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JP5629991B2 - 露光装置の調整方法 - Google Patents

露光装置の調整方法 Download PDF

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

本発明は、露光装置の調整方法に関し、特に、ベストフォーカスの決定方法、及びそれを用いた像面傾斜の判定方法に関する。
半導体製造において、フォトリソグラフィーの処理に用いられる装置として縮小投影露光機(通称ステッパー)が主に用いられている。ステッパーは、原版(マスク又はレティクルと称される)上の回路パターンを5対1に縮小して焼き付けるため、レンズ性能の維持管理が品質安定化のために必須となっている。
レンズ成分の一種である像面傾斜や像面湾曲(以下、像面傾斜/湾曲と称す)はウエハ露光時における寸法精度やパターン形状に影響を及す。特に、高精度を必要とするアナログ回路においては、露光ショットの一部にでも悪影響を及ぼすレンズ成分が存在すれば、ウエハ全面において寸法変動を起こし、歩留りの低下となって顕在化する。
従来、レンズ性能の精度測定方法としてステッパー自体に組み込まれた精度測定用ツールを用いて、精度維持管理する手法が広く利用されている。この手法は、特別なテストマスクを用いてウエハ上にパターンを焼き付けてステッパーで測定することにより精度を測定する手法である。
また、これとは別に、テストマスクを用いて焼付けを行い寸法測定などによって精度を測定する手法も既に知られている(例えば特許文献1,2を参照)。
また、レンズ性能の精度確認においては、テストマスクによって焼付けされた複数のパターンについて、そのパターン底部(ボトム)の寸法を測定し、得られた寸法値よりレンズ性能について推し量る手法が開示されている(例えば特許文献3を参照)。
図11、図12、図13は、従来技術の像面傾斜/湾曲モニタリングに用いられる一般的なテストパターンを説明するための図である。図11(A)は残しパターンの平面図、図11(B)は抜きパターンの平面図、図12は図11のB−B位置での複数の残しパターンの断面図、図13は図11のC−C位置での複数の抜きパターンの断面図である。ここではテストパターンとして孤立ライン(ISO)形状の残しパターン(Posi型)と抜きパターン(Nega型)について説明する。孤立ラインとは隣り合うライン間の間隔が当該ライン幅の5倍以上の場合をいう。
基板101上にレジスト103が形成されて、残しパターン105と抜きパターン107が形成されている。
図12(a)、図13(a)は理想的な残しパターン105、抜きパターン107の形状(プロファイル)を示しており、パターン上面(TOP)とパターン底面(BOTTOM)が1:1に仕上がっている。
しかし、このような残しパターン105、抜きパターン107の形状は物理的にはありえず、図12(b)、図13(b)に示されるようなテーパー形状(TOP部がBOTTOM部に比べて狭くなる台形)が最も良い形状となる。
また、残しパターン105、抜きパターン107のテーパー形状において最も理想的な形状は、先に示した台形である。これは、残しパターン105、抜きパターン107をマスクにして基板101のエッチングを行なう場合に寸法の制御性が最も優れているからである。
図12(c)、図13(c)は、フォーカスポイントがレンズから遠い場合に発生する残しパターン105、抜きパターン107の形状を示す。図12(c)において符号105aで示される部分、及び、図13(c)において符号107aで示される部分は、一般的にはパターンの裾引きと称されており、露光エネルギーが少ない場合に発生しやすい。
図12(d)、図13(d)は、図12(d)及び図13(d)とは逆に、フォーカスポイントがレンズから近い場合に発生する残しパターン105、抜きパターン107の形状を示す。図12(d)において、残しパターン105のパターン上部のレジストが寸法L1だけ膜減りしている。図13(d)では、抜きパターン107はレジスト103の底面に到達せず、抜きパターン107の下にレジスト103が寸法L2だけ残存している。
パターン寸法を測定する従来の手法においては、パターン底部の寸法のみを測定することにより、その最大寸法を示す点をベストフォーカスと判断し、マスク内に複数存在するパターンに基づいてレンズ成分である像面傾斜/湾曲を計算して判定している。
しかし、ベストフォーカスをパターン底部の寸法のみで規定することは精度の面で不十分な場合があった。なぜなら、レジストの特性、膜厚、現像条件などによってパターン底部の寸法が最大となるフォーカス点がベストフォーカスから外れている場合が存在するからである。
また、像面傾斜/湾曲をモニタリングする場合において、孤立パターン底部の最大寸法値を示すポイントをベストフォーカス点とする手法は、露光量がオーバーの場合には適切に測定できる。しかし、露光量がアンダーの場合には、一般的にベストフォーカス点は最小寸法値を示すポイントになるので、当該従来手法は正確な測定ができない。
また、適正露光量の場合には、パターン底部の寸法が特段のピークを持たずに複数の領域範囲で平坦なプロットとなるため、パターン底部の最大寸法点がベストフォーカスであると判断することは困難である。
また、残しパターン(Posi型)と抜きパターン(Nega型)を同じ露光条件で焼付けすることは困難であり、どちらかのパターンに最適な露光条件で焼付けを行なうこととなる。
しかし、仮に残しパターンに最適な条件で露光すれば、抜きパターンは露光不足となりパターンが正常に形成できない恐れがあった。
したがって、従来の手法を用いた像面傾斜/湾曲の測定は、精度が悪いという問題があった。
本発明は、適切なベストフォーカスを得ることができ、像面傾斜/湾曲の測定精度を向上させることができる露光装置の調整方法を提供することを目的とする。
本発明に係る露光装置の調整方法は、テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、テストパターン用マスク原版を用いてフォーカスを振って複数個所に露光した後、現像を行なって、上記テスト基板上の複数個所にそれぞれ残しパターンからなるテストパターンを形成するテストパターン形成工程と、複数の上記テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定するパターン寸法測定工程と、上記テストパターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する比率算出工程と、上記比率算出工程で算出した複数の上記比率のうち最も値が大きい比率に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとするベストフォーカス決定工程と、をその順に含む。
本発明において、上記テストパターン形成工程で、1箇所の上記テストパターンとして等間隔に配置された3本以上の棒状パターンを形成し、上記パターン寸法測定工程で、上記3本以上の棒状パターンのうち両端の上記棒状パターンを除く上記棒状パターンのTOP寸法とBOTTOM寸法を測定する例を挙げることができる。
また、上記テストパターン形成工程で、4本以上の上記棒状パターンからなる上記テストパターンを形成し、上記比率算出工程で、1箇所の上記テストパターンについて、複数の上記棒状パターンについて得られた複数の上記比率の平均値をそのテストパターンの上記比率とするようにしてもよい。
また、上記テストパターン形成工程で、1箇所の上記テストパターンとして上記棒状パターンの配列が90度回転して配置された棒状パターン群をさらに備えたものを形成するようにしてもよい。
上記ベストフォーカス決定工程の後、第2テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、上記テストパターン用マスク原版を用いて上記ベストフォーカスで複数個所に露光した後、現像を行なって、上記第2テスト基板上の複数個所にそれぞれ第2テストパターンを形成する第2テストパターン形成工程と、複数の上記第2テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する第2パターン寸法測定工程と、上記第2テストパターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する第2比率算出工程と、上記第2比率算出工程で算出した複数の上記第2テストパターンの複数の上記比率の平均値を平均基準値として算出する判断基準値決定工程と、第3テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、上記テストパターン用マスク原版を用いて上記ベストフォーカスで複数個所に露光した後、現像を行なって、上記第3テスト基板上の複数個所にそれぞれ第3テストパターンを形成する第3テストパターン形成工程と、複数の上記第3テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する第3パターン寸法測定工程と、上記第3テストパターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する第3比率算出工程と、上記第3比率算出工程で算出した複数の上記第3テストパターンの複数の上記比率の平均値を判断対象平均値として算出する判断対象値算出工程と、上記判断対象平均値が上記平均基準値から所定範囲以内にある場合は正常と判断し、上記判断対象平均値が上記所定範囲にない場合は異常と判断する像面傾斜判定工程と、をその順にさらに含むようにしてもよい。
上記判断基準値決定工程は、上記平均基準値に替えて、上記第2比率算出工程で算出した複数の上記第2テストパターンの複数の上記比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、上記判断対象値算出工程は、上記判断対象平均値に替えて、上記第3比率算出工程で算出した複数の上記第3テストパターンの複数の上記比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、上記像面傾斜判定工程は、上記判断対象標準偏差値が上記標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、上記判断対象標準偏差値が上記標準偏差基準値よりも大きい場合は異常と判断するようにしてもよい。
また、上記判断基準値決定工程は、上記平均基準値に加えて、上記第2比率算出工程で算出した複数の上記第2テストパターンの複数の上記比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、上記判断対象値算出工程は、上記判断対象平均値に加えて、上記第3比率算出工程で算出した複数の上記第3テストパターンの複数の上記比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、上記像面傾斜判定工程は、上記判断対象平均値が上記平均基準値から所定範囲以内にあり、かつ上記判断対象標準偏差値が上記標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、それ以外の場合は異常と判断するようにしてもよい。
上記平均基準値から所定範囲は、例えば「0.5〜0.8」までの範囲である。
上記標準偏差基準値は、例えば「0.3」である。
上記テストパターン用マスク原版として、露光領域の中央に上記テストパターンを形成するための開口を備えているものを用いる例を挙げることができる。
さらに、上記テストパターン用マスク原版として、正方形の最大露光領域の四隅に上記テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにしてもよい。
さらに、上記テストパターン用マスク原版として、Y軸方向に長い長方形の最大露光領域の四隅に上記テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにしてもよい。
さらに、上記テストパターン用マスク原版として、最大露光領域内でY軸上において中央でX軸上において最もマイナス及びプラスの位置に上記テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにしてもよい。
さらに、上記テストパターン用マスク原版として、最大露光領域内でX軸上において中央でY軸上において最もマイナス及びプラスの位置に上記テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにしてもよい。
上記第2テストパターン及び上記第3テストパターンとして、上記テストパターン用マスク原版を用いた上記第2テスト基板及び上記第3テスト基板への中央露光ショット及びX軸方向に±1つだけ隣接した露光ショットのものを用いる例を挙げることができる。
また、上記第2テストパターン及び上記第3テストパターンとして、上記テストパターン用マスク原版を用いた上記第2テスト基板及び上記第3テスト基板への中央露光ショット及びY軸方向に±1つだけ隣接した露光ショットのものを用いるようにしてもよい。
本発明の露光装置の調整方法では、テストパターン用マスク原版を用いてフォーカスを振ってテスト基板上の複数個所にそれぞれ残しパターンからなるテストパターンを形成するテストパターン形成工程と、複数のテストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定するパターン寸法測定工程と、テストパターンごとにTOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する比率算出工程と、比率算出工程で算出した複数の比率のうち最も値が大きい比率に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとするベストフォーカス決定工程と、をその順に含むようにした。
残しパターンからなるテストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)をベストフォーカスを求める際の指標とすることにより、露光量がアンダーのフォーカス領域においてもTOP寸法は最大となるため上記比率のピークを得ることができる。同様に、適正露光のフォーカス領域においても、上記比率を指標とするため、問題なくベストフォーカスの判断が可能となる。フォーカスを振ったときの上記比率のうち最も大きい値は、テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法の差が最も小さい、すなわち最もフォーカスが適切な設定である場合に相当する。
さらに、残しパターンに特化した露光条件で行なうことによってより最適な方法とすることができる。
レジストパターンにおいて、残しパターンと抜きパターンを同じ露光時間でマスク寸法どおりに仕上げることは物理的に困難であり、一般的にはどちらかのパターンに特化した露光時間で加工されている。走査型電子顕微鏡(SEM: Scanning Electron Microscope)等で寸法測定を行なう場合においては、2次電子像が比較的容易にキャッチすることができる残しパターンを用いることで対応可能となる。
本発明において、テストパターン形成工程で、1箇所のテストパターンとして等間隔に配置された3本以上の棒状パターンを形成し、パターン寸法測定工程で、3本以上の棒状パターンのうち両端の棒状パターンを除く棒状パターンのTOP寸法とBOTTOM寸法を測定するようにすれば、測定対象となる棒状パターンについて光の回りこみによる寸法変動幅を小さくすることができ、レンズ成分以外の光源やレジストの感光特性等によるパターン寸法ばらつきを低減できる。
さらに、テストパターン形成工程で、4本以上の棒状パターンからなるテストパターンを形成し、比率算出工程で、1箇所のテストパターンについて、複数の棒状パターンについて得られた複数の比率の平均値をそのテストパターンの比率とするようにすれば、平均化効果によって寸法測定時の測定異常の恐れを低減できる。
また、テストパターン形成工程で、1箇所のテストパターンとして棒状パターンの配列が90度回転して配置された棒状パターン群をさらに備えたているようにすれば、レンズの偏光による影響を含めての測定が可能になる。
ベストフォーカス決定工程の後、第2テスト基板上の複数個所にそれぞれ第2テストパターンを形成する第2テストパターン形成工程と、複数の第2テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する第2パターン寸法測定工程と、第2テストパターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する第2比率算出工程と、第2比率算出工程で算出した複数の第2テストパターンの複数の比率の平均値を平均基準値として算出する判断基準値決定工程と、を含むことにより、レンズ性能の像面傾斜/湾曲を管理するための基準値が得られる。
その後、第3テスト基板上の複数個所にそれぞれ第3テストパターンを形成する第3テストパターン形成工程と、複数の第3テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する第3パターン寸法測定工程と、第3テストパターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する第3比率算出工程と、第3比率算出工程で算出した複数の第3テストパターンの複数の比率の平均値を判断対象平均値として算出する判断対象値算出工程と、判断対象平均値が平均基準値から所定範囲以内にある場合は正常と判断し、判断対象平均値が所定範囲にない場合は異常と判断する像面傾斜判定工程と、をその順に含むことにより、レンズ性能の像面傾斜/湾曲を管理できる。
さらに、ベストフォーカス決定工程で得た適切なベストフォーカスにより第2テストパターン及び第3テストパターンを形成するので、像面傾斜/湾曲の測定精度を向上させることができる。
判断基準値決定工程は、平均基準値に替えて、第2比率算出工程で算出した複数の第2テストパターンの複数の比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、判断対象値算出工程は、判断対象平均値に替えて、第3比率算出工程で算出した複数の第3テストパターンの複数の比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、像面傾斜判定工程は、判断対象標準偏差値が標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、判断対象標準偏差値が標準偏差基準値よりも大きい場合は異常と判断するようにしても、同様に、レンズ性能の像面傾斜/湾曲を精度よく管理できる。
また、平均値と標準偏差値の両方を用い、像面傾斜判定工程は、判断対象平均値が平均基準値から所定範囲以内にあり、かつ判断対象標準偏差値が標準偏差基準値以下の場合は正常と判断すれば、より厳密な像面傾斜/湾曲の管理ができる。
テストパターン用マスク原版として、露光領域の中央にテストパターンを形成するための開口を備えているようにすれば、レンズ成分の影響が最も少ないと考えられるレンズ中央部を利用してテストパターンを形成することができるので、ベストフォーカスの算出精度、及び像面傾斜/湾曲の測定精度を向上させることができる。
また、テストパターン用マスク原版として、正方形の最大露光領域の四隅や、Y軸方向に長い長方形の最大露光領域の四隅、最大露光領域内でY軸上において中央でX軸上において最もマイナス及びプラスの位置、最大露光領域内でX軸上において中央でY軸上において最もマイナス及びプラスの位置などに、テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにすれば、第2テストパターン及び第3テストパターンの個数を増やすことができ、像面傾斜/湾曲の測定精度を向上させることができる。
また、第2テストパターン及び第3テストパターンとして、テストパターン用マスク原版を用いた第2テスト基板及び第3テスト基板への中央露光ショット及びX軸方向に±1つだけ隣接した露光ショットのもの、又は、中央露光ショット及びY軸方向に±1つだけ隣接した露光ショットのものを用いるようにすれば、テスト基板周縁部における基板のそり、ステッパーのステージの傾斜等の要因の懸念を排除でき、像面傾斜/湾曲の測定精度を向上させることができる。
露光装置の像面傾斜/湾曲の測定を行なう一実施例の最初の工程からベストフォーカスを決定するまでの工程までのフローチャートである。 図1の続きの工程を示すフローチャとであり、像面傾斜/湾曲の判断基準値を決定するまでの工程を示す。 図2の続きの工程を示すフローチャとであり、像面傾斜/湾曲の判定を行なう工程を示す。 同実施例で用いるステッパーレンズの縮小露光後の最大露光領域と、テストパターン用マスク原版(以下レティクルと称す)におけるパターン配置可能領域を説明するための図である。 同実施例で用いるレティクルにおけるテストパターンの配置を説明するためのレイアウト図である。 図5のテストパターン用マスク原版のテストパターン用開口を拡大して示す平面図である。 テスト基板上に形成したテストパターンを説明するための図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図を示す。 露光装置の一例を説明するための概略的な斜視図である。 フォーカスを振ってテストパターンを形成した時の、フォーカスポイントと、テストパターンのTOP寸法及びBOTTOM寸法、並びに比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)との関係を示す図である。 ウエハでの露光ショット位置を示す図である。 従来技術の像面傾斜/湾曲モニタリングに用いられる一般的なテストパターンを説明するための平面図である。(A)は残しパターン、(B)は抜きパターンを示す。 図11のB−B位置での残しパターンの断面図である。 図11のC−C位置での抜きパターンの断面図である。
図1、図2及び図3は、露光装置の像面傾斜/湾曲の測定を行なう一実施例を説明するためのフローチャートである。図1はベストフォーカスを決定するまでの工程を示す。図2は、図1の続きの工程を示し、像面傾斜/湾曲の判断基準値を決定するまでの工程を示す。図3は、図2の続きの工程を示し、像面傾斜/湾曲の判定を行なう工程を示す。
図4は、この実施例で用いるステッパーレンズの縮小露光後の最大露光領域と、テストパターン用マスク原版(以下レティクルと称す)におけるパターン配置可能領域を説明するための図である。
図5は、この実施例で用いるレティクルにおけるテストパターンの配置を説明するためのレイアウト図である。
図6は、図5のテストパターン用マスク原版のテストパターン用開口を拡大して示す平面図である。
図7は、テスト基板上に形成したテストパターンを説明するための図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図を示す。
図8は、露光装置の一例を説明するための概略的な斜視図である。
まず、図4〜図7を参照して、ステッパーレンズの最大露光領域、レティクル、テストパターンについて説明する。
図4に示すように、縮小投影倍率1:5のステッパーにおいて、その最大露光領域は直径がΦ31.122mm(ミリメートル)である。正方形(スクエア)の最大露光領域は22.0mm×22.0mmが最大となり、長方形(レクタングラー)の最大露光領域は18.0mm×25.0mmが最大となる。
図5は、6インチマスク(レティクル)の代表的な寸法である22mm角サイズ(レティクルサイズとしては110mm×110mm)でテストパターンの配置を示している。正方形の最大露光領域のサイズはウエハ上で22.0mm×22.0mm(レティクル上で110mm×110mm)、長方形の最大露光領域のサイズはウエハ上で18.0mm×25.0mm(レティクル上は90mm×125mm)である。
テストパターンは、レティクル中央に1点(P1)、X軸上、Y軸上の最大露光領域にP2,P3,P4,P5として各1点(計4点)、X方向22.0mm、Y方向22.0mmのスクエア領域のコーナー(四隅)にP6,P7,P8,P9として各1点(計4点)、X方向18.0mm、Y方向25.0mmのスクエア領域のコーナーにP10,P11,P12,P13として各1点(計4点)、合計して13点のテストパターンに配置されている。この実施例では、露光装置(ステッパー)の最大露光領域内においてレンズ性能を保証するために最低必要とされる一般的なテストパターン配置を用いた。ただし、テストパターンの配置は、これに限定されるものではなく、テストパターンの配置及び個数は任意である。
図6は、レティクルにおける各テストパターンのテストパターン用開口を拡大して示している。
この実施例では、テストパターン用開口1は、5本の棒状パターン用開口3を1組とした2組の棒状パターン用開口配列1a,1bからなる。棒状パターン用開口配列1a,1bにおいて、5本の棒状パターン用開口3は、同じ幅寸法をもち、その幅寸法と同じ寸法の間隔をもって互いに平行に配列されている。棒状パターン用開口配列1bは棒状パターン用開口配列1aに対して90度回転して配置されている。一般的に、レンズ性能を把握する場合においては偏光による影響を含める必要があるため、棒状パターン用開口配列1a,1bのセットが必要とされる。棒状パターン用開口配列1a,1bのうち片方だけのテストパターン用開口では測定精度が下がる。
図7は、図5及び図6を参照して説明したレティクルを用いてテスト基板上に形成したテストパターンを説明するための図である。
基板5上に残しパターンからなるテストパターン7が形成されている。テストパターン7は、図6に示したテストパターン用開口1に対応して、5本の棒状パターン9を1組とした2組の棒状パターン配列7a,7bを備えている。図7(A)の平面図において、網掛け部は棒状パターン9のパターンTOPを示している。
図7(B)に示すように、棒状パターン9の断面形状は、TOP寸法がBOTTOM寸法よりも小さい台形である。棒状パターン配列7aのうち両端に位置する棒状パターン9については、パターン配列の外側に向かってテーパー形状がきつくなる(角度が緩くなる)傾向がある。図7(B)では棒状パターン配列7aの断面のみを示しているが、棒状パターン配列7bの棒状パターン幅方向の断面も図7(B)と同様である。
図8を参照して露光装置について説明する。露光装置は、ウエハトラック11、露光機13、寸法測定器15及び解析ワークステーション17を備えている。
ウエハトラック11は、テスト基板を収容しており、テスト基板を露光機13と寸法測定器15に搬送する。
露光機13は、テスト基板へのレジストの塗布、露光、現像を行なって、テスト基板上にテストパターンを形成する。
寸法測定器15は、例えばSEMであり、テスト基板上に形成されたテストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法を測定する。
解析ワークステーション17は、寸法測定器15で測定したテストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法に基づいてTOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)の算出をしたり、複数のテストパターンの上記比率に基づいて、ベストフォーカスの決定、平均値の算出、シグマ(ばらつき、標準偏差)の算出をしたり、上記比率の平均値及びシグマに基づいて像面傾斜/湾曲の判定を行なったりする。
図1、図2及び図3を参照して、露光装置の像面傾斜/湾曲の測定を行なう一実施例の動作を説明する。
まず、図1を参照してベストフォーカスを決定するまでの工程について説明する。
ステップS11:像面傾斜/湾曲が問題となるレベルに達しているかどうか、換言すれば露光装置に対する調整が必要かどうかを判断するために基準となる像面傾斜の値を決定する必要がある。露光装置1台ごとにレンズの癖が異なるため、同じ材料、プロセスでも基準値は異なる場合がある。基準値を求めるためには、レンズ成分の影響が最も少ないと考えられるレンズ中央部を利用するため、レティクル中央に配置されているテストパターンP1(図5参照)のみをテスト基板(ウエハ)に焼付けする。このとき、フォーカスを例えば0.1μm(マイクロメートル)刻みで振って露光する。一連の動作としては、テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、レティクル(テストパターン用マスク原版)を用いてフォーカスを振って複数個所に露光した後、現像を行なって、テスト基板上の複数個所にそれぞれ残しパターンからなるテストパターンを形成する。焼付けが完了したテスト基板においては、図7に示したテストパターン7がフォーカスを振った露光ショット分だけ焼き付けられている。ここではレティクル中央に配置されているテストパターンのみを焼き付けたが、レティクル中の他のテストパターンも焼き付けてもよい。
ステップS12:テスト基板上に形成された各テストパターンについて棒状パターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する。ここで、図7に示した10本の棒状パターン9のうち、棒状パターン配列7aの両端に位置する棒状パターン9,9、及び棒状パターン配列7bの両端に位置する棒状パターン9,9を除いた6本の棒状パターン9についてTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する。
ステップS13:テストパターンにおける棒状パターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する。テストパターンごとに6本の棒状パターン9についてTOP寸法とBOTTOM寸法を測定したので、テストパターンごとに6つの比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)が得られる。各テストパターンについて、それらの6つの比率の平均値をそのテストパターンの比率とする。これにより、平均化効果によって寸法測定時の測定異常の恐れを低減できる。
ステップS14:ステップS13で得られたテストパターンごとの比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)のうち、最も値が大きい比率を求める。最も値が大きい比率に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとして決定する。
図9は、フォーカスを振ってテストパターンを形成した時の、フォーカスポイントと、テストパターンのTOP寸法及びBOTTOM寸法、並びに比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)との関係を示す図である。横軸はフォーカスポイント(μm)、縦左軸はTOP寸法及びBOTTOM寸法(μm)、縦右軸は比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を示す。ここで、TOP寸法は上記の6本の棒状パターン9について測定したテストパターンごとのTOP寸法の平均値、BOTTOM寸法は上記の6本の棒状パターン9について測定したテストパターンごとのBOTTOM寸法の平均値、比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)は、ステップS13で得られたテストパターンごとの比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)である。
TOP寸法(TOP)の変曲点P101と、BOTTOM寸法(BOTTOM)の変曲点P102と、比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)(Ratio)の変曲点P103とで、フォーカスポイントは互いに異なっている。比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)はTOP寸法とBOTTOM寸法との差に応じて変化するので、フォーカスを振ったときの比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)のうち最も大きい値は、テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法の差が最も小さい、すなわち最もフォーカスが適切な設定である場合に相当する。
次に、図2を参照して、像面傾斜/湾曲の判断基準値を決定するまでの工程について説明する。
ステップS21:レティクルに配置されている全テストパターンP1〜P13(図5参照)を第2テスト基板(ウエハ)に焼付けする。このとき、図1を参照して算出したベストフォーカスで露光する。一連の動作としては、第2テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、テストパターン用マスク原版を用いてベストフォーカスで複数個所に露光した後、現像を行なって、第2テスト基板上の複数個所にそれぞれ第2テストパターンを形成する。焼付けが完了した第2テスト基板は図10のようなレイアウトで焼付けされる。第2テスト基板上に形成される第2テストパターンの構成は図7に示したテストパターン7と同様である。
ステップS22:第2テスト基板上に形成された第2テストパターンについて棒状パターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する。TOP寸法とBOTTOM寸法の測定を行なう第2テストパターンは、平均化するために、第2テスト基板中央付近の任意3ショット分以上を用いることが望ましい。この実施例においては、例えば、図10に示すX軸方向に並ぶショットP110,P111,P112内のテストパターンを測定しても良いし、Y軸方向に並ぶショットP110,P113,P114内の第2テストパターンを測定しても良い。ウエハ中央付近に限定して測定する理由は、ウエハ周辺部においてはウエハの反り、ステッパーのステージの傾斜等の要因が一般的に懸念されるからである。また、ショットP110〜P114内のテストパターンを測定してもかまわない。測定対象となる全ポイント(例えばこの実施例においてはウエハショット3点X13点=39ポイント)の第2テストパターンについて、ステップS12と同様にしてTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する。それらのTOP寸法とBOTTOM寸法に基づいて、ステップ13と同様にして各第2テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する。
ステップS23:ステップS22で算出した複数の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)のアベレージ(平均値)とシグマ(ばらつき、標準偏差)を求め、それらの値を露光装置の平均基準値、標準偏差基準値として決定する。基準値決定に当たって、この実施例において、例えば、平均値は0.65、シグマは0.3を基準値として決定した。
次に、図3を参照して、像面傾斜/湾曲の判定を行なう工程について説明する。
ステップS31:レティクルに配置されている全テストパターンP1〜P13(図5参照)を第3テスト基板(ウエハ)に焼付けする。このとき、図1を参照して算出したベストフォーカスで露光する。一連の動作としては、第3テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、テストパターン用マスク原版を用いてベストフォーカスで複数個所に露光した後、現像を行なって、第3テスト基板上の複数個所にそれぞれ第3テストパターンを形成する。焼付けが完了した第3テスト基板は図10のようなレイアウトで焼付けされる。第3テスト基板上に形成される第3テストパターンの構成は図7に示したテストパターン7と同様である。
ステップS32:第3テスト基板上に形成された第3テストパターンについて棒状パターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する。第2テスト基板を第3テスト基板に替えてステップS32の動作と同様にして、測定対象となる全ポイントの第3テストパターンについて、TOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定し、各第3テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する。
ステップS33:ステップS32で算出した複数の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)のアベレージ(平均値)とシグマ(ばらつき、標準偏差)を算出し、それらの値を露光装置の判断対象平均基準値、判断対象標準偏差基準値とする。
ステップS34:ステップS33で算出した判断対象平均値がステップS23で算出した平均基準値(0.65)から所定範囲(±0.15)以内にあるかどうかを判定する。また、ステップS33で算出した判断対象標準偏差値とステップS23で算出した標準偏差基準値(0.3)を比較する。判断対象平均値が平均基準値の所定範囲(0.50〜0.80)以内にあり、かつ、判断対象標準偏差値が標準偏差基準値以下の場合は露光装置の像面傾斜/湾曲の値が正常(Yes)と判断し、それ以外の場合は異常(No)と判断する。正常(Yes)と判断した場合は、露光装置の像面傾斜/湾曲の測定を終了する。異常(No)と判断した場合はステップS35に進む。
ステップS35:露光装置の調整を行なう。ここで行なう調整は、例えば、像面傾斜補正、レンズディストーション補正、レベリング基準面補正などである。装置の調整後、ステップS31に戻る。
以上、本発明の実施例を説明したが、数値、材料、配置等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、テストパターン、第2テストパターン及び第3テストパターンは図7に示すものに限定されない。例えば、これらのテストパターンは、同じ線幅で、その線幅と同じ間隔をもって配置された少なくとも3本の棒状パターンからなるものであれば、両端に配置された棒状パターンを除いて棒状パターンのTOP寸法及びBOTTOM寸法を測定することにより、測定対象となる棒状パターンについて光の回りこみによる寸法変動幅を小さくすることができ、レンズ成分以外の光源やレジストの感光特性等によるパターン寸法ばらつきを低減できる。また、これらのテストパターンは1本の棒状パターンからなるものであってもよい。
また、テストパターン、第2テストパターン及び第3テストパターンについて、各テストパターンで複数の棒状パターンについてTOP寸法及びBOTTOM寸法を測定する場合、各テストパターンで比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を必ずしも平均化しなくてもよい。
また、テストパターン、第2テストパターン及び第3テストパターンは必ずしも棒状パターンからなるものに限定されず、他の形状のパターンからなるものであってもよい。
また、比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)に替えて、比率(BOTTOM寸法/TOP寸法)を用いてもよい。この場合、ベストフォーカス決定工程は、比率算出工程で算出した複数の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)のうち最も値が小さい比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとする。
また、テストパターンごとにTOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する比率算出工程に替えて、テストパターンごとにTOP寸法とBOTTOM寸法の差(BOTTOM寸法−TOP寸法)を算出する差算出工程を用いてもよい。この場合、ベストフォーカス決定工程は、差算出工程で算出した複数の差(BOTTOM寸法−TOP寸法)のうち最も値が小さい差(BOTTOM寸法−TOP寸法)に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとする。
上記差算出工程は、差(BOTTOM寸法−TOP寸法)に替えて、差(TOP寸法−BOTTOM寸法)を算出するようにしてもよい。この場合、ベストフォーカス決定工程は、差算出工程で算出した複数の差(TOP寸法−BOTTOM寸法)のうち最も値が大きい差(TOP寸法−BOTTOM寸法)に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとする。
上記差算出工程で、差(BOTTOM寸法−TOP寸法)又は差(TOP寸法−BOTTOM寸法)を用いる場合、第2比率算出工程、判断基準値決定工程、第3比率決定工程、及び判断対象値算出工程で、比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)に替えて、差(BOTTOM寸法−TOP寸法)又は差(TOP寸法−BOTTOM寸法)を用いる。
比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)に替えて、比率(BOTTOM寸法/TOP寸法)を用いる局面、差(BOTTOM寸法−TOP寸法)を用いる局面、差(TOP寸法−BOTTOM寸法)を用いる局面のいずれにおいても、比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を用いる局面と同じ効果が得られる。
本発明は、露光装置におけるレンズの像面傾斜/湾曲の調整に適用できる。
1 テストパターン用開口
1a,1b 棒状パターン用開口配列
3 棒状パターン用開口3
5 テスト基板
7 テストパターン
7a,7b 棒状パターン配列
9 棒状パターン
P1〜P13 テストパターン配置位置
P101 TOP寸法の変曲点
P102 BOTTOM寸法の変曲点
P103 比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)の変曲点
P110〜P114 露光ショット
特開平6−302492号公報 特開平9−36023号公報 再表2006/059377号公報

Claims (5)

  1. テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、テストパターン用マスク原版を用いてフォーカスを振って複数個所に露光した後、現像を行なって、前記テスト基板上の複数個所にそれぞれ残しパターンからなる第1テストパターンを形成するテストパターン形成工程と、
    複数の前記第1テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定するパターン寸法測定工程と、
    前記第1テストパターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する比率算出工程と、
    前記比率算出工程で算出した複数の前記比率のうち最も値が大きい比率に対応する第1テストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとするベストフォーカス決定工程と、
    前記ベストフォーカス決定工程の後、
    第2テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、前記テストパターン用マスク原版を用いて前記ベストフォーカスで複数の露光を行って複数個所に露光した後、現像を行なって、前記第2テスト基板上の複数個所にそれぞれ第2テストパターンを形成する第2テストパターン形成工程と、
    複数の露光箇所について前記第2テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する第2パターン寸法測定工程と、
    前記第2テストパターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する第2比率算出工程と、
    前記第2比率算出工程で算出した複数の前記第2テストパターンの複数の前記比率の平均値を平均基準値として算出する判断基準値決定工程と、
    第3テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、前記テストパターン用マスク原版を用いて前記ベストフォーカスで複数の露光を行って複数個所に露光した後、現像を行なって、前記第3テスト基板上の複数個所にそれぞれ第3テストパターンを形成する第3テストパターン形成工程と、
    複数の露光箇所について前記第3テストパターンのTOP寸法とBOTTOM寸法をそれぞれ測定する第3パターン寸法測定工程と、
    前記第3テストパターンごとに、TOP寸法とBOTTOM寸法の比率(TOP寸法/BOTTOM寸法)を算出する第3比率算出工程と、
    前記第3比率算出工程で算出した複数の前記第3テストパターンの複数の前記比率の平均値を判断対象平均値として算出する判断対象値算出工程と、
    前記判断対象平均値が前記平均基準値から所定範囲以内にある場合は正常と判断し、前記判断対象平均値が前記所定範囲にない場合は異常と判断する像面傾斜判定工程と、をその順に含み、
    前記テストパターン用マスク原版は、露光装置のレンズ中央部に対応する位置に配置されている第1テストパターン用開口と、前記第1テストパターン用開口とは異なる位置で前記露光装置の最大露光領域内に配置されている第2テストパターン用開口とを備えており、
    前記第1テストパターンは前記テストパターン用マスク原版の前記第1テストパターン用開口に対応するパターンであり、
    前記第2テストパターンは前記第1テストパターン用開口に対応するパターン及び前記第2テストパターン用開口に対応するパターンであり、
    前記第3テストパターンは前記第2テストパターンの形成に用いられた前記第1テストパターン用開口及び前記第2テストパターン用開口と同じ前記第1テストパターン用開口及び前記第2テストパターン用開口に対応するパターンである、露光装置の調整方法。
  2. 前記判断基準値決定工程は、前記平均基準値に替えて、前記第2比率算出工程で算出した複数の前記第2テストパターンの複数の前記比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、
    前記判断対象値算出工程は、前記判断対象平均値に替えて、前記第3比率算出工程で算出した複数の前記第3テストパターンの複数の前記比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、
    前記像面傾斜判定工程は、前記判断対象標準偏差値が前記標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、前記判断対象標準偏差値が前記標準偏差基準値よりも大きい場合は異常と判断する、請求項1に記載の露光装置の調整方法。
  3. 前記判断基準値決定工程は、前記平均基準値に加えて、前記第2比率算出工程で算出した複数の前記第2テストパターンの複数の前記比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、
    前記判断対象値算出工程は、前記判断対象平均値に加えて、前記第3比率算出工程で算出した複数の前記第3テストパターンの複数の前記比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、
    前記像面傾斜判定工程は、前記判断対象平均値が前記平均基準値から所定範囲以内にあり、かつ前記判断対象標準偏差値が前記標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、それ以外の場合は異常と判断する、請求項1に記載の露光装置の調整方法。
  4. 前記平均基準値から所定範囲は「0.5〜0.8」までの範囲である請求項1又は3に記載の露光装置の調整方法。
  5. 前記標準偏差基準値は「0.3」である請求項2又は3に記載の露光装置の調整方法。
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