(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上のレジスト膜を露光し、前記レジスト膜を現像することによってデバイスパターン及びモニタパターンを形成し、前記デバイスパターンの寸法を前記モニタパターンに照射した光の回折光強度に基づいて評価する、パターン寸法評価方法であって、
デバイスマスクパターンとモニタマスクパターンとを具備するマスクを用いて１ショットで前記レジスト膜を露光し、前記デバイスマスクパターンと前記モニタマスクパターンを前記レジスト膜に転写するステップと、
露光された前記レジスト膜を現像することによって、前記デバイスパターン及び前記モニタパターンを形成するステップと、
前記現像中又は現像後に、所定の波長の平行光を前記モニタパターンに照射するステップと、
前記モニタパターンからの回折光強度を検出するステップと、
前記モニタパターンからの回折光強度に基づいて前記デバイスパターンの寸法を評価するステップと、
を具備し、
前記モニタマスクパターンは、円形又は多角形のパターンが二次元的に周期的に配置され、且つパターン間隔が使用する露光装置の解像限界以下になるように配置されることにより、前記現像中又は現像後に前記モニタパターン及び前記デバイスパターンに所定の波長の光が照射された場合の、前記モニタパターンの現像に伴う回折光強度の変化が、前記デバイスパターンの現像による寸法変化に対する回折光強度の変化よりも大きくなるように形成されることを特徴とするパターン寸法評価方法。
【請求項２】
前記モニタパターンからの回折光とデバイスパターンからの回折光とを分離して検出できるようにするために、前記モニタマスクパターンのピッチは前記デバイスマスクパターンのピッチとは異なることを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法評価方法。
【請求項３】
前記モニタパターンからの回折光とデバイスパターンからの回折光とを分離して検出できるようにするために、前記モニタマスクパターンの周期的なパターンの配列方向が前記デバイスマスクパターンの配列方向と異なることを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法評価方法。
【請求項４】
前記モニタパターンからの０次回折光または１次回折光の回折光強度に基づいてデバイスパターンの寸法の評価が行われることを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法評価方法。
【請求項５】
被処理基板上のレジスト膜を露光し、前記レジスト膜を現像することによってデバイスパターンを形成する、パターン形成方法であって、
デバイスマスクパターンとモニタマスクパターンとを具備するマスクを用いて１ショットで前記レジスト膜を露光し、前記デバイスマスクパターンと前記モニタマスクパターンを前記レジスト膜に転写するステップと、
露光された前記レジスト膜を現像することによって、デバイスパターン及びモニタパターンを形成するステップと、
前記現像中に所定の波長の平行光を前記モニタパターンに照射するステップと、
前記モニタパターンからの回折光強度を検出するステップと、
前記モニタパターンからの回折光強度に基づいて前記デバイスパターンの寸法を評価するステップと、
前記デバイスパターンの寸法評価の結果に基づいてデバイスパターンの現像時間を制御するステップと、
を具備し、
前記モニタマスクパターンは、円形又は多角形のパターンが二次元的に周期的に配置され、且つパターン間隔が使用する露光装置の解像限界以下になるように配置されることにより、前記現像中に前記モニタパターン及び前記デバイスパターンに所定の波長の光が照射された場合の、前記モニタパターンの現像に伴う回折光強度の変化が、前記デバイスパターンの現像による寸法変化に対する回折光強度の変化よりも大きくなるように形成されることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項６】
被処理基板上のレジスト膜を露光し、前記レジスト膜を現像することによってデバイスパターンを形成する、パターン形成方法であって、
デバイスマスクパターンとモニタマスクパターンとを具備するマスクを用いて１ショットで前記レジスト膜を露光し、前記デバイスマスクパターンと前記モニタマスクパターンを前記レジスト膜に転写するステップと、
露光された前記レジスト膜を現像することによって、デバイスパターン及びモニタパターンを形成するステップと、
前記現像中に所定の波長の平行光を前記モニタパターンに照射するステップと、
前記モニタパターンからの回折光強度を検出するステップと、
前記モニタパターンからの回折光強度に基づいて前記デバイスパターンの寸法を評価するステップと、
前記デバイスパターンの寸法評価の結果に基づいてデバイスパターンの現像時間を制御するステップと、
を具備し、
前記モニタマスクパターンは、円形又は多角形のパターンが二次元的に周期的に配置され、且つパターン間隔が使用する露光装置の解像限界以下になるように配置されることにより、前記現像中に前記モニタパターン及び前記デバイスパターンに所定の波長の光が照射された場合の、前記モニタパターンの現像に伴う回折光強度の変化が、前記デバイスパターンの現像による寸法変化に対する回折光強度の変化よりも大きくなるように形成され、
前記モニタパターンを形成するために用いられるマスクは、前記レジスト膜上に転写された際のピッチｐが、露光波長をλ、コヒーレントファクタをσ、０次回折光だけが基板上に到達することができる開口数をＮＡとしたとき、
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ、
の式によって定まる条件を満たすモニタマスクパターンを有し、
前記モニタマスクパターンの形成エリアにおける透過率を、前記デバイスパターンに対する現像の終了時点で前記モニタパターンの形成エリアのレジストが一部残るように設定することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項７】
前記モニタパターンを照明する平行光は、少なくとも二つの波長を有することを特徴とする請求項５又は６記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記モニタパターンを照明する平行光は、前記モニタパターンからの前記回折光強度が極大値及び極小値を有する波長を有し、前記回折光の極大値及び極小値に基づいて前記デバイスパターンの寸法評価を行うことを特徴とする請求項５又は６記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の作製における光リソグラフィのレジストパターン形成技術に係わり、特に現像中若しくは現像後のレジストパターンを評価するためのパターン寸法評価方法及びパターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハ上に集積回路パターンを形成するには、ウエハ上にレジストを塗布した後に該レジストに所望のパターンを露光し、さらに現像処理してレジストパターンを形成し、これをマスクにエッチング等の加工を行う。マスクとしてのレジストパターンには高い寸法精度が要求されるが、レジストパターンの寸法は現像時間により大きく変わる。このため、現像時間の制御が非常に重要である。
【０００３】
従来、現像時の寸法制御は、先行ウエハを露光し、現像した後、その寸法評価を行うことで最適現像時間を決め、全てのウエハの現像時間を一定として行ってきた。しかし、実際にはそれぞれのウエハの引き置き時間といったウエハ履歴が異なっているために、同一ロットを同一現像時間で現像を行うとウエハ間に寸法ばらつきが生じ、所望寸法で現像を終わらせることができない。
【０００４】
これまではこのような現像の時間管理を行っていても、寸法誤差が許容範囲内に入っていたため大きな問題とはなっていなかったが、プロセスの微細化が進みこれまで以上に精密な寸法制御が必要となってきており、従来の現像時間管理手法では現像時の寸法制御が困難となっている。
【０００５】
一方、従来では現像後に行うレジストパターンの評価は、例えばＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて行ってきた。ＳＥＭは高倍率のパターン観察が可能である反面、装置構成が複雑でかつ高価である。また、検査に非常に長い時間を要するため、効率良く評価することが困難であった。
【０００６】
また、現像中や現像後に限らず、回折光等を利用して光学的にデバイスパターンを検査する場合、必要なデバイスパターンのモニタの際に他のデバイスパターンからの情報も取り込まれる可能性があり、これがモニタの精度を劣化させる要因となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、現像時間の制御により異なるウエハに対してレジストパターンの精密な寸法制御を行うことは困難であった。また、レジストパターンをＳＥＭで評価するには多大な時間がかかるという問題があった。さらに、回折光等を利用してデバイスパターンを検査する場合、モニタすべきパターンとは別のパターンからの影響でモニタ精度が低下する問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、異なるウエハに対してもレジストパターンの精密な寸法制御が可能となるパターン寸法評価方法及びパターン形成方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、モニタすべきパターンとは別のパターンからの影響を受けることなく、レジストパターンを短時間で高精度に検査することのできるパターン寸法評価方法及びパターン形成方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる他の目的は、レジストパターンの寸法を、その現像中に短時間でかつ高精度に評価でき、現像の終点を高精度に予測することのできるパターン寸法評価方法及びパターン形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するための本発明の一態様であるパターン評価方法は、被処理基板上のレジスト膜を露光し、前記レジスト膜を現像することによってデバイスパターン及びモニタパターンを形成し、前記デバイスパターンの寸法を前記モニタパターンに照射した光の回折光強度に基づいて評価する、パターン寸法評価方法であって、デバイスマスクパターンとモニタマスクパターンとを具備するマスクを用いて１ショットで前記レジスト膜を露光し、前記デバイスマスクパターンと前記モニタマスクパターンを前記レジスト膜に転写するステップと、露光された前記レジスト膜を現像することによって、前記デバイスパターン及び前記モニタパターンを形成するステップと、前記現像中又は現像後に、所定の波長の平行光を前記モニタパターンに照射するステップと、前記モニタパターンからの回折光強度を検出するステップと、前記モニタパターンからの回折光強度に基づいて前記デバイスパターンの寸法を評価するステップとを具備し、前記モニタマスクパターンは、円形又は多角形のパターンが二次元的に周期的に配置され、且つパターン間隔が使用する露光装置の解像限界以下になるように配置されることにより、前記現像中又は現像後に前記モニタパターン及び前記デバイスパターンに所定の波長の光が照射された場合の、前記モニタパターンの現像に伴う回折光強度の変化が、前記デバイスパターンの現像による寸法変化に対する回折光強度の変化よりも大きくなるように形成されることを特徴とする。
【００１９】
（作用）
本発明では、レジストの現像中又は現像後に、デバイスパターンや既加工パターンから識別可能な要素からなるモニタ領域を用いてパターン評価を行うことにより、レジストパターンの寸法を検査することができる。
【００２０】
そしてモニタ領域にモニタパターンを露光により形成する場合、例えば露光マスクの要素パターンとして円形又は多角形を用い、しかもそのパターン間隔が使用する露光装置の解像限界以下になるように構成した露光マスクを使用して露光を行なう。このようにして形成されたモニタパターンによれば、現像時間の経過による回折光の強度変化をデバイスパターンよりも大きくすることができ、これにより検査精度の向上をはかることができる。
【００２１】
また、ピッチ又は繰り返しの方向等が異なるモニタパターンを用いてパターン評価を行うことにより、他のパターンからの影響を受けない精度良い検査が可能となる。さらに、回折光強度をモニタするだけでパターン評価を行うことができるので、ＳＥＭ等は異なり短時間で検査することができる。
【００２２】
一方、モニタ領域として、前記のようなパターンを有さず、ただ全体に亘って略均一の現像速度となるように露光され、現像の進行に伴い略均一に膜減りが生じるように形成されているものを用いる場合、このモニタ領域からの回折光強度には極大・極小を観察することができる。そして、この極大、極小に基づいてデバイスパターンの現像終点を予測することができる。
【００２３】
このような予測方法によれば、回折光強度信号の絶対値に信号的なオフセットが生じている場合であっても、極大、極小に基づいてデバイスパターンの現像終点を予測するようにしたので、このオフセットを補正して正確な現像終点を求めることが可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるパターン寸法評価装置を説明するためのもので、１次回折光を利用して現像後にパターン検査を行う装置構成例を示す図である。
【００２６】
ウエハ（被処理基板）１００上のレジスト１１０には、デバイスパターン１１１と共にモニタパターン１１２が、一括露光、現像処理により形成されている。モニタパターン１１２は、１ショット内においてデバイス作成に寄与するエリアと分離して配置されている。
【００２７】
モニタパターン１１２に対し、光源２０１から、狭帯域フィルタを介して４００±２０ｎｍとした波長の平行光を入射させる。モニタパターン１１２からは０次の回折光２０２、１次の回折光２０３、さらに高次の回折光（図示せず）が得られる。そして、モニタパターン１１２からの１次回折光２０３をＣＣＤカメラ２１０によって検出する。このＣＣＤカメラ２１０は、コンピュータシステムからなるパターン評価部２２０に接続されており、このパターン評価部２２０は、検出された１次回折光２０３の強度を予め得られている寸法と１次回折光強度との関係に適用し、デバイスパターン寸法の評価を行う。
【００２８】
図２は、本実施形態における現像モニタパターン１１２の例を示す図である。１辺の長さＬ＝０．２μｍ（ウエハ換算値、以下同様）の正方形が規則的に配置されており、隣接する４つの正方形の中心が四角形の頂点になるように配置されている。ｘ方向の間隔ｄｘ、ｙ方向の間隔ｄｙは共に０．０７μｍである。ここで、間隔ｄｘ、ｄｙ＝０．０７μｍは使用する露光装置の解像限界以下の値である。
【００２９】
デバイスパターン１１１として０．１５μｍのＬ＆Ｓパターンを想定した。露光条件は露光波長＝２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ）、投影光学系の開口数（ＮＡ）＝０．７、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．７５、２／３輪帯照明とし、レジストには０．１５μｍ膜厚のポジ型化学増幅レジストを用いた。
【００３０】
そして、０．１５μｍのＬ＆Ｓデバイスパターン（ライン幅：スペース幅＝１：１）１１１が現像時間３０秒で所望寸法に仕上がる条件で、モニターパターン１１２を以下の寸法として露光を行なった。すなわち、
（ａ）…図２に示したモニタパターン。
【００３１】
（ｂ）…０．１５μｍのＬ＆Ｓモニタパターン（ライン幅：スペース幅＝１：１）。
【００３２】
（ｃ）…０．１５μｍのＬ＆Ｓモニタパターン（仕上がりのライン幅：スペース幅＝１：３）。
【００３３】
（ｄ）…ライン幅０．０７μｍ、スペース幅０．２μｍのＬ＆Ｓモニタパターン。
【００３４】
ここで（ｂ）は、前記デバイスパターン１１１と同一寸法であるため、この（ｂ）との比較により、デバイスパターン１１１に対する１次回折光の強度変化を知ることができる。
【００３５】
（ａ）〜（ｄ）それぞれの現像時間（１０〜３６秒）に対する現像後の１次回折光強度の関係は、図３に示すようになる。このとき、（ｄ）のパターンは全く解像していなかったため、図示されていない。
【００３６】
現像終点近傍（３０秒）で（ｂ）のパターンでは殆ど強度変化がなく、（ａ）のモニタパターンは（ｃ）のパターンの約４倍の強度変化を示した。このとき、（ａ）のモニタパターンの強度変化は、（ｂ）の０．１５μｍのＬ＆Ｓパターン（ライン幅：スペース幅＝１：１）の寸法１．５ｎｍの変化に対して、１０（ＣＣＤカメラの階調を２５６とした場合）である。
【００３７】
この原因として、以下のようなことがあげられる。
【００３８】
パターンの繰り返しピッチをｐ、ライン部分の間隔、反射率、位相をｌ、ｒa 、φa 、スペース部分の反射率、位相をｒb 、φb とすると、Ｌ＆Ｓパターンにおけるｍ次光の強度は（H. P. Kleinknecht and H.Meier、 Applied Optics Vol.19 No.4 (1980) pp525-533）に見られるように、次の式で表される。
【００３９】
【数１】
0004327266.tif 000002
【００４０】
この関係より、大きな強度変化を得るためには、線幅の変化が１／ｐ＝０．２５又は０．７５の近傍で起こっていることが必要である（図４）。
【００４１】
すなわち、（ａ）のモニタパターンは線幅の変化が１／ｐ＝０．２５の近傍で起こっているため、最も変化が大きくなっていると考えられる。また、（ａ）のパターンと同じピッチだがスペース幅の異なる（ｄ）のＬ＆Ｓパターンは変化を示していないことから、ホール状のパターンであることが重要であると考えられる。
【００４２】
このように本実施形態によれば、現像後に１次回折光強度よりパターン評価を行う場合に、１次回折光強度変化がデバイスパターン１１１の寸法変化に対して大きい寸法のモニタパターンを用いることにより、２５６階調のＣＣＤカメラの１０階調で寸法変化１．５ｎｍの計測ができることが分かる。
【００４３】
すなわち、デバイスパターン１１１の０．１５μｍのＬ＆Ｓパターン（ライン幅：スペース幅＝１：１）では、寸法の５％の変動（７．５ｎｍ）に対して、階調が１階調しか変化していない。これに対して、パターン間隔が使用する露光装置の解像限界以下の値であるモニタパターン（ａ）をモニタするようにすれば、より多くの階調でこの寸法変動を検出することができるから測定精度が大きく向上する。
【００４４】
また、光学的な手法でパターン評価を行うようにしたことから、容易なウエハのパターン評価が可能となり、スループットが向上する。さらに、１０２４階調のＣＣＤカメラでモニタを行えば、単純に４倍の精度でモニタが可能である。
【００４５】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態を説明するためのもので、１次回折光を利用し、現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図である。即ち、１次回折光を利用した in-situ現像モニタの例である。
【００４６】
基本的な構成は前記図１と同じであるが、レジスト１１０上には現像液２３０が存在し、その上に円盤状のノズル２４０が設置された状態となっている。また、前記ＣＣＤカメラ２１０は、現像時間等のプロセス条件を制御する現像制御装置２４１に接続されており、この現像制御装置２４１には、前記モニタパターン１１２からの回折光の強度に基づいてデバイスパターン１１１の現像終点を予測する現像終点予測部２２０’が設けられている。
【００４７】
この装置においても、現像中に、モニタパターン１１２に対し、狭帯域フィルタを介して４００±２０ｎｍとしたレジストが感光しない波長の平行光２０１を斜め方向から入射させる。モニタパターン１１２は、１ショット内においてデバイス作成に寄与するエリアと分離して配置されているが、デバイスパターン１１１とモニタパターン１１２のピッチが異なるように設計されている。
【００４８】
具体的には、図６に示すように、デバイスパターン１１１としては、非常に近接した領域に０．１５μｍのＬ＆Ｓパターン２５１或いはピッチ０．３０μｍのホールパターン２５２が存在する。また、現在加工中の下層には既加工の層が存在し、その層にはデバイスパターンである０．１５μｍのＬ＆Ｓパターン或いはピッチ０．３μｍのホールパターンが存在する。
【００４９】
一方、モニタパターン１１２としては、前記図２に示したものと同じパターンを用いる。すなわち、このモニタパターン１１２は、１辺の長さＬ＝０．２μｍの正方形が規則的に配置され、ｘ方向の間隔ｄｘ、ｙ方向の間隔ｄｙは共に０．０７μｍである。ここで、間隔ｄｘ、ｄｙ＝０．０７μｍは使用する露光装置の解像限界以下の値である。
【００５０】
現像モニタパターン１１２からの１次回折光２０３をＣＣＤカメラ２１０により検出する。前記現像終点予測部２２０’は、検出した１次回折光を予め得られている現像時間と１次回折光強度との関係と照合し、所望の値に１次回折光強度がなった時点で現像の終点とする。前記現像制御装置２４１は、この検出に基づいて現像を終了する。
【００５１】
この実施例においては、前記デバイスパターン１１１とモニタパターン１１２のパターンピッチを異ならせたので、両者を区別して認識することが可能である。
【００５２】
すなわち、図５における入射角を４０°とした場合、検出角とパターンピッチの関係は図７のように表される。この図によれば、ピッチ０．２７μｍの場合の検出角は５７°、ピッチ０．３０μｍの場合の検出角は４４°である。したがって、非常に近接した領域にデバイスパターン１１１とモニタパターン１１２が存在しても、パターンピッチが異なればデバイスパターン１１１及び既加工パターンからの１次回折光とモニタパターン１１２からの１次回折光は分離可能である。
【００５３】
このように本実施形態によれば、デバイスパターン１１１及び既加工パターンと異なるピッチのモニタパターン１１２を用いることにより、モニタパターン１１２以外の回折光の影響を受けない精度の良いモニタが可能となる。このため、現像終点を正確に判断することができ、レジストパターンの精密な寸法制御を行うことできる。
【００５４】
（第３の実施形態）
本実施形態は、第２の実施形態と同様の装置構成（図５）を有するが、モニタパターン１１２の配置が異なるものである。
【００５５】
この装置は、現像中に、モニタパターン１１２に対し、狭帯域フィルタを介して３９０±１０ｎｍとしたレジストが感光しない波長の平行光２０１を斜め方向から入射させる。モニタパターン１１２は、１ショット内においてデバイス作成に寄与するエリアと分離して配置されているが、前記第２の実施形態と異なり、デバイスパターン１１１とモニタパターン１１２の繰り返しの方向が異なるように設計されている。
【００５６】
具体的には、図８に示すように、非常に近接した領域にデバイスパターン１１１であるピッチ０．２７μｍのＬ＆Ｓパターン２５２或いはピッチ０．２７μｍのホールパターン２５１が存在するが、これらのデバイスパターン２５１、２５２は、隣接するモニタパターン１１１と繰り返しの方向が１５°異なるように形成・配置されている。
【００５７】
ここで、現像モニタパターン１１２からの１次回折光２０３をＣＣＤカメラ２１０により検出する。検出した１次回折光強度の時間微分値を、予め得られている現像時間と１次回折光強度との関係と照合し、所望の値に１次回折光強度の微分値がなった時点で現像の終点とする。
【００５８】
図８に矢印（α）で示す方向から、パターン面に約３０°の角度で光を入射させると、モニタパターン１１２からの１次回折光は入射光と同じ方向でかつパターンに垂直な方向に検出されるが、デバイスパターン１１１からの１次回折光は入射光とは異なる方向に検出されることになる。従って、繰り返しの方向が異なれば、ピッチが同じでも１次回折光が分離可能である。
【００５９】
本実施形態によれば、デバイスパターン１１１及び既加工パターンと異なる繰り返し方向のモニタパターン１１２を用いることにより、モニタパターン１１２以外からの１次回折光の影響を受けない精度の良いモニタが可能となり、第２の実施形態と同様にレジストパターンの精密な寸法制御を行うことできる。
【００６０】
（第４の実施形態）
本実施形態も、第２の実施形態と同様の装置構成（図５）を有するが、モニタパターン１１２の配置が異なるものである。
【００６１】
この装置も、現像中に、モニタパターン１１２に対し、狭帯域フィルタを介して３９０±１０ｎｍとしたレジストが感光しない波長の平行光２０１を斜め方向から入射させる。ただし、モニタパターン１１２の下層には、図９に示すようにピッチ０．３μｍの既加工のモニタパターン１１２’が存在する。
【００６２】
加工中のモニタパターン１１２としては、前記図２に示したのと同寸法のパターンを用いる。ここで、間隔ｄｘ、ｄｙ＝０．０７μｍは使用する露光装置の解像限界以下の値である。
【００６３】
現像モニタパターン１１２からの１次回折光２０３をＣＣＤカメラ２１０により検出する。予め得られている現像時間と回折光強度との関係を基に、１次回折光強度が極値を取る現像時間から現像の終点までの時間差を算出し、この値を参照して現像の終点を検出する。
【００６４】
前記図５における入射光の入射角を４０°として、検出角とピッチの関係は前記図７に示すように表される。ピッチ０．２７μｍの場合の検出角は５７°、ピッチ０．３０μｍの場合の検出角は４４°であることから、層によって異なるモニタパターンを用いれば、下の層からのモニタパターン１１２’からの１次回折光と現加工のモニタパターン１１２からの１次回折光は分離可能である。
【００６５】
本実施形態によれば、モニタパターンとして各層毎に異なるピッチのモニタパターンを用いたので、下層のモニタパターンからの１次回折光の影響を受けない精度の良いモニタが可能となり、第２の実施形態と同様にレジストパターンの精密な寸法制御を行うことできる。
【００６６】
（第５の実施形態）
図１０は、本発明の第５の実施形態を説明するためのもので、０次回折光を利用して現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図である。即ち、０次回折光を利用した in-situ現像モニタの例である。
【００６７】
この装置は、現像中に、前記モニタパターン１１２に対し、コリメートされた波長４８８ｎｍのレーザ光３０１を垂直に入射させる。そして、現像モニタパターン１１２からの回折光（０次回折光３０２、１次回折光３０３等）のうち０次回折光３０２のみをＣＣＤカメラ２１０により検出する。現像制御装置２４０（現像終点予測部２２０’）は、ＣＣＤカメラ２１０のピクセル輝度をコンピュータ処理することで０次回折光強度を算出し、これに基づいてデバイスパターン１１１の現像終点を予測する。
【００６８】
図１１は、本実施形態における、現像モニタパターン１１２を露光用マスク上でのイメージとして表したものである。１辺の長さＬ＝０．２μｍの正方形が規則的に配置されており、敷き詰められた三角形の頂点位置が正方形の中心となるように配置されている。ｘ方向の間隔ｄｘ、ｙ方向の間隔ｄｙは共に０．０６μｍであり、使用する露光装置の解像限界以下の値である。この正方形は、実際のウエハ上には円形のホールとして転写されるため、モニタパターン１１２はホールを敷き詰めたパターンとなっている。
【００６９】
デバイスパターン１１１として０．１５μｍのＬ＆Ｓパターンを想定した。露光条件は露光波長＝２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ）、投影光学系の開口数（ＮＡ）＝０．７、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．７５、２／３輪帯照明とし、０．１５μｍ膜厚のポジ型化学増幅レジストを用いた。
【００７０】
図１２に、現像時間と０次回折光強度の関係を示す。デバイスパターンの現像終点時間３０秒において、現像モニタパターン１１２における０次回折光強度の変化がデバイスパターン１１１と比較して３倍となった。パターンからの０次回折光強度は現像残し面積に比例する量であり、強度変化が大きいということは、面積変化が大きいことを意味する。
【００７１】
このようにモニタパターンで大きな強度変化が得られた理由として、(1) ホールパターンの形状変化が円の外周方向で大きくなる方向であること、(2) ホールが密に配置されているために、３つの隣接するホールパターンで囲まれた領域が解像限界以下であること、(3) 現像残し部分の形状が先細りであること、等があげられる。
【００７２】
図１１に示す現像モニタパターン（Ｌ＝０．２μｍ、ｄｘ＝ｄｙ＝０．０６μｍ）を用いることによって、ＣＣＤカメラを用いた場合、０．１５μｍのＬ＆Ｓパターンの１．５ｎｍの寸法変化（１％）を６階調でモニタでき、０．１５μｍのＬ＆Ｓパターンの場合の２階調と比較して、より精密な線幅の制御が可能となる。また、１０２４階調のＣＣＤカメラを用いれば、さらに精密な線幅の制御が可能となる。
【００７３】
（第６の実施形態）
図１３（ａ）は本発明の第６の実施形態を示す概略構成図である。なお、すでに述べた実施形態（特に第２の実施例を参照）と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【００７４】
図に４０５で示すのはモニターヘッドである。このモニターヘッド４０５は、狭帯域フィルターで波長３３０±５ｎｍに整形された平行光出射する光源４０１と、モニタパターン１１２からの１次回折光を画像として認識する１次回折光検出器４０２と、デバイスパターン１１１からの０次回折光を画像として認識できる０次回折光検出器４０３とを有する。
【００７５】
このモニターヘッド４０５は、更に、反射光学系４０４を有する。この反射光学系４０４は、ウエハ１００側からの入出射光を、前記光源射光ガイド４０１、１次回折光検出器４０２及び０次回折光検出器４０３に対して略垂直にガイドする機能を有する。
【００７６】
この図１３（ａ）の例では、レジスト１１０上には現像液２３０が存在し、その上に円盤状のノズル２４０が設置された状態となっており、前記モニターヘッド４０５は、入出射面をこの円盤状のノズル２４０に対向させて配置されている。
【００７７】
なお、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すのは、このモニターヘッド４０５の他の配置例である。すなわち、図１３（ｂ）は、前記モニターヘッド４０５が現像液２３０の直上に設置されている例、図１３（ｃ）は、モニターヘッド４０５が現像液２３０に接した状態で配置されている例である。なお、図５に示したものと同様に、このモニターヘッド４０５の先端部が前記ノズル２４０内に挿入されていても良い。
【００７８】
また、前記モニターヘッド４０５は、このモニターヘッド４０５をＸＹＺ方向に位置決め駆動するための駆動機構４０６により保持され、この駆動機構４０６は図に４０７で示す現像制御装置により制御されるようになっている。さらに、この現像制御装置４０７には、前記１次回折光検出器４０２及び０次回折光検出器４０３が接続されており、この制御装置４０７により前記モニタパターン１１２及びデバイスパターン１１１の位置検出がなされる。また、この現像制御装置４０７には、現像終点予測部２２０’が設けられており、この現像終点予測部２２０’は前記０次回折光の強度に基づいて現像終点を予測するように構成されている。
【００７９】
モニタパターン１１２としては、例えば図１４（ａ）〜（ｃ）で示したパターンを用いる。図１４（ａ）に示したパターン１１２は、すでに図２に示して説明したものと同一である。このモニターパターン１１２は、１ショット内においてデバイス作成に寄与するエリアと分離して配置されている。
【００８０】
この実施形態では、モニターパターン１１２に対する入射光の入射角（以下示す角度は全てモニターパターン１１２に対する角度）を６０°、モニターパターン１１２からの１次回折光（１０７）の検出角度を２０°、０次回折光（１０８）の検出角度を６０°に設定されている。
【００８１】
次に、この装置の作用を説明する。
【００８２】
図１５（ａ）中４０８はウエハであり、４０９はこのウエハ４０８上の１チップを示している。現像開始後、前記モニターヘッド４０５は図１５（ｂ）に示す前記１チップ４０９内のモニターパターン領域に、ショットマップ、マスクのデータをもとに移動し、１次回折光および０次回折光の検出を開始する。このモニターヘッド４０５では一度に２×２ｍｍの領域の観察が可能である。
【００８３】
前記モニターパターン１１２は、すでに第２の実施形態で説明したものと同様に、デバイスパターン１１１及び既加工パターンと異なるピッチで形成されており、入射光の入射角度についても、モニターパターン１１２からの１次回折光のみがモニターヘッド４０５の１次回折光検出器４０２で検出されるような角度に定められている。
【００８４】
したがって、前記１次回折光検出器４０２にはピッチ０．２７μｍ以外のパターン（デバイスパターン１１１及び既加工パターン）からの光は検出されないので、図１６（ａ）に示すように、１次回折光検出器の検出画面では、モニターパターン１１２の部分だけが光っているように検出される。
【００８５】
一方、０次回折光検出器４０３では、図１６（ｂ）に示すように、デバイスパターン１１１およびモニターパターン１１２の両方が画像として検出される。そして、０次回折光検出器４０３と１次回折光検出器４０２のそれぞれの画像のビクセルの位置関係はあらかじめわかっているので、１次回折光検出器４０２と０次回折光検出器４０３で検出された領域の論理積より、図１６（ｃ）に示すように、０次回折光検出器４０２の検出画像内でのモニターパターン１１２の位置検出が行なえる。
【００８６】
以上のような検出がなされたならば、制御装置４０７は、現像中のウエハ１００の回転に追随するように前記モニターヘッド４０５を移動・回転駆動させ、０次回折光強度をモニターする。そして、前記現像終点予測部２２０’は、あらかじめ得られているデバイスパターン１１１の寸法とモニターパターン１１２の０次回折光強度の関係を参照し、回折光強度が所望の値になった時点で現像の終点とする。
【００８７】
このような実施形態によれば、現像中に０次回折光・１次回折光の検出および走査が可能な一体型のモニターヘッド４０５を用い、モニターパターン１１２からの１次回折光検出位置からモニターパターン１１２の位置を検出するようにした。したがって、デバイスパターン１１１が非常に狭い領域にある場合や、デバイスパターン１１１とモニターパターン１１２の形状が似ていて近接している場合でも、大幅な光学系の変更を行うことなくモニターパターン１１２の位置検出が可能である。
【００８８】
なお、前記制御装置４０７（現像終点予測部２２０’）では、０次回折光および１次回折光の両方の光強度をモニターするようにしても良い。すなわち、あらかじめ得られているデバイスパターン１１１の寸法とモニターパターン１１２の０次および１次回折光強度の関係を参照し、デバイスパターン１１１が所望寸法に仕上がっているかを判断する。
【００８９】
このように０次回折光と１次回折光を同時にモニターすることにより、測定の精度がさらに向上する。
【００９０】
なお、この実施形態に示すモニタヘッド４０５を、現像後にパターン寸法評価を行なう装置に適用することはもちろん可能である。
【００９１】
また、
（第７の実施形態）
図１７はこの実施形態を示す概略構成図である。なお、第６の実施形態と同一の構成要素には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００９２】
この実施形態のモニターヘッド５０１に設けられた反射光学系５０２は、光源４０１から出射された光の前記モニタパターン１１２（若しくはデバイスパターン１１１）への入射角度を、０次回折光が０次回折光検出器４０３へ略垂直に戻るような角度に制御するよう構成されている。すなわち、この実施形態の０次回折光検出器４０３は、前記モニタパターン１１２で回折した０次回折光を直接検出するように構成されている。
【００９３】
また、この反射光学系５０２には、図に５０３、５０４で示す一対のハーフミラーが配置されている。一方のハーフミラー５０３は、入射光路上に配置され、入射光の一部を他方のハーフミラー５０４側に分岐させる。この他方のハーフミラー５０３は、前記分岐した入射光を反射し、前記０次回折光の光路と一致させた状態でモニターパターン１１２に照射する。また、この他方のハーフミラー５０３は、前記モニターパターン１１２からの０次回折光については、これを透過させ前記０次回折光検出器４０３に導くようになっている。
【００９４】
ここで、入射光のモニターパターン１１２に対する入射角を６０°とし、モニターパターン１１２からの１次回折光の検出角度は２０°と設定されている。また、０次回折光の検出角度は０°である。
【００９５】
このような構成によれば、まず、前記第６の実施形態と同様の制御を行なうことにより、モニターパターン１１２からの０次回折光のモニタを行なうことができ、これによりデバイスパターン１１１の現像を精度良くモニターすることができる。また、この実施形態によれば、次に説明するように、レジスト（モニタパターン１１２）の残し面積を、より精度良くモニターできる効果がある。
【００９６】
すなわち、図１８（ａ）に示すように、斜入射ではレジストのトップにあたる入射光５０５とレジストパターン間にあたる入射光５０６が存在するため、０次回折光はレジストの残し面積を直接反映しない。
【００９７】
しかしながら、この実施形態では、図１８（ｂ）に示すように、垂直入射となるため、０次回折光の強度はレジストからの０次回折光５０７と反射防止膜からの０次回折光５０８の和として表される。このため、レジストの残し面積を直接反映することになる。従って、第６の実施形態と比較して、レジストの残し面積を反映した光の強度の取得が可能であるから、より精度の高いモニターが行なえる。
【００９８】
なお、この実施形態の装置においても、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように各種の装置配置が考えられる。また、この実施形態に示すモニタヘッドを、現像後にパターン寸法評価を行なう装置に適用するようにしても良い。
【００９９】
（第８の実施形態）
図１９は、この実施形態を示す装置構成図である。なお、第６、第７の実施形態と同様の構成については同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１００】
この実施例のモニターヘッド６０１は、図に６０２で示す入射・０次回折光検出光学系を有する。この光学系６０２は、狭帯域フィルターで２６０±５ｎｍとした波長の平行光をモニタパターン側に入射させると共に、このモニタパターンからの０次回折光をイメージとして検出できるように構成されている。また、モニタパターンからの１次回折光は、図に６０３で示す１次回折光検出器によって検出されるようになっている。
【０１０１】
この実施形態では、入射光のモニターパターン１１２に対する入射角（以下示す角度は全てモニターパターンに対する角度）を０°、モニターパターン１１２からの１次回折光の検出角度は７４°、０次回折光の検出角度は０°と設定されている。
【０１０２】
このような構成によれば、第６の実施形態と同様の制御により、現像のモニタを行なえる。また、モニタパターン１１２への入射光の光路が０次回折光の光路と一致しているので、第７の実施形態と同様に、レジスト残り面積を反映した０次回折光の検出が行なえる。
【０１０３】
なお、この実施形態の装置においても、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように各種の装置配置が考えられる。また、この実施形態に示す構成を、現像後にパターン寸法評価を行なう装置に適用することはもちろん可能である。
【０１０４】
（第９の実施形態）
第９の実施形態以下の各実施形態は、第１〜第８の実施形態と異なる形態のモニタ領域を用いてモニタを行なうものである。ただし、第１〜第８の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【０１０５】
すなわち、第１〜第８の実施形態では、モニタ領域として、図２に示すようにホールを敷き詰めてなるパターン１１２を用いていたが、この実施形態では、図２０に示すように、パターンを有せずただ露光量を調整することにより現像速度を所望の値に調整してなる一定面積のエリアを使用してモニターを実行するようにしたものである。以下、この実施形態でモニタするエリア（図２０）を”モニタエリア７０１”と称することとする。
【０１０６】
この実施形態では、前記デバイスパターン１１１の現像中に、このモニタエリア７０１からの０次回折光の強度をモニターし、このモニタエリア７０１の膜厚が所定の値になったところで現像を終了することで、デバイスパターン１１１を所望の寸法に仕上げるものである。
【０１０７】
以下、まず、前記モニタエリア７０１の形成手順について詳しく説明する。
【０１０８】
この実施形態では、ウエハ１００上に塗布したレジスト１１０の所定面積のエリアを露光マスクからの０次回折光のみを用いて露光することで、前記モニタエリア７０１を形成する。すなわち、０次回折光のみを用いた露光を行うことでレジスト１１０上にホールやライン等の「パターン」が形成されることを防止する。
【０１０９】
露光マスクを用いて露光する際に、この露光マスクからの０次回折光だけがレジスト１１０上に到達するための露光条件は、露光波長λ、マスクパターンのレジスト上換算のピッチｐ、ＮＡ、及びσを用いて次のように定められる。
【０１１０】
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ              （２）
したがって、この式に基づいてモニタエリア７０１用の露光マスク上に設けるのパターンのピッチを定めるようにする。このようなピッチの露光パターンを有する露光マスクによれば、露光マスクを透過した光のうち０次回折光のみがレジスト１１０上に達するから、レジスト上にパターンが成形されるのを防止できる。
【０１１１】
また、この実施形態では、露光マスクの線幅の調整により透過率を適宜に設定することで、レジスト１１０に対する露光強度を制御し、この露光により形成したモニタエリア７０１の現像速度がモニタに適した値となるように調整する。すなわち、レジスト１１０の膜厚とレジスト１１０に対する標準の現像時間とからデバイスパターン１１１に対する現像の終了時点でこのモニタエリア７０１のレジストが少し残るような現像速度を算出する。
【０１１２】
次に、求めた現像速度とレジスト１１０の溶解特性から、この現像速度となる露光量（モニタパターン７０１を形成するための露光量）を算出する。そして、デバイスパターン１１１を形成するための最適露光量と前記モニタパターン７０１を形成するための露光量の比から、デバイスパターン１１１用の露光マスクに対するモニタエリア７０１用の露光マスクの透過率を算出する。
【０１１３】
したがって、モニタエリア７０１用の露光マスク上に、前記（２）式を満たすピッチで、かつ、デバイスパターン用の露光マスクに対して前記のような透過率となる線幅でモニタエリア用の露光用マスクパターンを形成するようにする。
【０１１４】
例えば、０．１５μｍＬ／Ｓパターンの露光条件（ＮＡ：０．６、露光波長：２４８ｎｍ、σ：０．７５）では、レジスト１１０上に０次回折光しか到達しないような露光用マスクパターンのピッチは０．２２μｍとなる。そして、モニタエリア７０１の現像速度が２ｎｍ／ｓｅｃ（６０秒の現像で膜厚が３０ｎｍになる）となる露光量が７．２ｍＪである場合において、デバイスパターン１１１の最適露光量が２０ｍＪであるとすると、前記透過率は３６％となる。
【０１１５】
従って、この場合、ピッチが０．２２μｍで、ライン幅が透過率が３６％となるように設計されているライン系パターンをモニタエリア７０１形成用の露光用マスクパターンとして採用することで、所望のモニタエリア７０１を形成することができる。
【０１１６】
次に、このようなモニタエリア７０１を用いて、現像をモニタする装置構成について、図２１を参照して説明する。
【０１１７】
この図２１において、ウエハ（被処理基板）１００上のレジスト１１０には、デバイスパターン１１１と共にこの実施形態のモニタエリア７０１が、前述した一括露光により形成されている。このモニタエリア７０１は、１ショット内においてデバイス作成に寄与するエリアと分離して配置されている。
【０１１８】
また、この装置は、前記第２の実施形態のものと同様に、現像中に適用される寸法モニタ装置であるから、レジスト１１０上には現像液２３０が存在する。
【０１１９】
この装置は、光源７０２から波長４１０ｎｍ（半値幅５ｎｍ）に狭帯化したほぼ単色の平行光を前記モニタエリア７０１に入射させる。そしてモニタエリア７０１からの０次回折光は０次回折光検出器（ＣＣＤカメラ）７０３により検出するようになっている。
【０１２０】
前記光源７０２及び０次回折光検出器７０３は、制御部７０４に接続されおり、この制御部７０４からの作動信号に基づいて動作する。すなわち、まず、前記制御部７０４は、０次回折光検出器７０３による０次回折光の検出に基づいて、光源及７０２及び０次回折光検出器７０３を前記モニターエリア７０１に対向する位置に駆動・位置決めする。そして、現像の開始に伴い、前記０次回折光検出器７０４を用いたモニタを開始する。
【０１２１】
このモニタは、前記モニタエリア７０１からの０次回折光の強度を検出することで行う。すなわち、理想的な場合、モニタエリア７０１の膜厚に対する０次回折光の強度変化は図２２に示すように、極大点Ｉ'max、極小点Ｉ'minを有するカーブで表される。ここで、現像終点となる膜厚での０次回折光の強度をＩ'endとすると、Ｉ'endは、極大点Ｉ'max、極小点Ｉ'minを用いて次のように表せる。
【０１２２】
【数２】
0004327266.tif 000003
【０１２３】
ここで、ａは補正係数であり、予め先行ウエハ等を用いて測定した極大、極小における０次回折光強度Ｉmax，Ｉmin、Ｉendと、現在の現像で測定した極大、 極小における０次回折光強度Ｉ'max，Ｉ'minとから求められる。この補正係数ａを現在の測定値Ｉ'max，Ｉ'minに適用することで、現像終了点の０次回折光強度Ｉ'endを求めることができる。そして、前記現像終点予測部２２０’は、前記０次回折光検出器７０３により検出された光強度がＩ'endとなった時点で現像を終了させる。
【０１２４】
なお、この実施例で重要なことは、前述のように０次回折光の強度変化の極大、極小に基づいて現像終了時点を予測している点である。したがって、前記光源７０２から発振される観察光として、このような極大、極小が得られるような波長を有するものを選択して用いる必要がある。
【０１２５】
なお、この例では、現像終了の判断と実際の現像終了との間に極端な時間差がないものとして説明しているが、無視できない時間差が存在する場合は、モニタエリア７０１に対する露光強度としてその時間差に相当する分を差し引いた強度を設定すれば良い。
【０１２６】
このような構成によれば、モニタエリア７０１からの０次回折光の強度変化をモニタすることで現像時間を制御できるから、第１〜第８の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２７】
また、この実施形態によれば、パターンを持たないモニタエリア７０１を用いることで、以下に説明する効果を得ることができる。
【０１２８】
すなわち、この実施形態では、パターンを有しないモニタエリア７０１からの０次回折光をモニタすると共に、光強度の極大、極小に基づいて現像終了点を予測するようにした。このような構成によれば、光強度信号にオフセットが生じた場合であっても、光強度の絶対値ではなく、既知の極大、極小、現像終点に基づいて求めた補正係数を現在の測定値に適用することで現像終点を正確に予測できる。
【０１２９】
これに対して、第１〜第８の実施形態では、０次回折光の強度信号の絶対値を用いてモニタを行っている。このような方法では、何らかの原因で信号にオフセットが生じた場合に、デバイスパターンの現像終点を正確に検出できない恐れがある。また、入射光をモニタパターンの直上から照射し、その０次回折光を検出する構成では、強度信号がパターンの残り面積を反映してしまうため、０次回折光の強度は、図１２に示すように現像時間に対して直線的に変化することになる。したがって、この場合も、強度信号の絶対値を用いてモニタすることになってしまい、やはり現像終点を正確に検出できない恐れが生じる。
【０１３０】
この実施形態の制御によれば、この様な欠点を排除し、上述したように、より正確に現像終点を検出できる効果がある。
【０１３１】
なお、この第９の実施形態では、パターンを有しないモニタエリア７０１を使用したが、このモニタエリアの形成方法はこの実施形態に挙げたものに限定されるものではなく、適宜他の方法を用いて形成するようにしても良い。たとえば、この実施形態では、所定のピッチ、線幅を有する露光パタンを用いた露光により前記モニタエリア７０１を形成するようにしたが、透過率を適宜に設定したハーフトーン膜を露光マスクとして形成するようにしても良い。
【０１３２】
（第１０の実施形態）
この実施形態は、第９の実施形態の具体例を示すものである。
【０１３３】
図２３はこの実施形態を示す概略構成図である。
【０１３４】
まず、この実施形態では、前記光源７０２は、グレーティングにより分光可能なランプハウス８０１と、このランプハウス８０１に接続された光ファイバ８０２と、この光ファイバ８０２の先端に取り付けられたコリメーションレンズ８０３とからなる。前記光ファイバ８０２の先端部及びこのコリメーションレンズ８０３は、ＸＹＺ方向に移動可能なモニタヘッド８０４により保持されている。
【０１３５】
前記ランプハウス８０１からの平行光は、光ファイバ８０２、コリメーションレンズ８０３を通して前記モニタエリア７０１に入射する。このモニタエリア７０１からの０次回折光は、前記モニタヘッド８０４に保持されたレンズ８０５、このレンズ８０５に接続され先端部を前記モニタヘッド８０４に保持された光ファイバ８０６を通して前記０次回折光検出器７０３（ＣＣＤカメラ）に検知されるようになっている。
【０１３６】
前記モニタヘッド８０４は、モニタヘッド駆動装置８０７によって駆動されるようになっていて、このモニタヘッド駆動装置８０７は、前記制御部７０４の指令により作動するように構成されている。
【０１３７】
すなわち、このモニターヘッド８０４はモニターエリア７０１の位置に移動し、モニターエリア７０１からの０次回折光の強度を検出する。このとき、モニターヘッド８０４はウエハのショットマップおよびマスクのレイアウトをもとにモニターエリア７０１に移動し、その後は、現像中のウエハの回転に同期させてモニターエリア７０１の強度を取得する。
【０１３８】
なお、この際、複数のモニタヘッドを用いるようにして、検出精度を高めるようにしても良い。また、モニタヘッド８０４は、図１３（ａ）〜（ｃ）や図５に示すような配置であっても良い。また、モニタヘッド８０４の形状も、図１３に示した形状のものの他、適宜の形状を採用することが可能である。
【０１３９】
（第１１の実施形態）
この実施形態は、第９の実施形態、第１０の実施形態と同様に、現像中にモニタエリア７０１からの０次回折光をモニタし、現像終了時点を判断する装置である。ただし、第９の実施形態では現像の終了点を０次回折光の強度に基づいて判断したが、この実施形態では、現像時間に基づいて判断する。その他の点は、第９若しくは第１０の実施形態と同様であるから説明を省略する。
【０１４０】
図２４は、レジスト１１０の膜厚と０次回折光の強度の関係を示すグラフである。この実施形態では、光強度が極大、極小となる現像時刻ｔ'max、ｔ'minから、現像終点となる現像時刻ｔ'endを予測し、この現像時刻ｔ'endで現像を終了させるようにしたものである。
【０１４１】
なお、プロセス条件が常に一定であれば、現像終点となる時刻は一定である。しかし、実際にはプロセス条件にはゆらぎがあるため、現像終了時刻は一定にはならない。今、露光量の条件が所望の値の−５％変動したとすると、現像時間に対するレジスト膜の膜減りはレジストの溶解特性より図２５に示す通りに変化する。このときの極小値、極大値、現像終点となる時間をそれぞれ、ｔ'max、ｔ'min、ｔ'endとする。そして、この実施形態では、次式に示すように、予め求めておいた現像終了時刻ｔendに補正係数ａをかけることで、現在の現像プロセスに おける現像終了時刻ｔ'endを予測する。
【０１４２】
ｔ'end＝ａ×ｔend
補正係数ａは、次式で求められるもののうちもっとも精度が良いものを用いるようにすれば良い。
【０１４３】
ａ＝ｔ'max／ｔmax
ａ＝ｔ'min／ｔmin
ａ＝（ｔ'max／ｔmax＋ｔ'min／ｔmin）／２
なお、現像終了時刻ｔ'endの定め方はこの方法に限定されるものではなく、極値となる時刻時間ｔ'max、ｔ'minに基づいて予測するものであれば、例えばｔ'maxから一定の時間の後を現像終了時刻とする等、適宜の方法を採用することが可能である。
【０１４４】
（第１２の実施形態）
この実施形態は、第９、第１０の実施形態と同様にモニタエリアからの０次回折光をモニタするものであるが、互いに異なる波長を有する２種類の観察光を用いてモニタを行うものである。
【０１４５】
すなわち、この実施形態では、図２３に示す構成において、ランプハウス８０１から、波長４１０ｎｍ（半値幅５ｎｍ）に狭帯化した光と波長６００ｎｍ（半値幅５ｎｍ）に狭帯化した光を交互に出射するように制御する。
【０１４６】
制御部７０４は、前記ＣＣＤカメラ７０３により、両方の波長の０次回折光の強度を交互に検出する。理想的な場合、各波長でのレジスト膜厚に対する０次回折光の強度変化は図２６に示すようになる。
【０１４７】
ここで、波長４１０ｎｍの場合の極大、極小、現像終点での０次回折光の強度をＩ1max、Ｉ1min、Ｉ1end、波長６００ｎｍの場合の極大、極小となる強度をＩ2max、Ｉ2minとする。一方、今回の現像で検出された波長４１０ｎｍの場合の極大、極小での０次回折光の強度をＩ1'max、Ｉ1'min、波長６００ｎｍの場合の極大、極小となる強度をＩ2'max、Ｉ2'minとすると、現像終点の強度Ｉ'endは、補正係数ａを用いて次式で求められる。
【０１４８】
【数３】
0004327266.tif 000004
【０１４９】
この様な構成によれば、異なる波長の光を用い、一方の波長の光の検出値に加えて他方の波長の光の測定値を用いて補正を行うようにしたから、現像終了時点の０次回折光強度をより精度良く予測することが可能になる。
【０１５０】
なお、この実施形態のように２つの異なる波長を用いて補正精度を挙げる手法は、第１１の実施形態に示したように極大、極小となる時刻ｔmax、ｔminから、現像終了となる時刻ｔendを予測する方法にも適用できる。
【０１５１】
すなわち、理想的な場合、４１０ｎｍ、４７０ｎｍの各波長を有する光でのレジスト膜厚に対する０次回折光の強度変化は図２７に示すようになる。
【０１５２】
このとき、波長４１０ｎｍの光の０次回折光強度が極小、極大、現像終点となる時刻をそれぞれ、ｔ1max、ｔ1min、ｔendとする。また、波長４７０ｎｍの光 の０次回折光強度が極大となる時刻をｔ2maxとする。プロセス条件が常に一定であれば、現像時間は常に一定でよいが、実際にはプロセス条件にゆらぎがある。今、露光量の条件が所望の値の−５％であったとすると、現像時間に対する膜減りはレジストの溶解特性より図２８に示すようになる。
【０１５３】
このとき、波長４１０ｎｍの光の０次回折光強度が極小、極大、現像終点となる時間をそれぞれ、ｔ1'max、ｔ1'min、ｔ'endとし、波長４７０ｎｍの光の０次回折光強度が極大となる時刻をｔ2'maxとする。これらの時間のうちあらかじめ ｔ1max、ｔ1min、ｔend、ｔ2maxは求められており、現像中に０次回折光を検出 することにより、ｔ1'max、ｔ1'min、ｔ2'maxが算出される。これらより次の式 で現像終了点の時間ｔ'endを求めることができる。
【０１５４】
ｔ'end＝ａ×ｔend
ａ＝（ｔ1'max／ｔ1max＋ｔ1'min／ｔ1min＋ｔ2'max／ｔ2max）／３
したがって、第１１の実施形態と同様に、時刻ｔ'endで現像を終了するようにすれば、現像の終点を正確に制御できる。
【０１５５】
（第１３の実施形態）
この実施形態は、第９の実施形態と同じように、モニタエリア７０１からの０次回折光をモニタするものであるが、レジスト１１０として、図２９に示すように、現像開始当初は膜減りが起こらず、数秒後から膜減りが開始するような溶解特性を有するものを採用する。
【０１５６】
このモニタエリア７０１は、前記デバイスパターン１１１の現像終了時に膜減りが開始するように設計する。すなわち、６０秒の現像した後に膜減りが始まるような露光量が６．６ｍＪであるレジストを用いる場合、デバイスパターン１１１の最適露光量が３０ｍＪであるので、デバイスパターン用露光マスクと比較して透過率が２２％となるようにモニタエリア用の露光マスクを設計する。
【０１５７】
図３０にモニタエリア７０１に対する膜抜け時間と露光量との関係、図３１にモニタエリア７０１に対する膜抜け開始時間と露光量との関係を示す。
【０１５８】
プロセス条件が常に一定であれば、現像時間は常に６０秒で制御すればよいが、デバイスパターン１１１の露光量が適正値の３０ｍＪから２９ｍＪに変化した場合には、６０秒では十分な現像が行なえないことになる。しかしながら、この実施形態では、モニタエリア７０１の膜抜け開始時点を検出することで、このようなプロセス条件の変動にも対応でき、常に正確な終点制御を行なえる。
【０１５９】
すなわち、デバイスパターン１１１の露光量が適正値の３０ｍＪから２９ｍＪに変化した場合、モニタエリア７０１の露光量はその２２％であることから、モニタエリア７０１に対する露光量は６．４ｍＪとなる。従ってこの場合、図３１より、８０秒後に膜抜けが開始する。したがって、この膜抜けを検出して現像の終点とすることで、プロセス条件の変動にも対応することができる。
【０１６０】
なお、膜の抜け始め及び抜け終わりの検出は、０次回折光の強度の変化に基づいて検出するようにすれば良い。
【０１６１】
また、同様の手法で図３０に示す抜け終わり時間に基づいて、この抜け終わりを検出することで現像の終点とするようにしても良い。
【０１６２】
この場合、前記モニタエリア７０１は、前記デバイスパターン１１１の現像終了時に膜厚がほとんど０となるように設計する。すなわち、６０秒の現像した後に膜厚がほとんど０若しくは０となるような露光量が７．５ｍＪであるレジストを用いる場合、デバイスパターン１１１の最適露光量が３０ｍＪであるので、デバイスパターン用露光マスクと比較して透過率が２５％となるようにモニタエリア用の露光マスクを設計する。
【０１６３】
前述したように、図３０はモニタエリア７０１に対する膜抜け時間と露光量との関係を示すものである。
【０１６４】
プロセス条件が常に一定であれば、現像時間は常に６０秒で制御すればよいが、デバイスパターン１１１の露光量が適正値の３０ｍＪから２９ｍＪに変化した場合には、６０秒では十分な現像が行なえないことになる。しかしながら、この実施形態では、モニタエリア７０１の膜抜け時点（膜厚０）を検出することで、このようなプロセス条件の変動にも対応でき、常に正確な終点制御を行なえる。
【０１６５】
すなわち、デバイスパターン１１１の露光量が適正値の３０ｍＪから２９ｍＪに変化した場合、モニタエリア７０１の露光量はその２５％であることから、モニタエリア７０１に対する露光量は７．２５ｍＪとなる。従ってこの場合、図３０より、１１０秒後に膜抜けが終了する。したがって、この膜抜けを検出して現像の終点とすることで、プロセス条件の変動にも対応することができる。
【０１６６】
（第１４の実施形態）
この実施形態は第９の実施形態と同様の構成を有する寸法モニタ装置を用い、図３２に示すように、各ホールの中心が成六角形の各頂点に位置するように配置してなるモニタパターン９０１をモニタする装置に関するものである。
【０１６７】
このモニタパターン９０１は、他の実施形態のものと同様に、１ショット内においてデバイス作成に寄与するエリアと分離して１０×１０μｍ2のエリアに配 置されている。
【０１６８】
図３３に、現像時間とモニタパターン９０１からの０次回折光の強度との関係を示す。この実施形態のモニタパターン９０１の場合、現像終点（６０秒後）での強度変化は余り大きくならないため、現像終点の直接検出は困難である。このため、この実施形態では、現像初期の強度変化の大きい部分を０次回折光検出器で強度検出し、その検出値から現像終点を予測するようにする。予測方法としては、例えば、強度のしきい値を１４０に設定し、このしきい値を超えた後５０秒後を現像の終点とする。
【０１６９】
このような構成によれば、現像終点で強度変化の少ないパターンを用いた場合でも、比較的正確に現像の終点を検出することができる効果がある。
【０１７０】
なお、本発明は上述した第１〜第１４の各実施形態に限定されるものではない。例えば、モニタパターンを構成する要素パターンの形状、繰り返しピッチ、繰り返し数等は、仕様に応じて適宜変更可能である。モニタパターンは、デバイスパターンに隣接してチップ有効部の空き領域に形成しても良いし、チップのダイシングライン等に形成しても良い。
【０１７１】
モニタパターンに照射する光は実施形態に用いたものに何等限定されるものではなく、レジストを感光しない波長の単波長光（若しくは狭帯域の光）であればよい。現像後のパターン検査においては、レジストを感光させない波長である必要はない。モニタパターンからの回折光を検出する手段は、ＣＣＤカメラに限定されず、強度変化を検出できるものであればよい。
【０１７２】
また、実施形態では、斜め照射で垂直方向に１次回折光の検出、又は垂直照射で垂直方向に０次回折光の検出を行ったが、斜め照射で斜め方向に０次回折光の検出、又は垂直照射で斜め方向に１次回折光の検出を行うようにしても良い。また、レジストに対する露光は必ずしも光に限らず、Ｘ線或いは電子ビームを用いることも可能である。
【０１７３】
また、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができることはいうまでもない。
【０１７４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、現像中又は現像後に、デバイスパターンや既加工パターンとは異なるモニタパターン、特に現像時間の経過によるに回折光の強度変化が大きいモニタパターンを用いてパターン評価を行うことにより、レジストパターンを短時間で高精度に検査することが可能となり、さらにこの検査を基に現像時間を制御することによって異なるウエハに対してもレジストパターンの精密な寸法制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を説明するためのもので、１次回折光を利用して現像後のパターン検査を行う際の装置構成例を示す図。
【図２】第１の実施形態におけるモニタパターンの例を示す図。
【図３】第１の実施形態における現像時間と１次回折光強度の関係を示す図。
【図４】理想的なピッチとライン幅の比と１次回折光回折強度との関係を示す図。
【図５】第２の実施形態を説明するためのもので、１次回折光を利用して現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図。
【図６】第２の実施形態におけるデバイスパターンとモニタパターンの例を示す図。
【図７】パターンの繰り返しピッチと検出角との関係を示す図。
【図８】第３の実施形態におけるデバイスパターンとモニタパターンの例を示す図。
【図９】第４の実施形態におけるモニタパターンと既加工パターンの例を示す図。
【図１０】第５の実施形態を説明するためのもので、０次回折光を利用して現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図。
【図１１】第５の実施形態におけるモニタパターンの例を示す図。
【図１２】第５の実施形態における現像時間と０次回折光強度との関係を示す図。
【図１３】第６の実施形態を説明するためのもので、０次回折光を利用して現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、第６の実施形態におけるモニタパターンの例を示す図。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は、第６の実施形態におけるモニタヘッドの位置決めを示す図。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、第６の実施形態におけるモニタパターンの検出例を示す図。
【図１７】第７の実施形態を説明するためのもので、０次回折光を利用して現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図。
【図１８】（ａ）、（ｂ）は、第７の実施形態において、０次回折光の光路を説明するための図。
【図１９】第８の実施形態を説明するためのもので、０次回折光を利用して現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図。
【図２０】第９の実施形態を説明するためのもので、この実施形態で用いるモニタエリアを示す概略図。
【図２１】第９の実施形態を説明するためのもので、０次回折光を利用して現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図。
【図２２】第９の実施形態において、図２０に示すモニタエリアからの０次回折光の強度とレジスト厚との関係を示す図。
【図２３】第１０の実施形態を説明するためのもので、０次回折光を利用して現像中にパターン検査を行う際の装置構成例を示す図。
【図２４】第１１の実施形態を説明するためのもので、図２０に示すモニタエリアからの０次回折光の強度とレジスト厚との関係を示す図。
【図２５】第１１の実施形態を説明するためのもので、レジスト厚と現像時間との関係を示す図。
【図２６】第１２の実施形態を説明するためのもので、２つの異なる波長の光を用いて検出した場合の０次回折光の強度とレジスト厚との関係を示す図。
【図２７】第１２の実施形態の他の測定例を説明するためのもので、２つの異なる波長の光を用いて検出した場合の０次回折光の強度とレジスト厚との関係を示す図。
【図２８】第１２の実施形態の他の測定例を説明するためのもので、２つの異なる波長の光を用いて検出した場合のレジスト厚と現像時間との関係を示す図。
【図２９】第１３の実施形態を説明するためのもので、レジスト厚と現像時間との関係を示す図。
【図３０】第１３の実施形態を説明するためのもので、露光量とレジストの抜け時間との関係を示す図。
【図３１】第１３の実施形態を説明するためのもので、露光量とレジストの抜け始め時間との関係を示す図。
【図３２】第１４の実施形態で用いるモニタパターンの例を示す図。
【図３３】第１４の実施形態を説明するためのもので、０次回折光の強度と露光時間との関係を示す図。
【符号の説明】
１００…ウエハ
１１０…レジスト
１１１…デバイスパターン
１１２…モニタパターン
２０１、３０１…入射光
２０２、３０２…０次回折光
２０３、３０３…１次回折光
２１０…ＣＣＤカメラ
２２０…パターン寸法評価部
２２０’…現像終点予測部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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