JP2007184378A - 露光装置における露光量および／または焦点合わせのための基板の位置を求める方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光量オフセット量およびフォーカスオフセット量の少なくとも一方を求める新規な技術を提供する。
【解決手段】露光量、および位置のうち少なくとも一方の各値に関して露光装置を用いて基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第１ステップと、第１ステップの情報と、露光装置における露光量、および焦点合せのための基板の位置のうち少なくとも一方の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成する第２ステップと、露光量、および焦点合せのための基板の位置をそれぞれ既知の値として露光装置を用いて基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第３ステップと、第３ステップの情報とライブラリの情報とに基づき、露光量、および焦点合せのための基板の位置のうち少なくとも一方のオフセット量を求める第４ステップとを有することを特徴とする方法を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、露光装置における露光量および焦点合わせのための基板の位置の少なくとも一方を求める技術に関する。

マスク上のＬＳＩパターンをウェハ上に転写するパターン露光技術では、転写できるパターンの微細化だけでなく高生産性が要求されている。そして、露光装置における露光工程において、プロセス毎、あるいは、露光レイヤー毎に、フォーカス又は露光量などの露光条件の最適な値を決定し、ウェハを露光する。

露光条件（フォーカス及び露光量）は、形状測定装置、例えば、走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で所定のレジストパターン形状を測定して決定される。この場合、レジストパターン形状だけでなく、エッチング後のパターン形状の測定も行い、両者とを比較する。しかしながら、様々な誤差により、両者の測定値に差が生まれ、ＣＤエラーや製造の歩留まりの低下などが発生する場合がある。ここでの誤差とは、レジストの屈折率と膜厚、露光装置の露光制御、フォーカス制御、現像時間、現像液の特性、ホットプレートの不均一性、ＰＥＢ温度、時間及びレチクルの製作誤差（ＣＤ、平坦度）等をさす。

そこで、レジストの屈折率と膜厚を設定する手段と、それに基づいて露光量を演算及び制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照のこと）。また、マスク誤差に対して、露光量を調節することでウェハのＣＤ誤差を改善する提案がされている（例えば、特許文献２参照のこと）。そして、ＣＤ変動がウェハに対して概ね同心円状で発生している場合をあげ、ウェハ中心からの距離と露光量との関数を作成し、ショットごとに露光量を調整する提案が行われている（例えば、特許文献３参照のこと）。さらに、露光結果のウェハ全面、ショット全面のＣＤ計測値から、各ショットの露光量マップを作成し、そのマップに従って露光量を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照のこと）。

しかしながら、微細化の要求のために露光装置の投影光学系の開口数ＮＡは、徐々に高い値となる。そして、それに伴う焦点深度ＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）は、徐々に狭くなっており、例えば、９０ｎｍの線幅のパターンのＤＯＦは、線幅変化の１０％を許容するとしても２００ｎｍ程度となっている。

この狭いＤＯＦのため、これまでの露光量だけを変化させるＣＤ値の制御でなく、フォーカス値も変化させて露光条件をＥＤウインドウの中心とする設定方法が求められている。

しかしながら、特許文献１乃至４においては、露光量に関しては、様々な誤差に対して対応したものが提案されているが、フォーカスに対する効果的な方法の提案は、行われていなかった。これは、ＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍａｔｒｉｘ）パターンの様にフォーカスを微小量ずつ変更して露光を行うことをせず、一つの露光条件による露光結果から、フォーカスのずれ量を求める手法が確立していなかったためである。その理由の一つは、ＣＤ計測にＣＤ−ＳＥＭが使用されている点にある。すなわち、一つのマークのＣＤ計測からは、ＣＤ値という一つの計測結果しか得られない点にある。従って、特許文献１乃至４には、転写できるパターンの最適化には限界があった。そこで、露光装置での露光量のオフセット量及びフォーカス（基板位置）のオフセット量を求める方法が提案されている（例えば、特許文献５参照のこと）。特許文献５の方法は、露光量オフセット量及びフォーカス（基板位置）のオフセット量とパターンの光強度信号波形との対応関係をライブラリ化する。そして、ある露光量及びフォーカスで得られたパターンの光強度信号波形を計測する。その後、計測された光強度信号波形からライブラリに基づいて、露光量オフセット量およびフォーカスオフセット量を求めている。
特開昭６２−１３２３１８号公報 特開平１０−０３２１６０号公報 特開平１０−０６４８０１号公報 特開２００５−０９４０１５号公報 特開２００３−１４２３９７号公報

しかしながら、特許文献５の方法は、露光量オフセット量及びフォーカスオフセット量を求めるための上記ライブラリを作成するのが非常に煩雑である。。

そこで、本発明は、上記背景技術を考慮し、露光量オフセット量およびフォーカスオフセット量の少なくとも一方を求める新規な技術を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての方法は、原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量、および前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置のオフセット量のうち少なくとも一方を求める方法であって、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の各値に関して前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第１ステップと、前記第１ステップで取得された前記形状の情報と、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成する第２ステップと、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置をそれぞれ既知の値として前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第３ステップと、前記第３ステップで取得された前記形状の情報と前記ライブラリの情報とに基づき、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方のオフセット量を求める第４ステップとを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての処理装置は、原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量、および前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置のオフセット量のうち少なくとも一方を求める処理装置であって、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の各値に関して前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第１手段と、前記第１手段により取得された前記形状の情報と、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成する第２手段と、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置をそれぞれ既知の値として前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第３手段と、前記第３手段により取得された前記形状の情報と前記ライブラリの情報とに基づき、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方のオフセット量を求める第４手段とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、原版を介して基板を露光する露光装置であって、上記処理装置を有することを特徴とする。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上記方法又は装置を用いて求められたオフセット量の情報に基づき、原版を介して基板を露光する露光ステップを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上記露光装置を用いて原版を介し基板を露光する露光ステップを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としてのプログラムは、原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量、および前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置のオフセット量のうち少なくとも一方を求める方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであって、前記方法は、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の各値に関して前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第１ステップと、前記第１ステップで取得された前記形状の情報と、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成する第２ステップと、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置をそれぞれ既知の値として前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第３ステップと、前記第３ステップで取得された前記形状の情報と前記ライブラリの情報とに基づき、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方のオフセット量を求める第４ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、露光量オフセット量およびフォーカスオフセット量の少なくとも一方を求める新規な技術を提供することができる。

以下、図１を参照して、半導体製造システムを説明する。ここで、図１は、第１の実施例に関る半導体製造システムである。

半導体製造システムは、複数の露光装置（図では露光装置１及び２）と形状測定装置（又は、分光特性測定器）３、中央処理装置４、データベース５を含み、これらがＬＡＮ６（例えば社内ＬＡＮ）により接続された構成を有する。

露光装置１及び２は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０に形成された回路パターンをウェハ４０に露光する投影露光装置である。露光装置１の詳細については後述する。

形状測定装置（取得部）３は、基板に露光されたパターンの形状の情報取得する。つまり、形状測定装置３は、例えば、走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が用いられ、所定のレジストパターン形状を測定する。この場合、分光特性測定器を用いてもよく、分光特性測定器は、基板に露光されたパターンから得られる分光特性の情報を取得する。

中央処理装置（作成部、第１の算出部及び第２の算出部）（ＰＣ／ＷＳ）４は、取得した形状又は／及び分光特性の情報と、露光時のフォーカス又は／及び露光量との相関をＫＬ展開を用いて作成する。また、中央処理装置４は、相関に基づき、パターンの幅の、基準値からのずれ量を算出する。さらに、中央処理装置４は、相関及びずれ量の情報に基づいて、露光量又はフォーカスのオフセット量を算出する。また、半導体露光装置１、２及び形状測定装置３からの各種計測値等を吸い上げ、データベース５は、係る各種計測値等のデータをデータベース化して保存する。そして、半導体露光装置１及び２が量産稼働する間に、中央処理装置４は、パラメータ値の最適化を行い、半導体露光装置１及び２に通知する。

このように、半導体製造システムは、露光量のオフセット量だけでなく、フォーカスのオフセット量も計測しているため、より高精度に計測することができる。また、半導体製造システムは、形状の情報及び前記ずれ量の情報に基づいて、露光量及びフォーカスのオフセット量を算出しているため、ＣＤに影響する外的要因の変動があった場合でも、ライブラリを適宜更新する必要がない。そのため、基板の高い生産性を確保することができる。

以下、図２を参照して、露光装置１を説明する。ここで、図２は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略ブロック図である。

露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０に形成された回路パターンをウェハ４０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適である。露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、ウェハ４０を載置するウェハステージ４５と、フォーカスチルト検出系５０と、制御部６０とを有する。制御部６０は、ＣＰＵやメモリを有し、照明装置１０、レチクルステージ２５、ウェハステージ４５、フォーカスチルト検出系５０と電気的に接続され、露光装置１の動作を制御する。制御部６０は、本実施例では、後述するフォーカスチルト検出系５０がウェハ４０の表面位置を検出する際に用いる光の波長を最適に設定するための演算及び制御も行う。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。

光源部１２は、例えば、レーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができる。しかしながら、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用してもよい。

照明光学系１４は、光源部１２から射出した光束を用いて被照明面を照明する光学系であり、本実施例では、光束を露光に最適な所定の形状の露光スリットに成形し、レチクル２０を照明する。照明光学系１４は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含み、例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で配置する。照明光学系１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

レチクル２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージ２５に支持及び駆動されている。レチクル２０から発せられた回折光は、投影光学系３０を通り、ウェハ４０上に投影される。レチクル２０とウェハ４０とは、光学的に共役の関係に配置される。レチクル２０とウェハ４０を縮小倍率比の速度比で走査することによりレチクル２０のパターンをウェハ４０上に転写する。なお、露光装置１には、光斜入射系のレチクル検出手段７０が設けられており、レチクル２０は、レチクル検出手段７０によって位置が検出され、所定の位置に配置される。

レチクルステージ２５は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ２５を駆動することでレチクル２０を移動させることができる。

投影光学系３０は、物体面からの光束を像面に結像する機能を有し、本実施例では、レチクル２０に形成されたパターンを経た回折光をウェハ４０上に結像する。投影光学系３０ｆは、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と凹面鏡とを有する光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

ウェハ４０は、被処理体であり、フォトレジストが基板上に塗布されている。なお、本実施形態では、ウェハ４０は、フォーカスチルト検出系５０が位置を検出する被検出体でもある。ウェハ４０は、別の実施形態では、液晶基板やその他の被処理体に置換される。

ウェハステージ４５は、図示しないウェハチャックによってウェハ４０を支持する。ウェハステージ４５は、レチクルステージ２５と同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウェハ４０を移動させる。また、レチクルステージ２５の位置とウェハステージ４５の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。レチクルステージ２５及び投影光学系３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

フォーカスチルト検出系５０は、本実施形態では、光学的な計測システムを用いて、露光中のウェハ４０の表面位置（Ｚ軸方向）の位置情報を検出する。フォーカスチルト検出系５０は、ウェハ４０上の複数の計測すべき計測点に光束を入射し、各々の光束を個別のセンサに導き、異なる位置の位置情報（計測結果）から露光する面のチルトを検出する。

フォーカスチルト検出系５０は、図２に示すように、ウェハ４０の表面に対して高入射角度で光束を入射させる照明部５２と、ウェハ４０の表面で反射した反射光の像ずれを検出する検出部５４と、演算部とを有する。照明部５２は、光源と、光合成手段と、パターン板と、結像レンズと、ミラーとを有する。検出部５４は、ミラーと、レンズと、光分波手段と、受光器とを有する。

尚、露光装置１は、図１に示す半導体製造システムの形状測定装置（分光特性測定器）３、中央処理装置４及びデータベース５の機能を有しても良い。この場合、露光装置１に内蔵される形状測定装置は、基板に露光されたパターンの形状の情報取得する。また、分光特性測定器の機能を有してもよく、分光特性測定器の場合は、基板に露光されたパターンから得られる分光特性の情報を取得する。

露光装置１に内蔵される中央処理装置は、取得した形状又は／及び分光特性の情報と、露光時のフォーカス又は／及び露光量との相関をＫＬ展開を用いて作成する。また、中央処理装置は、相関に基づき、パターンの幅の、基準値からのずれ量を算出する。さらに、中央処理装置は、相関及びずれ量の情報に基づいて、露光量又はフォーカスのオフセット量を算出する。

この場合、露光装置１は、露光量のオフセット量だけでなく、フォーカスのオフセット量も計測しているため、より高精度に計測することができる。また、露光装置１は、形状の情報及び前記ずれ量の情報に基づいて、露光量及びフォーカスのオフセット量を算出しているため、ＣＤに影響する外的要因の変動があった場合でも、ライブラリを適宜更新する必要がない。そのため、基板の高い生産性を確保することができる。そのため、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

以下、図３を参照して、本実施形態である露光方法（デバイス製造方法）５００について説明する。ここで、図３は、本実施形態である露光方法５００を示すフローチャートである。

露光方法５００は、露光装置１における露光量の第１のオフセット量、および露光装置における焦点合わせのための基板の位置の第２のオフセット量のうち少なくとも第２のオフセット量を求めて基板を露光する。

測定のシーケンスは大きく分けて２つに分類することができる。一つは、フォーカス、及び露光量とＦＥＭパターンを構成する各ショットから得られる立体形状、あるいは分光特性との関連付けをおこないライブラリを作製するシーケンスである。この場合、ＦＥＭパターンが露光されたテストウェハの作製、及びそのテストウェハを用いた最適露光条件の設定、及び多変量解析手法によりライブラリを作製する。ここで、ＦＥＭパターンとは、フォーカス値、露光量を露光パラメータとしてマトリックス状に複数ショットが１枚のウェハ上に露光されているパターンをさす。もう一つは、量産ウェハの露光をおこない、量産ウェハ上に露光されたレジストパターンの形状、または分光特性を測定し、前記ライブラリと照合し、フォーカス、及び露光量の最適露光条件からのずれ量を求めるシーケンスである。

最初にＦＥＭパターンが露光されるテストウェハでのシーケンスを説明する。

まず、ウェハにレジストが塗布される（ステップ５０１）。レジストを塗布されたウェハは、レジストの特性を安定化させるためにＰｒｅ−Ｂａｋｅが施される（ステップ５０２）。続いて、ウェハは露光装置に運ばれ、ＦＥＭパターンがウェハ上に露光される（ステップ５０３）。次にウェハは、ＰＥＢ（ステップ５０４）、現像（ステップ５０５）が行われ、テストウェハ上にＦＥＭパターンが形成される。

そして、露光装置１を用いて基板上に露光されたパターンの形状若しくはパターンから得られる分光特性の情報を取得する。つまり、そのＦＥＭパターンを形成する各ショット内の、レジストパターンの立体形状（線幅、高さ、及び側壁角度）を形状測定器、例えばＳｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙを用いた光ＣＤ測定器で測定する（ステップ５０６）。図４は、ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した図である。図４に示すＦＥＭパターンは、縦軸方向にフォーカスを変化させ、横軸方向に露光量を変化させて各ショットの露光をおこなう。例えば、上記光ＣＤ測定器にて、図４に示すＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの立体形状である線幅、高さ、側壁角度を測定、または分光特性を測定する。図５に、ＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの立体形状測定値と、フォーカス値、及び露光量を示した表を示す。これらの立体形状測定値と露光条件（フォーカス、露光量）の関係により、量産ウェハ上に実素子レジストパターンが露光される際の、最適フォーカス値、及び最適露光量の位置を求める（ステップ５０７）。そして、後述する量産ウェハ上に実素子レジストパターンが露光される際（ステップ５１１）の最適露光条件として用いる。その一方で、露光条件（フォーカス、露光量）とＦＥＭパターンの各ショットのレジストパターンから得られる立体形状、及び分光特性との関係を多変量解析手法を用いて関係式（以下、ライブラリと呼ぶ）を作製する（ステップ５０８）。この場合、取得した形状又は／及び分光特性の情報と、露光時のフォーカス又は／及び露光量との相関をＫＬ展開を用いて作成する。つまり、露光量に関する相関は、多項式近似、Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ、あるいはＫＬ展開の内少なくとも１つを用いて作製し、フォーカスに関する相関は、ＫＬ展開を用いて作製する。

以下、ライブラリの作製について詳述する。

まず最初に、露光量のずれ量を求める際に用いるライブラリの作製方法について述べる。テストウェハ上に作製したＦＥＭパターンの立体形状測定値（図５参照）から、露光量と線幅（例えばｍｃｄ）の関係を示す関係式を作製する。図６に示すＦＥＭパターンの太枠で囲った領域の複数パターンの線幅の変化と、露光量の関係を数式化する。ここで、図６は、ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した平面図である。図７は、図６の太枠領域から求めた線幅と露光量の関係を示すグラフである。露光量と線幅の関係を多項式近似により求め、その近似式を、以下、数式１とする。

この近似式を、ステップ５１５及びステップ５１６において露光量の最適値からのずれ量を求めるための第１のライブラリを構成する第１の関係式として、記憶装置に記憶する。

続いて、図８に示すＦＥＭパターンの太枠で囲った領域の複数パターンの線幅の変化と、フォーカスの関係を数式化する。ここで、図８は、ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した平面図である。図９は、図８の太枠領域から求めた線幅とフォーカスの関係を示すグラフである。この場合、線幅とフォーカスの関係を多項式近似により求め、その近似式を以下、数式２とする。

この近似式を、ステップ５１５及びステップ５１６において露光量の最適値からのずれ量を求めるための第１のライブラリを構成する第２の関係式として、記憶装置に記憶する。

続いて、フォーカスのずれ量を求める際に用いるライブラリの作成手順を述べる。

図１０は、図４に示すＦＥＭパターンを構成するショットの中の任意の２ショットからそれぞれ得られる分光特性を示したグラフである。この分光特性の測定は、エリプソメトリー法を用いて計測したものである。図１１は、図４に示すＦＥＭパターンを構成する各ショットの露光条件（フォーカス、露光量）と、その各ショットから得られる分光特性の測定値を表にしたものである。ここで、分光特性の測定は、エリプソメトリー法を用いて計測したものである。この分光特性と、ＦＥＭパターンの露光条件の一つであるフォーカスとの関連付けを、多変量解析手法の１つであるＫａｒｈｕｎｅｎ−Ｌｏｅｖｅ展開（以下、ＫＬ展開と呼ぶ）を用いて行う。そして、その結果をフォーカスに関するライブラリとして記憶装置に記憶させる。

ここで、ＫＬ展開についての説明を行う。

ＫＬ展開とは、線形空間における特徴量ベクトルの分布を最も良く近似する部分空間を算出する方法であり、主成分分析を含むものである。

本実施例では、サンプル数Ｎの信号Ｙ_iがＬ個（Ｙ_１、Ｙ_２、・・・、Ｙ_Ｌ）あるとする。各信号の次元はＮ次元であり、Ｎ個の基底ベクトルが存在する。このＮ個の基底ベクトルを用いれば、Ｌ個の信号Ｙ_１、Ｙ_２、・・・、Ｙ_Ｌをすべて表現することができる。ＫＬ展開は、この基底ベクトルの数を少なくして元の信号を表現する技術であり、Ｌ個の信号Ｙ_１、Ｙ_２、・・・、Ｙ_Ｌを表現する基底ベクトル（これで張られる空間を部分空間と呼ぶ）を算出するものである。また、ＫＬ展開によって基底ベクトルはＮ個まで計算できるが、元の信号を表現できる割合の順で次元数を割り付け、一次基底ベクトル、二次基底ベクトル、・・・と呼んでいる。本実施形態における分光特性が、例えばサンプリング数Ｎ個、ここで本実施例におけるＮとは、（分光特性を測定する際の測定波長の個数）×２で表されている場合（×２は偏光方向ＴＥ、ＴＭのこと）、以下、数式３として表される。

一般に、Ｎ次元のベクトルｆは、互いに直交するＭ個のＮ次元基底ベクトルＰは、以下の数式４のように示される。

そして、数式４を用いて、数式５のように近似することができる。

ここで、直交基底ベクトルｐ_kの係数ａ_kは、直交基底ベクトル同士の内積はゼロであることを利用して、数式６のようにベクトルｆとの内積により算出することができる。

このとき、Ｎ＝Ｍの場合は、どのようなベクトルｆに対しても、数式５の両辺を完全に一致させるような係数列ａ_kとベクトルｐ_kが存在する。一般に、Ｎ＞Ｍの場合は、上記の両辺は完全には一致することはない。しかし、複数のＮ次元ベクトルｆをＫＬ展開し、前述の元の信号を表現できる割合の大きい順に得られる基底ベクトルを上記のｐ_kとして順に用いれば、同じＭで数式３の両辺の誤差を最小にできることが知られている。

更なるＫＬ展開の詳細情報は、例えば、非特許文献１及び２を参照することで入手可能である。

次に、ＫＬ展開を用いた本実施形態のライブラリ作製時に行われる処理（ステップ５０８）について、図１１を用いて説明する。

ＫＬ展開を利用して、学習データ群、つまり、ＦＥＭパターンを構成する全ショットのレジストパターンから得られる分光特性（図１１参照）から再構築可能（可逆）な直交基底ベクトルを導出する。つまり、Ｎ次元の学習信号ベクトルｆ＝［ｆ（１），ｆ（２），ｆ（３），・・・，ｆ（Ｎ）］として表される複数の学習信号群から、ＫＬ展開によってＭ個の直交基底ベクトルｐ_kを算出する。ここでｆ（Ｎ）とは、分光特性の各波長での測定値をさす。

具体的には、まず、それぞれの学習信号ベクトルｆの各サンプル［ｆ（１），ｆ（２），ｆ（３），・・・，ｆ（Ｎ）］を用意する。

次に、学習信号ベクトル（Ｌ個与えられているとする、本実施例ではＬ＝２５）から、数式７のように、全ての学習信号ベクトルを各行に並べた行列Ａ（Ｌ行Ｎ列となる）を生成する。

さらに、数式８のように、行列Ａの転置行列Ａ^Tと行列Ａの積で与えられる自己共分散行列Ｂ（Ｎ行Ｎ列となる）を生成する。

この行列Ｂを固有値分解し、固有値の大きい順に固有ベクトルの番号ｋを付ける。最後に、得られた固有ベクトルを基底ベクトルｐ_kとして、データベースに格納する。尚、共分散行列Ｂ、および固有値と基底ベクトルｐ_kに関しての説明は、非特許文献３及び４を参照することで入手可能である。

図１１に示したＦＥＭパターンを構成する各ショットのレジストパターンから得られた分光特性を学習データ群としてＫＬ展開を行い、Ｎ次元の基底ベクトルを求める。そして、その各基底ベクトルに対して、ＦＥＭパターンの各ショットの分光特性の成分を射影した際に得られる係数ａ_ｋと、その時の露光条件の関係を示した表を図１２に示す。

これらの各係数と露光条件であるフォーカスとの関係をライブラリとして、記憶装置に記憶しておく（ステップ５１８）。

以上が、フォーカスに関するライブラリ作成手順であり、記憶装置に記憶した、露光量、及びフォーカスに関するライブラリは後述するステップ５１５及びステップ５１６にて使用される。

再び図３において、一方、実素子レジストパターンが露光される量産ウェハの露光シーケンスは、まず、図３のステップ５０９に示すようにレジストが塗布され、Ｐｒｅ−Ｂａｋｅが施される（ステップ５１０）。その後、ステップ５０７で求めた最適フォーカス値、最適露光量を露光パラメータの一部として露光がおこなわれる（ステップ５１１）。

次に、ステップ５１１で露光されたウェハは、ＰＥＢ（ステップ５１２）、現像（ステップ５１３）が施される。そして、形成されたレジストパターンに含まれる立体形状測定用パターンの立体形状（線幅、高さ、及び側壁角度）、または分光特性を光ＣＤ測定器で測定する（ステップ５１４）。立体形状の各測定値が予め定めた仕様内に入っていれば次のウェハ、あるいは次のロットに進む。一方、立体形状の各測定値が仕様を満たしていないならば、その立体形状の変化は、実際の露光時の露光条件（露光量、フォーカス値）が、設定したパラメータからずれていたことが原因であるとして、そのずれ量を求める。つまり、相関に基づき、前記パターンの幅の、基準値からのずれ量を算出する（ステップ５１６）。また、相関及びずれ量の情報に基づいて、少なくともフォーカスのオフセット量を算出する。

図１３に示すフォーカスシフト、及び露光量のシフト量を、ステップ５１４で測定した立体形状、及び分光特性を用いて、図１４に示す手順で求める。ここで、図１３に示すレジストパターンでのフォーカスシフト、及び露光量のシフト量を算出するためのフローチャートである。この場合、例えば、図１３において断面形状１のパターンが最適な形状であるとして最適露光パラメータが設定されている場合、若しくはステップ５１４で測定した形状測定パターンの断面が、断面形状２であるとした場合とする。

図１４において、まず最初にステップ５１８で記憶装置に記憶した露光量に関するライブラリの中から、数式１で示す関係式を用いて、第１の露光ずれ量△ｄｏｓｅ１を求める。次に、前述したＫＬ展開を用いて作成したＮ次元の基底ベクトルに対し、分光特性を、同じくＫＬ展開により展開する。そして、既に求めたＮ次元の基底ベクトルに射影し各基底ベクトルに対する係数群（ａｘ−１、ａｘ−２、ａｘ−３、・・・ａｘ−Ｎ）を求める。ここで求めた係数群と、ステップ５１８で既に求めたライブラリの中の係数群とのマッチングを行い、ライブラリの中の、マッチングした係数群に関係付けられているフォーカス値が、測定したパターンのフォーカス値である。最適露光条件でのフォーカス値と、今回求めたフォーカス値の差分を取れば、フォーカスシフト量△ｆｏｃｕｓを求めることができる。

続いて、図１４における露光量のシフト量△ｄｏｓｅ２を求める。この△ｄｏｓｅ２とは、先に求めた△ｆｏｃｕｓの量だけフォーカス位置を修正することにより新たに発生するレジストパターンの線幅のずれを修正するために必要な露光量の補正量である。この△ｄｏｓｅ２は、ステップ５１８で求めた露光量に関するライブラリの中の関係式２に、△ｆｏｃｕｓを代入し、線幅ずれ量△ＣＤを求め、更に△ＣＤを関係式１に代入することにより求めることができる。最終的に、ステップ５１４で測定したレジストパターンの露光量のずれ量△ｄｏｓｅ３は、△ｄｏｓｅ３＝△ｄｏｓｅ１＋△ｄｏｓｅ２として求めることができる。

以上の手順で求めた、露光量のずれ量△ｄｏｓｅ３、フォーカスのずれ量△ｆｏｃｕｓを露光装置にフィードバック、あるいはフィードフォワードをかければ、最適露光条件による露光を行うことができる。そして、露光されるレジストパターンも最適形状となる。

本実施例では、露光量を補正するために必要な関係式は、ＣＤ値のみを説明変数として用いたが、これに限らず、その他の立体形状情報を用いても構わない。また、本実施例では、露光量を求める近似式は１次、及び２次の近似式を用いたが、近似式の次数はこの場合に限らず、３次以上の近似式を用いてもよい。

次に、第２の実施例についての説明を行う。

第１の実施例では、露光量に関するライブラリは、レジストパタ−ンの線幅と露光量の関係を数式化した関係式１と、線幅とフォーカスの関係を数式化した関係式２を用いて構成した。しかしながら、露光量に関するライブラリ作成方法はこれだけに限らず、フォーカスに関するライブラリと同様に、分光特性と露光量の関係をＫＬ展開により求めてライブラリ化しても良い。

また、露光量、及びフォーカスに関するライブラリをＫＬ展開にて作成する際、学習データ群として、分光特性の代わりに、ＦＥＭパターンを構成する各ショットのレジストパターンの立体形状（線幅、高さ、側壁角度）を用いる。そして、基底ベクトルを求め、その基底ベクトルに対する射影成分との関係をライブラリ化しても良い。

次に、本発明の第３の実施例を説明する。第１の実施例では、図３のステップ５０６及びステップ５１４にて、レジストパターンの立体形状、あるいはレジストパターンから得られる分光特性の測定は、Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙを利用した光ＣＤ測定器により行っていた。しかしながら、測定器はこれに限らず、例えば、レジストパターンの立体形状は、ＣＤ−ＡＦＭ、あるいはＳＥＭを用いてもよく、分光特性は、エリプソメトリ−を利用した分光器を用いても良い。

続いて、本発明の第４の実施例を説明する。

図３で説明したフォーカスのずれ量測定方法は、テストウェハ上のＦＥＭパターンが露光された時のレジスト膜厚と、実素子パターンが露光された時の量産ウェハのレジスト膜厚が同じである、という前提の基に行われる例を示した。しかし、何らかの要因で、レジスト塗布条件がテストウェハと量産ウェハの間で異なり、テストウェハのレジスト膜厚ｔ１≠量産ウェハのレジスト膜厚ｔ２である場合がある。その場合、テストウェハで作成したライブラリが、レジストパターンの高さを説明変数として用いていたら、そのライブラリを量産ウェハにそのまま適用することは適当でない。なぜなら、フォーカス、あるいは露光量のずれ量を求めようとすると誤差が発生してしまうからである。その原因は、レジスト厚の変化は、そのままレジストパターンの立体形状の高さの変化に直接関係しているからである。図１５は、Ｘ軸に、テストウェハと量産ウェハの双方の間に生じたレジスト膜厚差、Ｙ軸に、レジスト膜厚差の値に対して発生する、フォーカスのシフト量の推定誤差の値を示したグラフである。そして、レジスト膜厚差が大きい程、誤差が大きくなることを示している。この場合、フォーカスに関するライブラリを構成する関係式を、説明変数としてのレジストパターンの“高さ”が有る、無しに応じて、以下の数式９及び１０のように、２種類用意する。

そして、数式９及び数式１０で求めたフォーカス値を比較し、数式１１であれば、レジスト膜厚差は発生していないと判断する。そして、ｆｏｃｕｓ１の値をフォーカスのシフト量とする。

そして、数式１２であれば、レジスト膜厚差が発生していると判断し、以下、数式１３で表される△の値と、予めテーブルとして持っている、△と膜厚差の関係から膜厚差を算出し、レジスト塗布工程に補正をかけてもよい。

このように、上述した露光方法は、露光量のオフセット量だけでなく、フォーカスのオフセット量も計測しているため、より高精度な露光が可能となる。また、上述した露光方法は、形状の情報及び前記ずれ量の情報に基づいて、露光量及びフォーカスのオフセット量を算出しているため、ＣＤに影響する外的要因の変動があった場合でも、必ずしもライブラリを更新する必要がない。そのため、高い生産性を確保することができる。よって、高いスループットおよび高い経済性をもってデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を製造することができる。

次に、上記説明した半導体露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１６は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。ステップＳ２０１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２０２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップＳ２０３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップＳ２０４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ２０５（組立て）は後工程と呼ばれ、作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップＳ２０６（検査）ではステップＳ２０５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップＳ２０７）する。前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通信される。

図１７は、上記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ２１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップＳ２１３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２１４（イオン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップＳ２１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップＳ２１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに焼付露光する。ステップＳ２１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステップＳ２１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ２１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことにより、ウェハ上に多重に回路パターンを形成する。上記工程で使用する露光装置は上記説明した管理システムによって最適化がなされている。そのため、パラメータ固定による経時劣化等を未然に防ぐと共に、もし経時変化が発生しても量産現場を停止させず、且つ広範囲にわたって最適化修正が可能で、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。

尚、本発明の目的は、上述の装置又はシステムの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、装置又はシステムに供給する。そして、その装置又はシステムのコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読みだして実行することによっても、達成されることは言うまでもない。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述の機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体及び当該プログラムコードは本発明を構成することとなる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述の機能が実現されるだけではない。例えば、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述の機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれることは言うまでもない。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。そして、その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行う。係る処理によって上述の機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれることは言うまでもない。

このようなプログラム又は当該プログラムを格納した記憶媒体に本発明が適用される場合、当該プログラムは、例えば、上述の図３に示されるフローチャートに対応したプログラムコードから構成される。

本発明の半導体製造システムを示す概略構成図である。 図１に示す露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 図２に示す露光装置の露光方法を示すフローチャートである。 ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した平面図である。 図４に示すレジストパターンの立体形状測定値と、フォーカス値、及び露光量を示した表である。 ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した平面図である。 図６に示すレジストパターンの立体形状測定値と、フォーカス値、及び露光量を示したグラフである。 ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンの一部を拡大した平面図である。 図８の太枠領域から求めた線幅とフォーカスの関係を示すグラフである。 図４に示すＦＥＭパターンを構成するショットの中の任意の２ショットからそれぞれ得られる分光特性を示したグラフである。 図４に示すＦＥＭパターンを構成する各ショットの露光条件（フォーカス、露光量）と、その各ショットから得られる分光特性の測定値を示す表である。 図４に示すＦＥＭパターンの各ショットの分光特性の成分を射影した際に得られる係数ａ_ｋと、その時の露光条件の関係を示した表でえる。 ウェハ上に形成されたＦＥＭパターンの各ショット内のレジストパターンを示す平面図である。 図１３に示すレジストパターンでのフォーカスシフト、及び露光量のシフト量を算出するためのフローチャートである。 レジスト膜厚の変化によって生じる、フォーカスのずれ量に対する誤差を示すグラフである。 図２に示す露光装置を利用するデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造方法のフローチャートである。 図１６に示すステップ４の詳細なフローチャートである。

符号の説明

１、２ 露光装置
３ 形状測定装置
４ 中央処理装置
５ データベース
６ ＬＡＮ

Claims (13)

1. 原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量、および前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置のオフセット量のうち少なくとも一方を求める方法であって、
   前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の各値に関して前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第１ステップと、
   前記第１ステップで取得された前記形状の情報と、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成する第２ステップと、
   前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置をそれぞれ既知の値として前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第３ステップと、
   前記第３ステップで取得された前記形状の情報と前記ライブラリの情報とに基づき、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方のオフセット量を求める第４ステップとを有することを特徴とする方法。
2. 前記第２ステップは、前記第１ステップで取得された前記形状の情報と、前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第２ステップは、前記第１ステップで取得された前記パターンの線幅の情報と、前記露光装置における露光量の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記第２ステップは、前記第１ステップで取得された前記パターンの線幅の情報と、前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置の情報との間の関係を示すライブラリを作成することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量、および前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置のオフセット量のうち少なくとも一方を求める処理装置であって、
   前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の各値に関して前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第１手段と、
   前記第１手段により取得された前記形状の情報と、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成する第２手段と、
   前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置をそれぞれ既知の値として前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第３手段と、
   前記第３手段により取得された前記形状の情報と前記ライブラリの情報とに基づき、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方のオフセット量を求める第４手段とを有することを特徴とする処理装置。
6. 前記第２手段は、前記第１手段により取得された前記形状の情報と、前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成することを特徴とする請求項５記載の処理装置。
7. 前記第２手段は、前記第１手段により取得された前記パターンの線幅の情報と、前記露光装置における露光量の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成することを特徴とする請求項５記載の処理装置。
8. 前記第２手段は、前記第１手段により取得された前記パターンの線幅の情報と、前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置の情報との間の関係を示すライブラリを作成することを特徴とする請求項５記載の処理装置。
9. 原版を介して基板を露光する露光装置であって、
   請求項５〜８のいずれかに記載の処理装置
   を有することを特徴とする露光装置。
10. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法を用いて求められたオフセット量の情報に基づき、原版を介して基板を露光する露光ステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。
11. 請求項５〜８のいずれかに記載の装置を用いて求められたオフセット量の情報に基づき、原版を介して基板を露光する露光ステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。
12. 請求項９記載の露光装置を用いて原版を介し基板を露光する露光ステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。
13. 原版を介して基板を露光する露光装置における露光量のオフセット量、および前記露光装置における焦点合せのための前記基板の位置のオフセット量のうち少なくとも一方を求める方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであって、
    前記方法は、
    前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の各値に関して前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第１ステップと、
    前記第１ステップで取得された前記形状の情報と、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方の情報との間の関係を示すライブラリを、ＫＬ展開を用いて作成する第２ステップと、
    前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置をそれぞれ既知の値として前記露光装置を用いて前記基板上に形成されたパターンの形状の情報を取得する第３ステップと、
    前記第３ステップで取得された前記形状の情報と前記ライブラリの情報とに基づき、前記露光装置における露光量、および焦点合せのための前記基板の位置のうち少なくとも一方のオフセット量を求める第４ステップとを有することを特徴とするプログラム。