(57)【要約】【課題】フォーカス値やフォーカスズレ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】電子線照射によるレジストパターンのシュリンク量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。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シュリンク量を測定する。当該シュリンク量に対応するフォーカス値は、あらかじめ取得されているシュリンク量のフォーカス依存性から求める。フォーカスズレ量は、当該フォーカス値とベストフォーカス値との差から定めることができる。【選択図】図２
2009187967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置のフォーカス値と、当該フォーカス値での露光により基板上に形成されたレジストパターンの寸法を複数回測定することで得られた当該レジストパターンの収縮量との対応関係を用意する工程と、
露光装置の設定フォーカス値での露光により基板上に形成された前記レジストパターンの寸法を複数回測定する工程と、
前記測定結果から、前記レジストパターンの収縮量を求める工程と、
前記対応関係に基づいて、前記求めた収縮量に対応するフォーカス値を求める工程と
を備えるフォーカス測定方法。
【請求項２】
前記レジストパターンの寸法が、前記レジストパターンの同一部分に電子線を照射することによって複数回測定される請求項１記載のフォーカス測定方法。
【請求項３】
前記レジストパターンの収縮量を求める工程が、前記複数回測定した寸法から、前記電子線照射による前記レジストパターンの収縮量を算出する工程である請求項２記載のフォーカス測定方法。
【請求項４】
前記レジストパターンの収縮量が、前記寸法の初回の測定値から前記寸法の最終回の測定値を差し引くことにより算出される請求項３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の収縮量が飽和する回数に基づいて、前記レジストパターンの寸法の測定回数を予め決定する工程をさらに備える請求項２乃至４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、化学増幅型レジスト材料からなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフォーカス測定方法。
【請求項７】
前記レジストパターンが、孤立ラインパターンである請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフォーカス測定方法。
【請求項８】
ラインパターン幅が０．１５μｍ以下である請求項７記載のフォーカス測定方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のフォーカス測定方法により求めたフォーカス値に基づいてフォーカスズレ量を求める工程と、
前記求めたフォーカスズレ量に基づいて前記露光装置の設定フォーカス値を補正する工程と
設定フォーカス値を補正した前記露光装置により基板を露光する工程と
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
補正した設定フォーカス値を同一ロットに含まれる複数の基板について用いる請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてリソグラフィ工程において露光フォーカスを測定し調整する方法とそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【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レジスト膜にパターン化される。設計された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、レジスト上における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。半導体集積回路のフォトリソ工程中でフォーカスズレ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がある。
【０００３】
以下特許文献１に記載されるフォーカスずれの測定方法およびベストフォーカスの決定方法について概要を説明する。この手法では、レジスト膜に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ズレ量を検出する。図９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２００のトップ寸法２０１、孤立ラインパターン２００のボトム寸法２０２、孤立スペースパターン２１０のトップ寸法２０３、および孤立スペースパターン２１０のボトム寸法２０４を測定する。孤立ラインパターン２００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２１０において測定する寸法はスペース幅である。
【０００４】
図１０は、各寸法２０１〜２０４のフォーカス依存性を示す図である。図１０（ａ）が孤立ラインパターン２００のフォーカス依存性であり、図１０（ｂ）が孤立スペースパターン２１０のフォーカス依存性である。図１０（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２００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２０１からボトム寸法２０２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１０（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２１０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２０３からボトム寸法２０４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１０（ａ）、および図１０（ｂ）に示すグラフでは、縦軸の値がゼロとなるフォーカス値がそれぞれのパターン２００、２１０におけるベストフォーカス値と考えてよい。
【０００５】
図１１は、図１０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呼ぶ）のフォーカス依存性を示す図である。ここで、図１１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。図１１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傾きを持った変化を示す。図１１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２００と孤立スペースパターン２１０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。
【０００６】
したがって、半導体装置の露光工程において、半導体基板にパターンを露光する前に、まず、孤立ラインパターン２００と孤立スペースパターン２１０のトップ寸法２０１、２０３、およびボトム寸法２０２、２０４を測定し、その結果を計算して図１１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２００および孤立スペースパターン２１０のトップ寸法２０１、２０３、およびボトム寸法２０２、２０４を測定してそのシフトインデックスを計算し、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、フォーカスズレの有無およびフォーカスズレ量を容易に、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の寸法が微細化し続けており、その最小寸法は６５ｎｍあるいはそれ以下に達している。このような微細寸法を有する半導体素子を形成するためには例えば短波長のＡｒＦレーザー（波長１９３ｎｍ）を使用したエキシマリソグラフィーが使用される。それまでのノボラック樹脂を主体としたｉ線などのレジスト材料とは異なり、エキシマリソグラフィーに対応する化学増幅型レジストは、その化学的特質によって、レジスト寸法を測定するための電子線を浴びるとシュリンク（収縮）する。電子線照射によるシュリンクは従来から使用しているレジストについても生じているが、ＡｒＦ用レジストはアクリル系ポリマーを有するその化学的特質によって収縮量が特に大きくなる。上述のような電子線によるシュリンクは、レジスト中の残存溶媒の蒸発と電子線照射によるＰｏｌｙｍｅｒ結合の切断によって発生すると考えられる。このシュリンクによって測長値に誤差が生じれば、その分フォーカス測定の精度が悪化してしまうことになる。
【０００８】
また、ＡｒＦレーザーリソグラフィーを用いる製造プロセス世代では、レジストパターン幅自体が小さいのでシュリンク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。例えば約１００ｎｍ幅のＡｒＦラインパターンについて、同一箇所を１０回測定すると、その測定時の電子線照射によるシュリンクのため、１回目から１０回目までの測定値間に１．９ｎｍのばらつきが生じる。
【０００９】
さらに電子線の照射によりシュリンクが生じるので、測長と同時にパターンがシュリンクし、測長値に誤差が生じることになる。前述のように同一箇所を１０回測定したとき、１回目から１０回目までの間だけでなく、０回目から１回目の間でもシュリンクが生じていることになる。先の例であれば、０回目から１回目の間で１ｎｍのシュリンクが生じ、その結果、１０回の測定によるシュリンク量は合計で２．９ｎｍとなる。このため、実際のＡｒＦレジスト測長においては、予め作成されたシュリンク曲線を用いて、シュリンク前の測長値を測長装置が計算することが必要になっている。測長装置は、レジストパターンの収縮量と測長用電子線の走査回数との関係を表すシュリンク曲線を予め決定し、通常のパターン測長時に実測値をシュリンク曲線に乗せて、曲線が示す電子線走査回数のゼロ点での寸法を計算する。
【００１０】
もっとも、化学増幅型の高感度レジストを用いる最小寸法２５０ｎｍ以下の微細プロセス、特に６５ｎｍ、４５ｎｍのような１００ｎｍを切る微細寸法加工を要求されるプロセスでは、レジスト膜のシュリンクのためにフォーカス測定が困難になっていくことが懸念され、そのようなプロセスに適したフォーカス測定が望まれる。
【００１１】
そこで本発明は、シュリンク量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、正確かつ容易にフォーカス測定できる方法、およびそれを用いた半導体製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明では、露光により形成されたレジストパターンをｎ回繰り返し測定する。同一のパターンに対するｎ回目の寸法値から１回目の寸法値を引き算し、その差分から、繰返し測定により生じたレジストパターンのシュリンク量を求めることができる。フォーカス変動ごとにデータを取得し、フォーカス依存性のモデルデータを予め用意しておく。モデルデータ作成時に計測したパターン種、パターン幅で、シュリンク量を求める測定を行いモデルデータと比較し、そのシュリンク量がどのフォーカス値に位置するか逆算できる。
【００１３】
このように同一レジストパターンを繰り返し測定することでシュリンク変動の大きさからフォーカス依存性結果を参照し、ベストフォーカス値のズレ量を算出する。さらに、このように求められたフォーカス値からベストフォーカス値との差分を形成することが可能であり、上記フォーカス測定対象の露光におけるフォーカス補正量を求めることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シュリンク量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、およびフォーカスズレ量を求めることができる。そして、フォーカスズレ量に応じて、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、フォーカスズレの増大を抑制し、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】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。本発明では、電子線によるシュリンク量が化学増幅型レジストで大きいことに着目し、レジストパターン寸法の計測でシュリンク量を数値化し、当該数値化されたシュリンク量を利用して、露光装置のフォーカス算出を行うものである。シュリンク量の数値化は、測長ＳＥＭ（Secondary Electron Microscopy）の電子線によるレジストパターンの収縮を利用する。この実施形態では、レジストパターンの寸法測定箇所を固定してｎ回の繰返し測定を行い、その際の電子線照射により生じたシュリンク量を１回目の測定によるパターン寸法からｎ回目の測定によるパターン寸法を差し引くことにより計算する。
【００１６】
＜レジストパターンシュリンク量の測定、算出＞
図１は、微細なレジストパターンを測長ＳＥＭにより上方から観察したＳＥＭ画像写真を示す。この例は、半導体基板上に形成されたＫｒＦレジスト（露光波長２４８ｎｍ）の孤立パターンを対象とするものであり、そのラインパターン幅は０．１５μｍであり、隣接するパターンとは１μｍ以上離れている。
【００１７】
露光装置によってレジストパターンを作成する場合、露光装置の開口数ＮＡや波長がレジストパターンの最小寸法を定める上で主なパラメータとなる。露光装置ではレチクルを通過すると散乱光によって回折が起こる。その回折によってレジストパターンが形成されているが、その作成されるレジストパターンが微細になれば回折による一次光の干渉が起こり難い。配列ピッチの小さいＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅのパターンよりも、隣接するパターンと１μｍ以上離れている孤立パターンでは、回折角が大きくなり、現像で形成されたパターンもＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅのパターンより断面形状の変形が大きく、特にレジストのトップ部形状が電子線によるシュリンクを受けやすい形状となる。すなわち、パターンピッチを適切に設定することによって、シュリンク量が測定し易くなる。
【００１８】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、白の２本の点線で挟まれた領域Ａが、孤立ラインパターンを示している。いずれも０．１５μｍの線幅を有するパターンについてのものであり、図１（ａ）はマイナスフォーカス−０．５μｍの場合における形状を示し、図１（ｂ）はプラスフォーカス＋０．４μｍの場合における形状を示す。ここで、露光装置のフォーカス位置（焦点面）がレジストパターン上面にあるときを基準として、マイナスフォーカスは焦点面が基板から離れる側にある場合、プラスフォーカスは焦点面が基板に近づく側にある場合の値である。
【００１９】
レジストパターンのエッジ（図上の白の点線）を検出するため、例えば閾値法のようなエッジ検出手法を用いることができる。閾値法は、ＳＥＭ画像の２次電子信号検出でエッジ付近の信号強度の最大値、最小値を求め、その間に閾値を設定し、その閾値と信号との交点位置からエッジを定める手法である。このようなエッジ検出により、孤立ラインパターンの寸法を測定することができる。
【００２０】
シュリンク量は、複数回のパターン幅寸法測定によって定める。孤立ラインパターン上の同一箇所についてパターン幅寸法測定をｎ回繰返し行う。この場合、シュリンク量は、１回目に測長したパターン幅から、ｎ回目に測長したパターン幅を引いた値として定めることができる。異なる複数のフォーカス値それぞれに対して、そのシュリンク量を定めることで、シュリンク量のフォーカス値に対する依存性が得られる。露光装置においてフォーカス値を変化させ、そのフォーカス値での露光後、現像したレジストパターンに対してパターン幅寸法をｎ回測定する。各フォーカス値に対してパターン幅寸法をｎ回測定し、各フォーカス値に対するシュリンク量をそれぞれ算出する。
【００２１】
＜レジストパターンのシュリンク量とフォーカス設定値との関係＞
図２は、図１に示した孤立ラインレジストパターンについて測定されたシュリンク量の、露光装置上でのフォーカス設定値に対する依存性（以下、フォーカス依存性という）の一例を示すグラフである。図２はラインパターンのボトム寸法を測定した値で、横軸がフォーカス値を示し、縦軸がシュリンク量Δを示す。図２に示すようにレジストパターン幅のシュリンク量は見かけ上フォーカス値に依存しており、本発明者らはこのような依存性を見いだした。フォーカス値がマイナス側からプラス側へシフトするにしたがって、シュリンク量は小さくなる傾向を示している。フォーカス値をプラス側へシフトさせると、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し、マイナス側へシフトさせると、焦点面が基板へ近づく方向へ移動する。フォーカス値は、このように露光装置のフォーカス位置の移動量を制御するため、露光装置に設定されるパラメータである。
【００２２】
フォーカスズレ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）のシュリンク量のフォーカス依存性（図２）は、各露光装置、各半導体集積回路装置、各フォトマスクパターンレイヤに対して取得される。図２に示すフォーカス依存性を取得するためには具体的に次のようにする。まず、半導体基板上に形成されたレジスト膜が、フォーカスズレ測定用パターンを含むマスクを用いて、ショット毎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寸法を測長装置のチャンバー内で電子線を走査してｎ回測定することによりシュリンク量Δを算出する。これにより、露光装置のフォーカス値と、当該フォーカス値での露光により基板上に形成されたレジストパターンのシュリンク量Δとの対応関係が得られる。その対応関係のデータから、図２に示したようにシュリンク量Δのフォーカス設定値依存性を示す曲線を作成することができる。
【００２３】
図３は電子線照射回数を異ならせた場合のシュリンク量のフォーカス依存性を示す。図３において、横軸はフォーカス値を示し、縦軸は孤立ラインレジストパターンのシュリンク量を示す。複数の異なる電子線照射回数に対しシュリンク量のフォーカス依存性のデータを取得することで、最適測定回数を決定することができる。同一レジストパターンの同一箇所に電子線を走査する事によってパターン寸法を測定し、１回目の寸法測定結果よりｋ回目の寸法測定結果を引き算しシュリンク量を算出する。露光装置の各フォーカス設定値でレジストパターンをｋ回寸法測定し、算出シュリンク値と当該フォーカス値よりその関係を示す近似直線を取得する。レジストパターンに電子線を照射する回数が増加すると、ある回数以上でほとんどレジストパターンがシュリンクしなくなってくる。このとき、ｋ回目の測定とｋ−１回目の測定とにおいて、近似直線の傾きに変化がなくなってくる。すなわち、近似直線の傾きに変化がなくなった場合、それ以上の電子線照射でシュリンク量に変化がないということであり、このときに最大のシュリンク量の値が得られ、もっとも測定感度が高くなる。したがってｋ−１回測定することが最適なシュリンク量の測定回数ということになるので、シュリンク量算出のためのレジストパターンの自動測長はｎ＝ｋ−１回の測長とし、その回数を決定することができる。
【００２４】
このように傾きが飽和する最小回数の電子線照射のｋ−１回を自動測長回数に設定すると、シュリンク量算出時間を短縮することができる。パターン寸法のシュリンク量はレジストにより異なるため、図２に示すようなシュリンク量のフォーカス設定値依存性の基礎データはレジストの種類や膜厚などの別に取得する必要があり、パターン寸法の測定時間が非常に大きくなるので上記のように必要最小限の測定で止めるように測定回数を決定することは非常に有効である。
【００２５】
＜シュリンク量のフォーカス設定値依存性＞
図４はフォーカス設定値によって、露光、現像されたレジスト膜パターンの断面形状が変化することを説明するための図である。図４（ａ）はマイナスフォーカス側のレジスト断面形状を示し、図４（ｂ）はプラスフォーカス側のレジスト断面形状を示す。図２に示したようなフォーカス依存性が認められるは次のような理由によると推定される。すなわち、フォーカス設定値によって現像されたレジスト膜の断面形状が変化し、レジストのトップ部やボトム部エッジ（端部）コーナーの角度が変化し、コーナー部を形成するレジスト材料の値も変化する。したがってコーナー部のレジスト材料が多い場合と少ない場合とで、同一量の電子線照射をしても変形の程度が異なり、このため、フォーカス設定値によってシュリンク量に差が生じる。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、マイナスフォーカス側でのレジストパターンの形状は、ボトム部の寸法＜トップ部の寸法となる形状（逆テーパー形状）となる。このレジストパターンに電子線を照射し、走査して測長すると、レジスト形状のトップ部がシュリンクすることになる。図１（ａ）はマイナスフォーカスの時のＳＥＭパターン像であり、トップ部付近を表示している。図４（ａ）のレジストを閾値法により寸法測定する場合、第１回目にトップ部の寸法１０１を計測する結果となる。その後、測長を繰り返すことで、図４（ａ）のレジスト形状はトップ部が電子線照射によって収縮する。トップ部のパターン幅は寸法１０１から寸法１０３へと変化し、それによって測定値にも変化が生じる。マイナスフォーカス側では、マイナスフォーカスになるほどトップ部の幅が広く、ボトム部の幅が小さく、ボトムに対するトップ寸法比が大きくなるので、トップ部のコーナー部の角度が急峻になり、シュリンク量も大きくなる。しかし、トップの寸法１０１とボトム部の寸法１０５の比が大きくなりすぎると、パターンが倒れてしまうこともある。
【００２７】
これに対し、図４（ｂ）に示すように、プラスフォーカス側のレジストパターン形状はボトム部の寸法＞トップ部の寸法となる形状（順テーパー形状）となる。図１（ｂ）はこの場合のＳＥＭ像であり、レジストパターン形状が順テーパー形状であるため、その斜面を表示している。電子線を照射して閾値法でレジストパターンを測定する場合、ボトム部の寸法１０２が測定される。ボトム部は、下地との密着性がよく電子線照射によるシュリンク量が小さい。プラスフォーカスの場合、トップ部の幅が寸法１０６から寸法１０７のように大きく変化するのに対してボトム部は寸法１０２から寸法１０４へ若干収縮するだけである。定性的には、レジストパターン寸法のシュリンク量のフォーカス依存性をこのように理解することができる。
【００２８】
＜フォーカスズレ量の算出＞
以上のようにシュリンク量Δのフォーカス設定値依存性を示す曲線を作成できる。この曲線に対応するフォトリソグラフィー工程におけるベストフォーカス値が決定されている状態では、実際の半導体基板上に形成されたレジストパターン（フォーカスズレ測定用孤立ラインパターン、集積回路素子パターンなど）のフォーカスズレ量を次のように算出することができる。まずレジスト膜が形成された半導体基板に、作成した曲線に対応するものと同一の露光装置、レジスト材料、測長パターンを用い、所定のフォーカス値を設定してフォーカスズレ測定対象の露光が行われる。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）の寸法を電子線で走査して、シュリンク量Δのフォーカス設定値依存性曲線を作成したときと同一のｎ回測定することでシュリンク量が算出される。続いて、あらかじめ取得されているシュリンク量のフォーカス依存性曲線に基づいて、測定、算出されたシュリンク量に対応するフォーカス値を求める。
【００２９】
このとき、算出されたフォーカス値が、あらかじめ取得されたシュリンク量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、フォーカスズレ測定対象の露光においてフォーカスズレ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シュリンク量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、フォーカスズレ測定対象の露光においてフォーカスズレが発生していたことになる。測定対象レジストパターンにおいて測定、算出されたシュリンク量に対応するフォーカス値が、例えば−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、算出されたシュリンク量に対応するフォーカス値が、０．０μｍや−０．３μｍ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、フォーカスズレが発生していたと判断できる。
【００３０】
上にベストフォーカスを述べたが、このベストフォーカスは次のように求めることができる。すなわち、露光装置における設定フォーカス値をマイナスフォーカスからプラスフォーカスに変動させて、それぞれのフォーカス値に対応するレジストラインパターンのトップ寸法又はボトム寸法を測定し、横軸に露光装置の設定フォーカス値、縦軸にレジストパターン寸法測定値をとって関係を求める。この関係は一般に２次曲線となるが、半導体集積回路の素子として適合する設計ターゲット寸法となる縦軸座標値Ａを中心とし、前記２次曲線上でＡ±１０％の縦軸座標に対応する２個のフォーカス値の平均値をベストフォーカスと定義する。こうしたベストフォーカス値は、同一構造、同一機種を有する露光装置であっても微妙に異なるので露光装置毎に求めることになる。
【００３１】
本実施形態の方法においては、図２に示したように、シュリンク量は孤立のラインパターンのみを測定することでリソグラフィのフォーカスマージン（ＤＯＦ：焦点深度）範囲内のフォーカス依存性を取得できる。特許文献１に記載の方法などこれまでのフォーカス変動を検知する手法では、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両方でしかもトップ部とボトム部の計測を必要とする。また寸法計測のために電子線を孤立スペースパターンと孤立ラインパターンの両方にアライメントするアライメント時間も必要となる。この方法では、孤立スペースパターンと孤立ラインパターンの両方のフォーカス依存性を取得し、その両方の依存性をあわせてフォーカス変動を検知しなければならないのでその作業時間、工数が本実施形態によるフォーカスズレ検出方法と比較してかなり多くなるが、本実施形態の方法では上記の作業量が大幅に減少するという利点がある。以上のように本実施形態によれば半導体集積回路装置を製造する露光工程におけるフォーカスズレの有無を容易に検出することができる。
【００３２】
＜孤立ラインパターンの寸法＞
図５は、孤立ラインパターンのシュリンク量のフォーカス設定値依存性を、ラインパターン幅をパラメータとして示したグラフである。各幅のラインパターンは同一レジスト材料にて形成したものである。図５よりレジストパターン幅の違いでシュリンク量の変動が異なることが分かる。０．２１μｍ、０．１８μｍでシュリンク量のフォーカス変動が少ないのに対して、露光装置、使用レジストで解像できる最小パターン幅０．１５μｍではシュリンクの変動が顕著になる。このことから実際の半導体集積回路の製造において使用できる条件範囲内で最も小さいリソグラフィマージン範囲内にあるパターン幅がフォーカスの変動に対して最も大きいシュリンク量変動をもつことがわかる。
【００３３】
図６はレジストパターンのシュリンク量に関するフォーカス依存性を露光機別に示す図である。図６（ａ）と図６（ｂ）は、それぞれ同じ型式の露光装置で露光しているものの、両者は別号機である。図６に示すように、フォーカス依存性を示す曲線の傾きは、露光装置の機差に依存せず一定となる。各曲線に対して２次曲線近似を行うと、シュリンク量が同等であることが理解される。これに対し、シュリンク量に関するフォーカス依存性曲線の傾きは、レジスト材料には依存する。
【００３４】
なお、上述の実施形態では、フォーカス測定用レジストパターンとして、順テーパー形状や逆テーパー形状を有するラインパターンを用いていた。しかしながら、レジストパターンはラインパターンだけでなく、ライン、スペース、ドット、ホールやその他のパターンでも、シュリンク量にフォーカス依存性があれば、フォーカス変動を検知することができる。
【００３５】
（実施形態２）
以下に第１の実施の形態で説明したフォーカス測定方法、フォーカスズレ量算出方法を用いた露光現像システム、この露光システムの使用を含めたフォトリソグラフィー工程についての第２の実施の形態について説明する。
【００３６】
図７は本実施形態における露光システムの概略構成を示すブロック図である。露光システム１は、そのリソグラフィ工程においてフォーカス測定、フォーカスズレ量算出工程を含む露光現像を行う。図７に示すように、露光システム１は、露光装置２、現像装置３、電子ビーム測長装置４、およびフォーカス測定装置５を備える。フォーカス測定装置５は、シュリンク量算出部６、フォーカス値算出部７、フォーカスズレ量算出部８、次回フォーカス値フィードバック部９、および記憶部１０を備えている。記憶部１０は、上述したシュリンク量のフォーカス依存性を表すデータベースや、ベストフォーカス値のデータを格納している。
【００３７】
ある特定のロットのフォトリソグラフィー工程において、露光条件を確認するための先行ウエハを用いて、予め決定しておいた露光条件で指定の露光装置２により通常露光を行う。次に、現像装置３でレジストを現像した後、フォーカスあるいはフォーカスズレ算出用パターンの同一箇所につき、電子ビーム測長装置４で寸法測定を複数回行う。その際、測長装置４は、測長結果データをシュリンク量算出部６へ出力する。シュリンク量算出部６は、複数回の測長結果データから電子線照射によるシュリンク量を算出し、フォーカス値算出部７に渡す。フォーカス値算出部７は、記憶部１０に格納されているフォーカス依存性データベースを参照し、シュリンク量算出部６から供給されたシュリンク量に対応するフォーカス値を取得する。フォーカスズレ量算出部８は、フォーカス値算出部７により得られたフォーカス値と、記憶部１０から読み出したベストフォーカス値とを比較し、両者の差からフォーカスズレ量を算出する。次回フォーカス値フィードバック部９は、フォーカスズレ量算出部８により得られたフォーカスズレ量に基づいて露光工程の合否を判定するとともに、そのフォーカスズレ量を露光装置にフィードバックする。これにより、ロットの品質向上を図ることが可能となる。
【００３８】
図８は上述の露光システムを使用して行うフォトリソグラフィー工程を説明するためのフローチャートである。まず、フォーカス測定用レジストパターンにおけるシュリンク量Δとフォーカス設定値との対応関係を取得し（Ｓ１）、予め露光システム１の記憶部１０に格納する。次に、実際の半導体集積回路パターンを形成する露光を行う前に、フォーカス変動を検知する対象ウエハについて露光及び現像を行う（Ｓ２）。現像後のある特定のパターンについてシュリンク量をインラインまたはオフラインで測定する（Ｓ３）。その測定されたシュリンク量に対応するフォーカス値を予め記憶部１０に格納した対応関係から取得する（Ｓ４）。取得したフォーカス値のベストフォーカスからのフォーカスズレ量を算出する（Ｓ５）。次に、露光装置のフォーカス設定値をフォーカスズレ量分だけ、あるいはフォーカスズレ量を反映した値だけ補正し、次露光の最適フォーカス値を設定する（Ｓ６）。そして実際の半導体集積回路パターンを形成すべき１ロットに含まれる全ウエハ（半導体基板）を露光する。１ロットのウエハ全部について露光終了し、次に露光処理すべきロットがあるかどうかを判定する（Ｓ７）。次に露光処理すべきロットがなければ処理は終了し、ロットがある場合はステップＳ２以降を繰り返す。
【００３９】
このようにフォーカス値を露光装置にフィードバックすることにより、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。なお、このフィードバックは、ある露光装置における処理ロット単位、又はある露光装置で処理される特定プロセスの処理ロット単位で行うことが望ましい。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態におけるフォーカス測定方法、フォーカスズレ量算出方法は、ＫｒＦやＡｒＦなどエキシマリソグラフィーで使用される化学増幅型レジストのような、パターン寸法測定時に用いる電子ビーム照射によって変形、収縮しやすく、正確なパターン寸法測定、したがって露光のフォーカス値測定、フォーカスズレ量算出が容易できないレジスト材料であっても正確に測定算出できる。そして高精度な微細パターン形成ができるので、特に９０ｎｍプロセスノードより微細な６５ｎｍ、４５ｎｍプロセスにも有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、シュリンク量のフォーカス依存性が顕著となるような微細なレジストパターンを形成する状況下で、フォーカスズレ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】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態におけるシュリンクの測定パターンを示すＳＥＭ写真を示す図
【図２】本発明の一実施形態におけるシュリンク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電子ビーム照射回数によるフォーカス依存性の変化を示す図
【図４】本発明の一実施形態におけるレジストパターンの測定によるシュリンク概略図
【図５】本発明の一実施形態におけるシュリンクのフォーカス依存性のライン幅に対する変化を示す図
【図６】本発明の一実施形態におけるシュリンクのフォーカス依存性を露光機別に示す図
【図７】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８】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９】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１０】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１１】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】
【００４３】
１  露光システム
２  露光装置
３  現像装置
４  電子ビーム測長装置
５  フォーカス測定装置
６  シュリンク量算出部
７  フォーカス値算出部
８  フォーカスズレ量算出部
９  次回フォーカス値フィードバック部
１０  記憶部
【図２】
2009187967.tif 000003
【図３】
2009187967.tif 000004
【図４】
2009187967.tif 000005
【図５】
2009187967.tif 000006
【図６】
2009187967.tif 000007
【図７】
2009187967.tif 000008
【図８】
2009187967.tif 000009
【図９】
2009187967.tif 000010
【図１０】
2009187967.tif 000011
【図１１】
2009187967.tif 000012
【図１】
2009187967.tif 000013