JP5640943B2

JP5640943B2 - 露光装置の設定方法、基板撮像装置及び記憶媒体

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Publication number: JP5640943B2
Application number: JP2011223079A
Authority: JP
Inventors: 宮崎　忍; 忍宮崎; 浩富田; 修児岩永
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2031-10-07
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Description

本発明は、露光装置における露光量及びフォーカス値の設定方法、前記設定方法を行うために用いる基板撮像装置及び前記設定方法を行うプログラムを格納する記憶媒体に関する。

半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィ工程では、例えば半導体ウエハ（以下ウエハという）上にレジストを塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などが順次行われ、ウエハ上に所定のレジストパターンが形成される。

前記レジストパターンの寸法（線幅）は、前記露光処理を行う露光装置における露光量及びフォーカス値により決定され、この所望のレジストパターンの寸法に応じて露光量及びフォーカス値が設定される。フォーカス値とは露光装置に設けられる対物レンズとウエハとの距離に相当する値である。露光量及びフォーカス値は経時的に変化する場合があるため、そのような経時変化が起こってもパターンの寸法の変化が起こりにくい値に露光量及びフォーカス値が設定されることになる。つまり、マージンがより広く取れるように露光量及びフォーカス値が設定される。

ところで、光源の出力のふらつきや温度及び湿度などの環境起因によるレンズの歪みなどの原因により、上記のようにフォーカス値及び露光量は、経時的に設定値から実際の値がずれるように変化する場合がある。そこで定期的に各パターンの寸法に対する露光量及びフォーカス値の関係を確認する確認作業を行い、必要な場合にこれら露光量及びフォーカス値の補正を行っている。この確認作業には、ＦＥＭウエハと呼ばれるウエハを作成して使用する。このＦＥＭウエハは、詳しくは実施の形態で説明するが、レジスト膜が形成されたウエハにショット（１回の露光）毎にフォーカス値及び露光量を変えて、露光を行った後現像処理を行って、当該ウエハＷの複数の露光領域に各々パターンを形成したウエハである。そして、各露光領域に形成されたレジストパターンを光学式ＣＤ測定器や、測長ＳＥＭと呼ばれるパターンの寸法を測定する機器を用いてその線幅を測定する。

しかし、そのように露光領域毎にパターンの寸法を測定することは長い時間を要するため、露光装置の設定に長い時間を費やすことになり、露光装置の生産効率を高くできないという問題があった。特許文献１には露光装置のフォトマスクを作成するためのシミュレーションモデルを作成するにあたりＦＥＭウエハを作成し、その線幅を測定することが示されているが、上記の問題については記載されておらず、当該問題を解決できるものではない。

特開２００９−２２９４７９

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は露光量及びフォーカス値についての設定時間を短くすることができる技術を提供することである。

本発明の露光装置の設定方法は、予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量及びフォーカス値の適正値で基板の表面に形成されたレジスト膜に設定される露光領域を露光するように露光装置を設定する設定方法において、
予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量とフォーカス値との適正値が各々決定されている第１の状態の露光装置で、前記露光領域が複数設定された基準基板を、当該露光領域毎に露光量とフォーカス値とを各々変更して露光した後に現像してパターンを形成し、当該基準基板を撮像することにより得られる前記各露光領域の輝度を特定した基準データを取得する工程と、
前記予め設定された寸法のパターンを形成することができる前記露光量とフォーカス値とのうちの少なくとも一方の適正値が不明な第２の状態の露光装置で、前記露光領域が複数設定された検査基板を、当該露光領域毎に露光量とフォーカス値とを各々変更して露光した後に現像して、当該検査基板にパターンを形成する工程と、
前記パターンを形成した検査基板を撮像し、前記各露光領域についての輝度を特定した検査画像データを作成する工程と、
前記基準データの各露光領域の輝度と前記検査画像データの各露光領域の輝度とに基づいて、前記第２の状態で前記予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量及びフォーカス値の適正値を決定する工程と、
を備え、
前記検査基板における各露光領域は、基準基板における各露光領域に対応する位置に設定されると共に、基準基板及び検査基板の各露光領域は縦横に配置され、
前記縦横の一方において一端から他端に向けて露光量が大きくなり、前記縦横の他方において一端から他端に向けてフォーカス値が大きくなるように各露光領域に露光が行われ、
露光量及びフォーカス値の適正値を決定する工程は、
基準基板の各露光領域の輝度と、検査基板の各露光領域の輝度とに基づいて基準基板と検査基板とを重ね合わせたときの各基板のずれ量を算出する工程と、
このずれ量から予め設定された計算式を用いて前記露光量及びフォーカス値の適正値を決定する工程と、を含むことを特徴とする。

前記設定方法の具体的な態様としては例えば下記の通りである。
基準基板の各露光領域の輝度と、前記各露光領域に対応付けられた検査基板の各露光領域の輝度との差を算出して表示する工程を含む。

本発明によれば、パターンを形成した基準基板の露光領域を撮像して得られる輝度と、パターンを形成した検査基板の複数の露光領域を撮像して得られる輝度とに基づいて露光装置のフォーカス値及び露光量を設定するため、前記検査基板の各露光領域のパターンの寸法を計測する必要が無い。従って、露光装置における露光量及びフォーカス値の設定を速やかに行うことができ、露光装置の生産効率を高くすることができる。

本発明に係る設定方法を実施するための基板撮像装置の縦断側面図である。前記基板撮像装置の横断平面図である。ＦＥＭウエハの平面図である。基準ウエハから得た輝度、フォーカス値及び露光量の対応を示すグラフ図である。検査ウエハから得た輝度、フォーカス値及び露光量の対応を示すグラフ図である。基準ウエハから得た輝度の分布を示す模式図である。検査ウエハから得た輝度の分布を示す模式図である。基準ウエハと検査ウエハとの輝度の差の分布を示す模式図である。基準ウエハ及び検査ウエハの輝度の分布を示す模式図である。輝度の分布に基づいて重ね合わせた基準ウエハ及び検査ウエハの模式図である。前記基板撮像装置に設けられる制御部の構成図である。前記基板撮像装置を用いて行う設定のフロー図である。評価試験の基準ウエハから得たパターンの線幅、フォーカス値及び露光量の対応を示すグラフ図である。評価試験の検査ウエハから得たパターンの線幅、フォーカス値及び露光量の対応を示すグラフ図である。

本発明の露光装置の設定方法を実施するために用いる基板撮像装置１について説明する。図１、図２は基板撮像装置１の縦断平面、横断平面を夫々示している。基板撮像装置１は、その筐体１０内にウエハＷの裏面側中央部を吸着し、ウエハＷを水平に保持する載置台１１を備えている。図中１２はウエハＷの筐体１０内への搬入及び筐体１０内からの搬出を行うための搬送口である。このウエハＷについては後述する。

載置台１１は水平駆動部１３に支持されている。筐体１０内において搬送口１２が開口している側を手前側とすると、基板撮像装置１への床面には手前側から奥側に向かってガイドレール１４が敷設されており、水平駆動部１３はこのガイドレール１４に沿って水平移動自在に構成されている。

ガイドレール１４上には筐体１０の左右に伸びる横長のハーフミラー１５が設けられており、このハーフミラー１５は当該ガイドレール１４の伸長方向に対して斜めに設けられている。また、ハーフミラー１５の上方には当該ハーフミラー１５を介して下方に光を照射する照明部１６が設けられている。

ハーフミラー１５の奥側には撮像カメラ２１が設けられている。この撮像カメラ２１は、レンズ２２と、レンズ２２に写った像が結像する多数のＣＣＤ素子からなる撮像素子群２３とを備えており、この撮像素子群２３からのアナログ信号の出力が不図示のＡ／Ｄ変換器により、ディジタル信号に変換されて、後述の制御部４に出力される。

照明部１６からの照明がハーフミラー１５を通過し、ハーフミラー１５の下方の照射領域に当てられる。そして、この照射領域における物体の反射光がハーフミラー１５で反射し、撮像カメラ２１に取り込まれる。すなわち撮像カメラ２１は、ハーフミラー１５の下方に位置する物体を撮像することができる。そして、ウエハＷがガイドレール１４に沿ってハーフミラー１５の下方を手前側から奥側に向けて移動しているときに、撮像カメラ２１が制御部４の制御信号に従って間欠的に撮像を行い、ウエハＷの表面全体が撮像される。

ここで、この基板撮像装置１により撮像されるウエハＷについて、図３を参照しながら説明する。このウエハＷはＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウエハと呼ばれるウエハＷであり、その周端部を除いた表面のパターン形成領域２０にはマトリクス状に多数の矩形の露光領域２５が互いに隣接して設定されている。各露光領域２５の配列方向を各々Ｘ方向、Ｙ方向とし、各露光領域２５のＸ方向、Ｙ方向の大きさは互いに等しく設定されている。なお、図３中の露光領域２５の数は実際に設定される露光領域２５の数よりも少なく示している。

このウエハＷの表面にはレジスト膜が形成されており、露光装置により露光領域２５毎に設定を変えたフォーカス値及び露光量で露光されている。つまり一つの露光領域２５内は、同じフォーカス値及び露光量に設定されて露光されている。前記Ｘ方向の一端から他端に向かうにつれて露光領域２５に設定した露光量が大きくなり、Ｘ方向に互いに隣り合う各露光領域２５間の露光量の差は互いに等しく設定されている。また、前記Ｙ方向の一端から他端に向かうにつれてフォーカス値が大きくなり、Ｙ方向に互いに隣り合う各露光領域２５間の露光量の差は互いに等しく設定されている。ウエハＷは、このように露光を行った上で現像処理が行われており、各露光領域２５にレジストパターンが形成されている。

ところで、既述したように露光装置のフォーカス値及び露光量は、実際の値と設定値との間でずれが生じる場合がある。所望の寸法のレジストパターンを形成するための適切な露光量の設定値及びフォーカス値の設定値が明らかになっている状態で露光装置にて各露光領域２５を露光して作成した前記ウエハＷを基準ウエハＷ１とする。この基準ウエハＷ１では、例えばウエハＷの中央部に位置する露光領域２５をそのように適切な露光量の設定値、適切なフォーカス値の設定値で露光している。この例では前記露光量の設定値は１５．６ｍＪ／ｃｍ²であり、前記フォーカス値の設定値は０．３μｍである。また、露光量の設定を１２．０ｍＪ／ｃｍ²〜１９．２ｍＪ／ｃｍ²の範囲で、フォーカス値の設定を−０．６μｍ〜１．２μｍの範囲で夫々変化させて各露光領域２５に露光を行っている。また、露光領域２５がＸ方向に１つずれると露光量の設定は０．３ｍＪ／ｃｍ²変化し、露光領域２５がＹ方向に１つずれるとフォーカス値の設定は０．１μｍ変化するように露光が行われている。前記適切な露光量の設定値、適切なフォーカス値の設定値は、夫々特許請求の範囲に記載した露光量の適正値及びフォーカス値の適正値である。またこれ以降、記載を簡略にするために適切な露光量、適切なフォーカス値とも記載する場合がある。

基準ウエハＷ１の作成後、所定の時間が経過したときに、前記基準ウエハＷ１の露光を行った露光装置により基準ウエハＷ１と同じ位置の各露光領域２５を、基準ウエハＷ１を作成したときと同じ設定の露光量及びフォーカス値で露光したウエハＷを検査ウエハＷ２と表記する。つまり、検査ウエハＷ２の各部は基準ウエハＷ１の各部と同じ設定の露光量及びフォーカス値で露光しているが、実際の露光量及びフォーカス値は基準ウエハＷ１の作成時と検査ウエハＷ２の作成時との間で差がある場合があり、従って基準ウエハＷ１と検査ウエハＷ２との間で同じ露光領域２５に形成されるパターンの寸法が互いに異なる場合がある。

ここで基準ウエハＷ１の露光量及びフォーカス値の適正値を決定する手順について説明する。先ず、上記のＦＥＭウエハＷを作成する。ただし、上記の検査ウエハＷ１では各露光領域２５に対する露光量を１２．０ｍＪ／ｃｍ²〜１９．２ｍＪ／ｃｍ²の範囲で、フォーカス値を−０．６μｍ〜１．２μｍの範囲で夫々設定しているが、これらの露光量及びフォーカス値の範囲については任意に設定する。そして、ＦＥＭウエハＷの各露光領域２５の寸法を測定し、その測定結果により所望のパターンの寸法を得るための露光量及びフォーカス値の適正値を決定する。

そして、決定した露光量及びフォーカス値の適正値（上記の例では夫々１５．６ｍＪ／ｃｍ²、０．３μｍ）を基準ウエハＷ１の中心部の露光領域２５の露光量及びフォーカス値とする。従って、当該露光領域２５のパターンの寸法は既知の値である。そして、前記中心部の露光領域２５の露光量及びフォーカス値を基準に、上記のように露光量がＸ方向に所定の値ずつずれてゆき、フォーカス値がＹ方向に所定の値ずつずれるようにして、前記中心部以外の露光領域２５の露光量及びフォーカス値を設定する。

続いて、上記の基板撮像装置１で行う処理の概略について説明する。この処理では各ウエハＷの露光領域２５に形成したレジストパターンの線幅に応じて、当該露光領域の輝度（明暗値）が変化することを利用する。輝度（明暗値）とは２次光源、即ち被写体であるウエハＷが撮像カメラ２１に向かって発する光の強さであり、画像の明るさ（グレーレベル）で表現される無単位の値である。

基板撮像装置１は、基準ウエハＷ１を撮像して取得される画像データから、各露光領域２５の輝度のメジアン（中央値）と、各露光領域２５に設定した露光量及びフォーカス値との対応関係を示すグラフ（基準グラフと表記する）３１を表示する。そして、図４は、前記基準グラフ３１の一例を示しており、横軸にフォーカス値（単位：μｍ）、縦軸に輝度のメジアンを夫々設定し、露光量毎にグラフの線を引いている。グラフ中の数値は矢印で指したグラフの線の露光量を示している。

さらに、基板撮像装置１は、検査ウエハＷ２を撮像して取得される画像データから各露光領域２５の輝度のメジアンと、各露光領域２５に設定した露光量及びフォーカス値との対応関係を示すグラフ（検査グラフと表記する）３２を表示する。図５は、この検査グラフ３２の一例を示しており、基準グラフ３１と同様に横軸にフォーカス値（単位：μｍ）、縦軸に輝度を夫々設定し、露光量毎にグラフの線を作成している。

既述のように基準ウエハＷ１を作成するときには露光装置のフォーカス値、露光量を夫々０．３μｍ、１５．６ｍＪ／ｃｍ²に設定することで所望の寸法のパターンが得られる。基準グラフ３１より、そのような設定のときに露光領域２５の輝度が２０５であることが分かる。ところで、フォーカス値の適切な値は当該値の若干の変動によりパターンの寸法が変動し難い、即ち輝度が変動し難い値であるため、グラフの線のピークに対応する値に設定することが好ましい。そして検査グラフ３２を見ると、前記ピークが０．５μｍに対応する位置にある。つまり適切なフォーカス値は０．５μｍである。そして、このフォーカス値が０．５μｍであるときに輝度が２０５となる露光量は１６．２ｍＪ／ｃｍ²である。従って、検査ウエハＷ２を作成したときには前記露光装置のフォーカス値、露光量を、夫々０．５μｍ、１６．２ｍＪ／ｃｍ²に設定することで、所望の線幅のパターンがウエハＷに形成できることになるため、ユーザはそのように前記露光装置のフォーカス値及び露光量を設定する。

また、基板撮像装置１は、このようなグラフ表示の他に基準ウエハＷ１の画像データ、検査ウエハＷ２の画像データの夫々に基づいて当該基準ウエハＷ１、検査ウエハＷ２の輝度（明暗値）の分布を示すマップ表示を行う。図６は、基準ウエハＷ１の面内の輝度分布を示すマップ（基準マップとする）３３の一例を示しており、図７は検査ウエハＷ２の面内の輝度分布を示すマップ（検査マップとする）３４の一例を示している。

基準マップ３３は、基準ウエハＷ１の各露光領域２５の輝度のメジアンに応じて、当該基準ウエハＷ１の面内の対応する位置を当該メジアンに応じたカラーで表示したものであり、実際には基準ウエハＷ１の面内でグラデーションが掛けられたように示される。そして、そのように表示されるカラーによって、ユーザは基準ウエハＷ１の面内各部の輝度が把握できるようになっている。検査マップ３４は、検査ウエハＷ２の各露光領域２５の輝度のメジアンに応じて、検査ウエハＷ２の面内の対応する位置を当該メジアンに応じたカラーで表示したことを除いて基準マップ３３と同様である。図６及び図７では、図示の便宜上、輝度が所定の範囲である領域を等高線で囲い、この等高線により各領域を互いに区画して示している。

既述のように基準ウエハＷ１の中央部の露光領域２５には所望の寸法のパターンが形成されているため、当該露光領域２５のカラーと同じカラーが表示されている箇所を検査マップ３４から探し、その箇所に設定された露光量及びフォーカス値を検査マップ３４から読み取る。つまり、例えば検査マップ３４において、フォーカス値、露光量が夫々０．５μｍ、１６．２ｍＪ／ｃｍ2である箇所の色が、基準マップ３３中央部の色と同色であれば、そのように露光装置のフォーカス値及び露光量を設定する。それによって基準グラフ３１及び検査グラフ３２を用いる場合と同様に所望のパターンをウエハＷに形成できる。ただし、露光量及びフォーカス値の設定によっては検査マップ３４において、基準マップ３３の中央部のカラーと同じカラーとなる箇所が複数表示されるので、精度高く露光量及びフォーカス値の設定を行うために、上記のように基準グラフ３１及び検査グラフ３２を用いて設定を行うことが有効である。

また、基板撮像装置１は、基準ウエハＷ１の画像データ及び検査ウエハＷ２の画像データから互いに同じ座標の画素の輝度の差分を演算する。そして、図８に示すように互いにＸ方向、Ｙ方向の向きと中心位置とを揃えて重ね合わされたウエハＷ１、Ｗ２（便宜上図８ではこの重ね合わせたウエハをＷ３としている）の面内において、前記差分の分布を示す差分マップ３５を表示することができる。即ち、基準ウエハＷ１の各露光領域２５の輝度のメジアンと、前記各露光領域２５に対応付けられた検査ウエハＷ２の各露光領域２５の輝度のメジアンとの差が算出されて表示される。この差分マップ３５は、基準マップ３３及び検査マップ３４同様に、演算された差分を当該差分に対応するカラーとしてウエハＷ３の面内の対応する箇所に表示する。

この差分マップ３５により、ユーザは基準ウエハＷ１作成時の露光量及びフォーカス値に対する検査ウエハＷ２作成時の露光量及びフォーカス値のずれの大きさを確認することができる。つまり、前記ずれが小さいほど、この差分マップ３５の面内各部には前記ずれが０を示すカラーまたは０に近いことを示すカラーが表示され、ウエハＷ３面内のカラーのばらつきも小さい。そして、前記ずれが大きくなるほど、ウエハＷ３の面内各部で夫々差分が大きくなったことを示すカラーが表示され、ウエハＷ３の面内のカラーもばらつくことになる。

また、上記のようにこの例では所望の寸法のパターンを形成するための露光量及びフォーカス値は、基準ウエハＷ１作成時には夫々１５．６ｍＪ／ｃｍ²及び０．３μｍに設定されている。この基板撮像装置１では、検査ウエハＷ２を作成したときに前記所望のパターンを形成するための露光量１５．６ｍＪ／ｃｍ²に対する補正量Ｄoffset（ｍＪ／ｃｍ2）、フォーカス値０．３μｍに対する補正量Ｆoffset（μｍ）を予め設定した数式により算出することができる。

これら各補正量の算出方法について説明する。図９は基準ウエハＷ１の画像データ及び検査ウエハＷ２の画像データを各々模式的に示している。図中各ウエハＷ１、Ｗ２のパターン形成領域２０内には各部の輝度を記載している。これらの画像データを用いて、基準ウエハＷ１のパターン形成領域２０の輝度と、例えば検査ウエハＷ２のパターン形成領域２０内にて予め設定した任意の領域３８の輝度とに基づいて正規化相関マッチングを行う。具体的に、基準ウエハＷ１のパターン形成領域２０の輝度と、検査ウエハＷ２の前記領域３８の輝度との差が最も小さくなるように、基準ウエハＷ１の画像データと検査ウエハＷ２の画像データとをＸ方向、Ｙ方向の向きが夫々揃うように互いに重ね合わせる。図１０にはそのように重ね合わせた基準ウエハＷ１及び検査ウエハＷ２の各画像データを示している。

上記のように基準ウエハＷ１、Ｗ２はＸ方向、Ｙ方向に露光量、フォーカス値を段階的に変化させて作成している。従って、このようにウエハＷ１、Ｗ２の画像データを重ね合わせたときのＸ方向の画像の位置ずれｘは基準ウエハＷ１を作成したときの露光量と、検査ウエハＷ２を作成したときの露光量とのずれに対応し、Ｙ方向の画像の位置ずれｙは基準ウエハＷ１を作成したときのフォーカス値と、検査ウエハＷ２を作成したときのフォーカス値とのずれに対応する。

下記の式１、式２により画像の位置ずれｘ、ｙから露光量のずれ、フォーカス値のずれを算出し、これら各ずれを前記露光量についての補正量Ｄoffset、フォーカス値についての補正量Ｆoffsetとする。なお、この手法において検出される画像の位置ずれｘ、ｙの単位はピクセルであるが、予め設定された計算式によりこのピクセル単位のずれは実世界におけるμｍの単位に変換されて式１、式２が演算されるため、位置ずれｘ、ｙの単位はμｍとして説明する。
Ｄoffset=Ｄstep(x／ＳＳｘ)・・・式１
Ｆoffset=Ｆstep(ｙ／ＳＳｙ)・・・式２

式１におけるＤstepはＸ方向に隣り合う露光領域２５の露光量の設定値の差（ｍＪ／ｃｍ2）であり、上記のようにこの例では０．３ｍＪ／ｃｍ2である。ＳＳｘは１つの露光領域２５のＸ方向の大きさ（μｍ）である。式２におけるＦstepはＹ方向に隣り合う露光領域２５のフォーカス値の設定値の差（μｍ）であり、上記のようにこの例では０．１μｍである。ＳＳｙは１つの露光領域２５のＹ方向の大きさ（μｍ）である。このように計算により補正量を算出することで、上記のようにグラフやマップを目視する場合よりも補正量及びフォーカス値を精度高く補正することができる。

次に上記の各処理を行うために基板撮像装置１に設けられ、適切なフォーカス値及び露光量の決定手段を構成する制御部４について図１１を参照しながら説明する。制御部４はバス４１を備え、バス４１には各種の演算を行うＣＰＵ４２、プログラム４３が格納される格納部４４、メモリ４５、表示部４６及び入力部４７が接続されている。プログラム４３は、制御部４から基板撮像装置１の各部に制御信号を送り、後述の各モードの処理を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。プログラム格納部４４は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）等からなる。

メモリ４５は、基準ウエハＷ１の画像データ、検査ウエハＷ２の画像データを夫々格納する画像データ記憶領域５１、５２と、上記の式１、式２を格納する数式記憶領域５３とを備えている。表示部４６は演算値表示領域５４、グラフ表示領域５５及びマップ表示領域５６を備えている。演算値表示領域５４は、既述の式１及び式２により演算されたＤoffset、Ｆoffsetを表示する領域である。グラフ表示領域５５には上記の基準グラフ３１、検査グラフ３２が表示される。マップ表示領域５６には上記の基準マップ３３、検査マップ３４及び差分マップ３５が表示される。入力部４７はマウス、キーボードやタッチパネルなどからなり、この入力部４７にてユーザが基板撮像装置１を操作して、上記の各マップ、各グラフの表示や式１、式２による補正量の演算及び表示が行われる。

続いて、基板撮像装置１を用いた露光装置の露光量及びフォーカス値についての設定手順について図１２のフローを参照しながら説明する。上記のように基準ウエハＷ１を作成し、当該基準ウエハＷ１を所定の方向に向けて載置台１１に載置し、載置台１１をガイドレール１４に沿って移動させながら撮像カメラ２１により撮像が行われ、基準ウエハＷ１の画像データが取得される（ステップＳ１）。

そして、既述したように露光量及びフォーカス値について基準ウエハＷ１と同様の設定で各露光領域２５に露光した後、現像を行って検査ウエハＷ２を作成する（ステップＳ２）。この検査ウエハＷ２を基準ウエハＷ１と同様に撮像カメラ２１で撮像し、検査ウエハＷ２の画像データが取得される（ステップＳ３）。

そして、取得した各画像データについて、平滑化処理や平均化処理などのフィルタ処理が行われ、画像のノイズが除去される。そして、例えばユーザが入力部４７から指示を行うと、基準ウエハＷ１の画像データにおいて各露光領域（ショット）２５の輝度（明暗値）のメジアンと、各露光領域２５に設定した露光量及びフォーカス値とに基づいて、上記の基準グラフ３１及び基準マップ３３が表示される（ステップＳ４）。

そして、検査ウエハＷ２の画像データの各露光領域（ショット）２５の輝度（明暗値）のメジアンと、各露光領域２５に設定した露光量及びフォーカス値とに基づいて、上記の検査グラフ３２及び検査マップ３４が表示される（ステップＳ５）。さらに、基準ウエハＷ１の画像データの各画素の輝度と、検査ウエハＷ２の画像データの各画素の輝度との差分を演算し、その演算値に基づいて、上記の差分マップ３５が表示される。

さらに、上記の基準ウエハＷ１の画像データ及び検査ウエハＷ２の画像データの正規化相関マッチングが行われ、図１０に示した画像のずれ量ｘ、ｙが算出される（ステップＳ６）。次いでこのｘ、ｙに基づいて既述の式１、式２により露光量補正量Ｄoffset及びフォーカス値補正量Ｆoffsetが算出されて表示される（ステップＳ７）。

ユーザは表示されたグラフまたはマップから所望の寸法のパターンが得られる適切な露光量及びフォーカス値を読み取るか、あるいは基準ウエハＷ１を作成したときの露光量１５．６ｍＪ／ｃｍ2、フォーカス値０．３μｍにＤoffset、Ｆoffsetを夫々加算した値を、適切な露光量及びフォーカス値とする。そして、この適切な値に前記露光装置の露光量及びフォーカス値を設定する（ステップＳ８）。

このような露光装置の露光量及びフォーカス値の設定方法によれば、所望の寸法のレジストパターンが得られるように適切な露光量及びフォーカス値で露光された露光領域２５を含む基準ウエハＷ１の画像の輝度と、露光量及びフォーカス値を露光領域２５毎に変更して露光した検査ウエハＷ２から撮像した検査ウエハＷ２の画像の輝度と、に基づいて検査ウエハＷ２を作成したときの露光装置の状態においても所望の寸法のレジストパターンが得られるように露光量及びフォーカス値の補正を行っている。従って、前記補正を行うにあたり、検査ウエハＷ２の各露光領域２５についてレジストパターンの線幅を測定する必要が無いため、当該補正を速やかに行うことができる。また、露光量及びフォーカス値の経時的変化を速やかに観察することができる。従って、前記各補正量の決定に要する時間を短くできる分、露光装置の稼働時間を長くすることができるので露光装置の生産効率を高くし、半導体装置の生産効率を高くすることができる。

ところで、上記の実施形態ではグラフ、マップ及び式１、２による演算値のすべてを表示しているが、これらのうちどれか一つを表示して露光装置の露光量の及びフォーカス値の補正量を決定してもよい。また、このようなグラフ、マップ及び演算値のユーザに対する表示を行わず、例えば上記の基準グラフ３１、検査グラフから制御部４が露光量及びフォーカス値を検出し、露光装置のアクチュエータに検出信号を送信する。そして、アクチュエータが検出した露光量及びフォーカス値になるように露光装置の設定を変更するようにしてもよい。マップや演算値を用いて露光装置の設定を補正する場合も、このようにアクチュエータを介して設定の変更を行うようにすることができる。

上記の実施形態においては基板撮像装置１により基準ウエハＷ１及び検査ウエハＷ２を各々撮像して各画像データを取得しているが、例えば複数の基板撮像装置１を用意し、一の基板撮像装置１で基準ウエハＷ１を撮像して取得した画像データを、検査ウエハＷ２を撮像する他の基板撮像装置１に送信して、上記のデータ処理を行ってもよい。つまり、基準ウエハＷ１の画像データは、検査ウエハＷ２の画像データを取得する基板撮像装置１により取得することには限られない。

また、上記のように検査グラフ３２を用いて補正を行う場合は、所望のパターンが形成された露光領域２５についての輝度のデータが分かればよいため、基準画像データの代わりに当該輝度の数値についてのデータを取得するようにしてもよい。また、検査グラフ３２を用いて補正を行う場合は、所望のパターンが形成された露光領域２５についての輝度のデータが分かればよいため、基準ウエハＷ１については少なくとも１つの露光領域２５を適切な露光量及びフォーカス値に設定して露光するようにしてもよい。つまり上記の例においては、中央部の露光領域２５だけ露光量１５．６ｍＪ／ｃｍ2、フォーカス値０．３μｍで露光し、他の箇所は露光せずに撮像を行い、当該露光領域２５の輝度を取得し、その輝度に基づいて検査グラフ３２から適切な露光量を読み取ることができる。このときフォーカス値は上記の実施形態と同じく、検査グラフ３２の波形のピークの値を読み取り、その値を適切なフォーカス値とする。ただし、上記のように露光領域２５毎に露光量及びフォーカス値を変更し、基準グラフ３１を表示することでグラフの波形からウエハＷの中央部の露光領域２５のフォーカス値の設定が適切か否かを確認することができるため、基準ウエハＷ１については上記のように少なくともフォーカス値の設定を露光領域２５ごとに変更して作成することが好ましい。

また、上記の例では基準ウエハＷ１、検査ウエハＷ２は同じ露光装置により露光しているが、上記のようにグラフを用いる場合は互いに異なる露光装置により露光を行った基準ウエハＷ１及び検査ウエハＷ２を用いてもよい。この場合も上記の例と同様に基準ウエハＷ１を撮像して適切な露光量及びフォーカス値が設定された露光領域２５の輝度を特定し、その輝度に対応する露光量を検査グラフ３２から読み取る。マップを用いる場合も同様に異なる露光装置によりウエハＷ１、Ｗ２を露光してもよい。ただし、上記のマッチングと計算式とにより補正量を決定する場合、上記の画像のずれ量ｘ、ｙは同じ露光装置において、基準ウエハＷ１作成時と検査ウエハＷ２作成時との間における露光量及びフォーカス値の設定値に対して実際の値とのずれの大きさの変化に対応するものであるため、基準ウエハＷ１と検査ウエハＷ２とは同じ露光装置で露光して作成することになる。

式１、式２により補正量を求めるために上記のマッチングを行う際に、カラーの画像データである場合には各画素におけるＲＧＢの夫々の輝度が最小になるようにマッチングが行われ、上記のｘ、ｙが決定される。つまり、画像データは画像データとしてはモノクロの画像データであってもカラーの画像データであってもよい。また、上記の例では基準ウエハＷ１及び検査ウエハＷ２の各露光領域２５ごとに輝度のメジアンを算出して、各グラフ３１、３２及び各マップ３３、３４を作成しているが、前記メジアンの代わりに各露光領域２５の輝度の平均値を算出し、この平均値によって各グラフ３１、３２及び各マップ３３、３４を作成してもよい。

（評価試験１）
上記の実施形態同様に基準ウエハＷ１、検査ウエハＷ２を作成し、各ウエハＷ１、Ｗ２の露光領域２５の中心部のレジストパターンの寸法である線幅について光学式ＣＤ測定機により測定した。その測定結果に基づき、ウエハＷ１、Ｗ２について夫々前記線幅とフォーカス値と露光量との対応関係を示すグラフを作成した。このグラフの作成にあたり各ウエハＷについて３７９箇所の線幅を測定している。

試験で用いた各ウエハＷ１、Ｗ２について更に説明すると、基準ウエハＷ１において、面内の中心部の露光領域２５には所望の寸法である線幅１１２ｎｍのパターンを形成するために露光量、フォーカス値を夫々１５．６ｍＪ／ｃｍ2、０．３μｍに設定した。そして、上記の実施形態と同様にＸ方向に隣接する露光領域同士で露光量が０．３ｍＪ／ｃｍ2ずつ変化するように設定し、Ｙ方向に隣接する露光領域２５同士でフォーカス値は０．１μｍずつ変化するように設定した。１つの露光領域２５のＸ方向の大きさは11040μｍ、Ｙ方向の大きさは14560μｍである。検査ウエハＷ２もこの基準ウエハＷ１と同様の設定で作成している。

基準ウエハＷ１について測定された線幅と露光量とフォーカス値との対応を示すグラフを図１３に示す。この図１３は、図４で示した基準グラフ３１に対応し、縦軸には輝度の代わりにパターンの線幅（ｎｍ）を設定している。図中で矢印により各グラフの線を指すように記載した数値は露光量である。各グラフの線のピークはフォーカス値が０．３μｍの位置にある。つまり、フォーカス値が０．３μｍの前後は線幅が殆ど変動しないので、当該０．３μｍがフォーカス値の適切な値である。そして、フォーカス値が０．３μｍで露光量が１５．６ｍＪ／ｃｍ2のときに所望の線幅１１２ｎｍが得られていることが分かる。

検査ウエハＷ２について測定された線幅と露光量とフォーカス値との対応を示すグラフを図１４に示す。この図１４のグラフは図１３のグラフと同様に横軸、縦軸に夫々フォーカス値、線幅を設定している。各グラフの線のピークはフォーカス値が０．５μｍの位置にある。そして、フォーカス値が０．５μｍであるときに所望の線幅１１２ｎｍとなる露光量は１６．２ｍＪ／ｃｍ2である。従って、パターンの線幅を１１２ｎｍにするために適切な露光量、フォーカス値は夫々１６．２ｍＪ／ｃｍ2、０．５μｍである。従って、基準ウエハＷ１を作成したときの露光量に対する補正量、フォーカス値に対する補正量は夫々１６．２−１５．６＝＋０．６ｍＪ／ｃｍ2、０．５−０．３＝＋０．２μｍである。この評価試験１では基準ウエハＷ１及び検査ウエハＷ２の撮像を開始してからグラフ表示するまでに１８００秒かかっている。

（評価試験２）
評価試験２では評価試験１と同様の基準ウエハＷ１、検査ウエハＷ２について、上記の実施形態に従って画像データを取得し、画像の位置ずれ量ｘ、ｙを算出し、式１、式２を用いて露光量の補正量、フォーカス値の補正量を算出した。その結果、位置ずれ量ｘは17581μｍ、ｙは25915μｍであり、演算された露光量の補正量Ｄoffsetは＋0.48ｍＪ／ｃｍ2、フォーカス値の補正量Ｆoffsetは+0.18μｍであった。この評価試験２では基準ウエハＷ１及び検査ウエハＷ２の撮像を開始してから補正量を表示するまでに１５秒かかっている。このように評価試験１、２で得られた各補正量は互いに近い値であり、補正量を得るまでに要する時間は評価試験２の方が短い。従って、本発明の効果が示された。

Ｗ１基準ウエハ
Ｗ２検査ウエハ
１基板撮像装置
２０パターン形成領域
２５露光領域
３１基準グラフ
３２検査グラフ
３３基準マップ
３４検査マップ
４制御部
４３プログラム

Claims

予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量及びフォーカス値の適正値で基板の表面に形成されたレジスト膜に設定される露光領域を露光するように露光装置を設定する設定方法において、
予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量とフォーカス値との適正値が各々決定されている第１の状態の露光装置で、前記露光領域が複数設定された基準基板を、当該露光領域毎に露光量とフォーカス値とを各々変更して露光した後に現像してパターンを形成し、当該基準基板を撮像することにより得られる前記各露光領域の輝度を特定した基準データを取得する工程と、
前記予め設定された寸法のパターンを形成することができる前記露光量とフォーカス値とのうちの少なくとも一方の適正値が不明な第２の状態の露光装置で、前記露光領域が複数設定された検査基板を、当該露光領域毎に露光量とフォーカス値とを各々変更して露光した後に現像して、当該検査基板にパターンを形成する工程と、
前記パターンを形成した検査基板を撮像し、前記各露光領域についての輝度を特定した検査画像データを作成する工程と、
前記基準データの各露光領域の輝度と前記検査画像データの各露光領域の輝度とに基づいて、前記第２の状態で前記予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量及びフォーカス値の適正値を決定する工程と、
を備え、
前記検査基板における各露光領域は、基準基板における各露光領域に対応する位置に設定されると共に、基準基板及び検査基板の各露光領域は縦横に配置され、
前記縦横の一方において一端から他端に向けて露光量が大きくなり、前記縦横の他方において一端から他端に向けてフォーカス値が大きくなるように各露光領域に露光が行われ、
露光量及びフォーカス値の適正値を決定する工程は、
基準基板の各露光領域の輝度と、検査基板の各露光領域の輝度とに基づいて基準基板と検査基板とを重ね合わせたときの各基板のずれ量を算出する工程と、
このずれ量から予め設定された計算式を用いて前記露光量及びフォーカス値の適正値を決定する工程と、を含むことを特徴とする露光装置の設定方法。
基準基板の各露光領域の輝度と、前記各露光領域に対応付けられた検査基板の各露光領域の輝度との差を算出して表示する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の露光装置の設定方法。
予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量及びフォーカス値の適正値で基板の表面に形成されたレジスト膜に設定される露光領域を露光するように露光装置を設定するために用いる基板撮像装置において、
予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量とフォーカス値との適正値が各々決定されている第１の状態の露光装置で、前記露光領域が複数設定された基準基板を、当該露光領域毎に露光量とフォーカス値とを各々変更して露光した後に現像して、パターンを形成し、当該基準基板を撮像することにより得られる前記露光領域の輝度を特定した基準データを記憶する基準データ記憶部と、
前記予め設定された寸法のパターンを形成することができる前記露光量とフォーカス値とのうちの少なくとも一方の適正値が不明な第２の状態の露光装置で、前記露光領域が複数設定された検査基板を、当該露光領域毎に露光量とフォーカス値とを各々変更して露光した後に現像してパターンを形成した検査基板を撮像する撮像部と、
前記検査基板の前記各露光領域についての輝度を特定した検査画像データを記憶する検査画像データ記憶部と、
前記基準データ記憶部に記憶される前記基準データの露光領域の輝度と、前記検査画像データ記憶部に記憶される検査画像データの各露光領域の輝度とに基づいて、前記第２の状態で前記予め設定された寸法のパターンを形成するための露光量及びフォーカス値の適正値を決定するための決定手段と、
を備え、
前記検査基板における各露光領域は、基準基板における各露光領域に対応する位置に設定されると共に、基準基板及び検査基板の各露光領域は縦横に配置され、
前記縦横の一方において一端から他端に向けて露光量が大きくなり、前記縦横の他方において一端から他端に向けてフォーカス値が大きくなるように各露光領域に露光が行われ、前記決定手段は、基準基板の各露光領域の輝度と、検査基板の各露光領域の輝度とに基づいて基準基板と検査基板とを重ね合わせたときの各基板のずれ量を算出し、このずれ量から予め設定された計算式を用いて前記露光量及びフォーカス値の適正値を決定する演算部により構成されることを特徴とする基板撮像装置。
前記基板撮像装置は、更に表示部を含み、
前記基準基板の各露光領域の輝度と、検査基板において前記基準基板の各露光領域に対応する位置の各露光領域の輝度との差を示すデータを前記表示部に表示することを特徴とする請求項３に記載の基板撮像装置。
予め設定された寸法のパターンを形成することができる前記露光量とフォーカス値とのうちの少なくとも一方の適正値が不明な状態の露光装置で露光領域毎に露光量とフォーカス値とを各々変更して露光した後に現像してパターンを形成した検査基板を撮像する基板撮像装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１または２記載の露光装置の設定方法を実行するように構成されたステップ群を備えていることを特徴とする記憶媒体。