しているショットをＥとしてメモリーする。８１５がウエハ上の不良ショットの位置をＥで示している。すべてのパターンが許容範囲内の形成状態である場合は、直接エッチング工程８０５にウエハを搬送し、不良ショットがある場合も８０４の後にエッチング工程８０５にウエハを搬送する。
【００７４】
エッチング工程８０５を経たウエハは再度工程モニターに搬送され、８０６にてウエハ上の複数のパターンの測定を行う。ここではエッチング後のレジストパターン及び基板パターンの形成状態を測定するため、レジストパターンの測定時とは測定条件（入射角、入射波長等）や形成状態決定に要する定数（屈折率、厚さ等）が異なる。測定の手法は前述と同様である。８０７では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されていることを判定する。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、８０８で不良パターンを形成しているショットをＤとしてメモリーする。８１６がウエハ上のエッチング工程で発生した不良ショットの位置をＤで示している。すべてのパターンが許容範囲内の形成状態である場合は、エッチング工程後も異常がなくパターンが形成されているとして直接次の工程８１１にウエハを搬送する。
【００７５】
不良ショットがある場合は８０９へ進み、ＣＰＵ１０９は、エッチング工程前のパターンの不均一性をメモリーしたＥのショットの位置とエッチング工程後のパターンの不均一性をメモリーしたＤのショットの位置を比較する。一致すれば不均一性、即ち異常パターンの形成は現像工程のみに原因があるため、８１２で現像工程に異常があると判定し、作業者に警報で知らせる。また、一致しない場合には８１０においてＥのショットがあったかどうかを判定し、Ｅがあった場合は現像工程でもエッチング工程でも均一なショットを得られない原因があるとして両方異常であると判定し、警報にて作業者に知らせる。Ｅがなかった場合はエッチング工程のみで異常が発生していると判定し、エッチング工程異常の警報で作業者に知らせる。
【００７６】
本実施形態では以上のようにしてパターン形成に異常がある場合にそれがエッチング工程以前で発生したものか、エッチング工程で発生したものかを図８のように分離して検出している。またそれぞれの工程で異常が発生したときにすぐに作業者が対処できるように警報によって知らせるシステムとなっている。このように異常発生を早期に検出する為、デバイスの量産工程の歩留まりを向上させている。
【００７７】
（実施例３）
本発明の実施形態３はアッシング工程をモニターする実施例である。アッシング工程はエッチング後にレジストを剥がし、基板パターンを露出させる、ごく単純なパターン形成としては最後となる工程である。
【００７８】
パターン測定の手法は実施形態１と同様である。
【００７９】
図９は工程モニターの処理のフローチャートである。
【００８０】
まずエッチング工程９０１後のウエハが工程モニターに搬送され、９０２でウエハの上のレジストと基板材質によるバターンを前述のとおりに偏光処理装置１０４によって位相差Δと振幅比ψを検出し、検出された位相差Δと振幅比ψに基づいてＣＰＵ１０９はパターンの形成状態を測定する。９０３では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されていることを確認する。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、９０４で不良パターンを形成しているショットをＥとしてメモリーする。９１５がウエハ上の不良ショットの位置をＥで示している。すべてのパターンが許容範囲内の形成状態である場合は、直接アッシング工程９０５にウエハを搬送し、不良ショットがある場合も９０４の後にアッシング工程９０５にウエハを搬送する。
【００８１】
アッシング工程９０５を経たウエハは再度工程モニターに搬送され、９０６にてウエハ上の複数のパターンの測定を行う。ここではアッシング後の基板パターンの形成状態を測定するため、レジストと基板材質によるパターンの測定時とは測定条件（入射角、入射波長等）や形成状態決定に要する定数（屈折率、厚さ等）が異なる。測定の手法は前述と同様である。９０７では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されていることを判定する。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、９０８で不良パターンを形成しているショットをＤとしてメモリーする。９１６がウエハ上のアッシング工程で発生した不良ショットの位置をＤで示している。すべてのパターンが許容範囲内の形成状態である場合は、アッシング工程後も異常がなくパターンが形成されているとして直接次の工程９１１にウエハを搬送する。
【００８２】
不良ショットがある場合は９０９へ進み、ＣＰＵＩ１０９がアッシング工程前のパターンの不均一性をメモリーしたＥのショットの位置とアッシング工程後のパターンの不均一性をメモリーしたＤのショットの位置を比較する。一致すれば不均一性、即ち異常パターンの形成はエッチング工程のみに原因があるため、９１２でエッチング工程に異常があると判定し、作業者に警報で知らせる。また、一致しない場合には９１０においてＥのショットがあったかどうかを判定し、Ｅがあった場合はエッチング工程でもアッシング工程でも均一なショットを得られない原因があると判定し両方異常であるとの警報にて作業者に知らせる。Ｅがなかった場合はアッシング工程のみで異常が発生していると判定しアッシング工程異常の警報で作業者に知らせる。
【００８３】
本実施形態では以上のようにしてパターン形成に異常がある場合にそれがアッシング工程以前で発生したものか、アッシング工程で発生したものかを図９のように分離して検出している。またそれぞれの工程で異常が発生したときにすぐに作業者が対処できるように警報によって知らせるシステムとなっている。このように異常発生を早期に検出する為、デバイスの量産工程の歩留まりを向上させている。
【００８４】
（実施例４）
本発明の実施形態４は工程モニターを汎用的にした実施例である。本実施形態によると予め測定条件、パターン形状の許容範囲等を入力しておくことでどの工程にも適応できるものである。図１０を用いて説明する。
【００８５】
図１０は工程モニターのフローチャートである。本実施形態においては任意の工程Ｂの前と後にパターン測定を行うことでＢ工程より前に異常が発生しているか、あるいはＢ工程で異常が発生しているかを分離して検出している。Ａ工程終了後、Ｂ工程の前にパターンの測定を行う。測定の手法は前述と同様で、入射光をパターンに入射し、その反射光の変化を検出することでパターンの形状を測定するものである。ここで、測定条件（入射角、入射波長等）や形成状態決定に要する定数（屈折率、厚さ等）は工程によって異なるため、予め保持しているＢ工程前の測定条件を用いて測定を行い、形成状態決定に要する定数も予め保持している値を用いる。
【００８６】
１００３では、ＣＰＵ１０９がウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されていることを判定する。もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、Ｂ工程より前に異常があると判定し、１００４でＢ前異常警報によって作業者に警報する。異常がない場合は、そのウエハはそのまま１００５のＢ工程に進む。
【００８７】
１００６で再度パターンを測定するが、この時も予め保持しているＢ工程後の測定条件及び定数を用いて測定を行う。１００７ではウエハ上の複数のパターンの測定の結果の比較から、ウエハ上の複数ショットのパターンが一様に、予め設定された許容範囲内の形状に形成されていることを判定する。
【００８８】
もし、パターンの形成状態が許容範囲外である場合、Ｂ工程で異常が発生していると判定し、１００８でＢ工程異常警報によって作業者に警報する。異常がない場合は、そのウエハはそのまま１００９のＣ工程に搬送される。
【００８９】
本実施形態の工程モニターは汎用的で、任意の工程を境に、その工程の前に異常が発生した場合とその工程で異常が発生した場合を分離して検出している。また、すべての工程の前後に測定を行うように本実施形態の工程モニターを用いることでどの工程で異常が発生したかを迅速に検出している。またそれぞれの工程で異常が発生したときにすぐに作業者が対処できるように警報によって知らせるシステムとなっている。このように異常発生を早期に検出する為、デバイスの量産工程の歩留まりを向上させている。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、露光によるレジストの感光状態（潜像）あるいは現像後のＬ＆Ｓ等の感光パターン、エッチング工程前後のパターン、アッシング工程前後のパターンの形成状態を入射光束の変化、例えば反射光の強度の変化や偏光状態の変化を利用して測定している。その測定値から予め設定された許容範囲内にあるかを確認することを任意の工程の前後で行い、許容範囲外であったときに警報することにより迅速に異常を発見することができ、しかも所望の工程の前後でパターン測定を行うことで異常がその工程より前に発生したものか、この工程で発生したものかを分離する。
【００９１】
高集積度のＩＣを量産する際に、異常の早期発見、原因の特定に役立ち、歩留まり良くＩＣを製作できる基板処理工程モニターを達成することができる。
【００９２】
特に従来のＳＥＭを用いる方法に比べて、迅速でウエハ破壊なく行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部断面図
【図２】測定用パターンの説明図
【図３】レジスト潜像の断面図
【図４】偏光解析法構成の説明図
【図５】本発明の実施形態１の平面図
【図６】本発明の実施形態１のフロー図
【図７】偏光解析装置によるパターン測定の許容範囲の説明図
【図８】本発明の実施形態２のフロー図
【図９】本発明の実施形態３のフロー図
【図１０】本発明の実施形態４のフロー図
【符号の説明】
１０１  偏光解析光源部
１０２  偏光解析受光部
１０３  回転ステージドライバー
１０４  偏光処理装置
１０５  光軸
１０６  ウエハ
１０８  フレーム
１０９  ＣＰＵ
【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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