JP2000091210A - 露光装置、露光量関数設定方法及び露光方法 - Google Patents
露光装置、露光量関数設定方法及び露光方法Info
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- JP2000091210A JP2000091210A JP10260296A JP26029698A JP2000091210A JP 2000091210 A JP2000091210 A JP 2000091210A JP 10260296 A JP10260296 A JP 10260296A JP 26029698 A JP26029698 A JP 26029698A JP 2000091210 A JP2000091210 A JP 2000091210A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 所望のパターン幅に応じて最適な露光量を設
定する露光装置、露光量関数設定方法及び露光方法を提
供する。 【解決手段】 露光量関数記憶部１８には、反射率とパ
ターン寸法とをパラメータとする露光量関数が記憶され
ている。制御部１７は、反射率測定装置２０で測定した
フォトレジスト塗布前のウェハの反射率と所望のパター
ン幅とを入力し、露光量関数記憶部１８に記憶されてい
る露光量関数を用いて露光量を演算して、光源１１に供
給される電力を制御する。露光量関数は、予め多くのウ
ェハを用いて、反射率と露光量とパターン幅との関係を
求め、重回帰分析して算出する。
定する露光装置、露光量関数設定方法及び露光方法を提
供する。 【解決手段】 露光量関数記憶部１８には、反射率とパ
ターン寸法とをパラメータとする露光量関数が記憶され
ている。制御部１７は、反射率測定装置２０で測定した
フォトレジスト塗布前のウェハの反射率と所望のパター
ン幅とを入力し、露光量関数記憶部１８に記憶されてい
る露光量関数を用いて露光量を演算して、光源１１に供
給される電力を制御する。露光量関数は、予め多くのウ
ェハを用いて、反射率と露光量とパターン幅との関係を
求め、重回帰分析して算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程の一つである露光工程において、所望のパターン幅
を得るために最適な露光量を決定する露光装置、露光量
関数設定方法及び露光方法に関する。
工程の一つである露光工程において、所望のパターン幅
を得るために最適な露光量を決定する露光装置、露光量
関数設定方法及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、フォト
リソグラフィを用いて配線や絶縁膜を所望の形状にパタ
ーニングする工程が多用されている。例えば、配線を形
成する場合には、半導体ウェハ上に導電体膜を形成し、
該導電体膜の上にフォトレジストを塗布し、所望の配線
パターンを有するレチクル又はマスクを介してフォトレ
ジストを露光、現像することにより、配線パターンをフ
ォトレジスト膜に転写する。つづいて、このフォトレジ
スト膜をマスクとして下層の導電体膜をエッチングする
ことにより、導電体膜のうちレジストパターンで覆われ
ていない部分が除去され、配線パターンが形成される。
リソグラフィを用いて配線や絶縁膜を所望の形状にパタ
ーニングする工程が多用されている。例えば、配線を形
成する場合には、半導体ウェハ上に導電体膜を形成し、
該導電体膜の上にフォトレジストを塗布し、所望の配線
パターンを有するレチクル又はマスクを介してフォトレ
ジストを露光、現像することにより、配線パターンをフ
ォトレジスト膜に転写する。つづいて、このフォトレジ
スト膜をマスクとして下層の導電体膜をエッチングする
ことにより、導電体膜のうちレジストパターンで覆われ
ていない部分が除去され、配線パターンが形成される。
【０００３】ポジタイプのフォトレジストの場合には、
光のあたった部分が現像処理で除去されるため、露光量
が必要な量よりも多過ぎると配線パターンが細くなると
いう問題が生じる。逆に、ネガタイプのフォトレジスト
の場合には、光のあたらない部分が現像処理で除去され
るため、露光量が必要な量よりも多過ぎると、配線パタ
ーンが太くなるという問題が生じる。
光のあたった部分が現像処理で除去されるため、露光量
が必要な量よりも多過ぎると配線パターンが細くなると
いう問題が生じる。逆に、ネガタイプのフォトレジスト
の場合には、光のあたらない部分が現像処理で除去され
るため、露光量が必要な量よりも多過ぎると、配線パタ
ーンが太くなるという問題が生じる。
【０００４】近年、半導体装置の高密度化にともなっ
て、より一層微細なパターンの形成が要求されており、
このために、フォトレジスト膜を露光する工程で露光量
を適切に制御することがますます重要になってきてい
る。フォトレジストパターンを形成する上で適切な露光
量は、下地膜の種類、膜厚及び露光装置の光学的な特性
などによって大きく影響され、同一の製品であって下地
の膜組成等が同じであっても、ロット毎に変動すること
が経験的に知られている。このため、従来は、ロット毎
に、パイロットウェハを使用して露光量を決めていた。
て、より一層微細なパターンの形成が要求されており、
このために、フォトレジスト膜を露光する工程で露光量
を適切に制御することがますます重要になってきてい
る。フォトレジストパターンを形成する上で適切な露光
量は、下地膜の種類、膜厚及び露光装置の光学的な特性
などによって大きく影響され、同一の製品であって下地
の膜組成等が同じであっても、ロット毎に変動すること
が経験的に知られている。このため、従来は、ロット毎
に、パイロットウェハを使用して露光量を決めていた。
【０００５】すなわち、ロット内からウェハを抜き取っ
てパイロットウェハとし、実際のフォトリソグラフィ工
程と同じ条件で露光及び現像処理を行い、そのときのパ
ターン寸法を測定して、そのデータを基にそのロットに
対して適切な露光量を決める方式がとられていた。しか
しながら、上記した方法では、パイロットウェハを露
光、現像後、パターン寸法を測定する工程が必要である
ので、露光量を決定するまでに長時間かかり、スループ
ットの低下の原因となっている。また、パイロットウェ
ハが所望のパターン寸法とならなかった場合には、レジ
ストを全面除去してパターニングをやり直す再生処理が
必要となる。露光量の決定がうまくいかなかった場合に
は、パイロットウェハを複数用いる必要性も出てくるた
め、更に時間がかかってしまう。
てパイロットウェハとし、実際のフォトリソグラフィ工
程と同じ条件で露光及び現像処理を行い、そのときのパ
ターン寸法を測定して、そのデータを基にそのロットに
対して適切な露光量を決める方式がとられていた。しか
しながら、上記した方法では、パイロットウェハを露
光、現像後、パターン寸法を測定する工程が必要である
ので、露光量を決定するまでに長時間かかり、スループ
ットの低下の原因となっている。また、パイロットウェ
ハが所望のパターン寸法とならなかった場合には、レジ
ストを全面除去してパターニングをやり直す再生処理が
必要となる。露光量の決定がうまくいかなかった場合に
は、パイロットウェハを複数用いる必要性も出てくるた
め、更に時間がかかってしまう。
【０００６】上記の欠点を解消する方法として、特開昭
６３−２８４８１１号公報には、フォトレジスト膜が形
成されたウェハの表面の反射率を測定し、その測定値か
ら露光量を決めることが記載されている。
６３−２８４８１１号公報には、フォトレジスト膜が形
成されたウェハの表面の反射率を測定し、その測定値か
ら露光量を決めることが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−２８４８１１号公報には、レジスト膜が形成され
たウェハの表面の反射率を測定することは記載されてい
るものの、表面反射測定装置について具体的な記載がな
く、どのような方法で測定するかにについては開示がな
い。また、上記公報では、フォトレジスト膜に吸収され
る露光量が一定になるように各ウェハの反射率を測定す
ることが記載されているだけであって、基本となる露光
量はパイロットウェハを用いて測定する必要がある。更
に、本願発明者らの検討の結果、単に反射率を測定した
だけでは、最適な露光量を決定することができないこと
が判明したので、以下、その理由について説明する。
６３−２８４８１１号公報には、レジスト膜が形成され
たウェハの表面の反射率を測定することは記載されてい
るものの、表面反射測定装置について具体的な記載がな
く、どのような方法で測定するかにについては開示がな
い。また、上記公報では、フォトレジスト膜に吸収され
る露光量が一定になるように各ウェハの反射率を測定す
ることが記載されているだけであって、基本となる露光
量はパイロットウェハを用いて測定する必要がある。更
に、本願発明者らの検討の結果、単に反射率を測定した
だけでは、最適な露光量を決定することができないこと
が判明したので、以下、その理由について説明する。
【０００８】本願発明者らは、シミュレーションによ
り、フォトレジスト膜及び下地膜の膜厚を変化させたと
きの反射率とレジスト線幅との関係を調べた。但し、シ
ミュレーション条件としては、シリコンウェハの上にプ
ラズマＣＶＤ（Chemical VaporDeposition ）法により
形成されたＳｉＮ膜（以下、プラズマＳｉＮ膜という）
が２０ｎｍ、２２ｎｍ、２５ｎｍ、２７ｎｍ、３０ｎ
ｍ、３２ｎｍ又は３４ｎｍの厚さに形成されており、そ
の上にフォトレジスト膜が３５０〜４５０ｎｍ（１０ｎ
ｍステップ）の厚さに形成されているとした。また、露
光光の波長λは２４８ｎｍとし、プラズマＳｉＮ膜の複
素屈折率ｎは２．３、吸収係数（消衰係数）ｋは０．７
とした。
り、フォトレジスト膜及び下地膜の膜厚を変化させたと
きの反射率とレジスト線幅との関係を調べた。但し、シ
ミュレーション条件としては、シリコンウェハの上にプ
ラズマＣＶＤ（Chemical VaporDeposition ）法により
形成されたＳｉＮ膜（以下、プラズマＳｉＮ膜という）
が２０ｎｍ、２２ｎｍ、２５ｎｍ、２７ｎｍ、３０ｎ
ｍ、３２ｎｍ又は３４ｎｍの厚さに形成されており、そ
の上にフォトレジスト膜が３５０〜４５０ｎｍ（１０ｎ
ｍステップ）の厚さに形成されているとした。また、露
光光の波長λは２４８ｎｍとし、プラズマＳｉＮ膜の複
素屈折率ｎは２．３、吸収係数（消衰係数）ｋは０．７
とした。
【０００９】図１は横軸に反射率をとり、縦軸にレジス
トパターンの幅（レジスト線幅）をとって、シミュレー
ション結果を示す図である。実際の半導体装置の製造工
程においては、下地膜（ＳｉＮ膜）の膜厚及びフォトレ
ジスト膜の膜厚がいずれも変動するので、この図１に示
すシミュレーション結果からわかるように、フォトレジ
スト膜の表面の反射率とレジスト線幅との関係は一義的
ではない。すなわち、フォトレジスト膜表面の反射率が
同じであっても、レジスト線幅が十数ｎｍ又はそれ以上
異なることがある。通常、フォトレジスト膜の膜厚や感
度は、フォトレジスト塗布時の条件を管理することによ
り一定に維持することができるので、フォトレジスト膜
の厚さが数１０ｎｍも変動することは殆どない。しか
し、下地膜の反射率とフォトレジスト膜厚とは別々に管
理することが好ましい。
トパターンの幅（レジスト線幅）をとって、シミュレー
ション結果を示す図である。実際の半導体装置の製造工
程においては、下地膜（ＳｉＮ膜）の膜厚及びフォトレ
ジスト膜の膜厚がいずれも変動するので、この図１に示
すシミュレーション結果からわかるように、フォトレジ
スト膜の表面の反射率とレジスト線幅との関係は一義的
ではない。すなわち、フォトレジスト膜表面の反射率が
同じであっても、レジスト線幅が十数ｎｍ又はそれ以上
異なることがある。通常、フォトレジスト膜の膜厚や感
度は、フォトレジスト塗布時の条件を管理することによ
り一定に維持することができるので、フォトレジスト膜
の厚さが数１０ｎｍも変動することは殆どない。しか
し、下地膜の反射率とフォトレジスト膜厚とは別々に管
理することが好ましい。
【００１０】上記の例では、シリコンウェハの上に下地
膜としてプラズマＳｉＮ膜を形成した場合について説明
したが、この現象はフォトレジスト膜の内部での光の強
度の変化によって発生するため、基板構造にかかわらず
発生する。従って、単にフォトレジスト膜の表面の反射
率を測定して露光量を決定しても、所望のパターン寸法
が得られるとは限らない。
膜としてプラズマＳｉＮ膜を形成した場合について説明
したが、この現象はフォトレジスト膜の内部での光の強
度の変化によって発生するため、基板構造にかかわらず
発生する。従って、単にフォトレジスト膜の表面の反射
率を測定して露光量を決定しても、所望のパターン寸法
が得られるとは限らない。
【００１１】本発明は、所望のパターン幅に応じて最適
な露光量を設定する露光装置、露光量関数設定方法及び
露光方法を提供することを目的とする。
な露光量を設定する露光装置、露光量関数設定方法及び
露光方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図２に
例示するように、パターン寸法及び反射率をパラメータ
とする露光量関数が記憶された露光量関数記憶部１８
と、露光光を出射する光源１１と、パターン寸法及び反
射率を入力し、前記露光量関数記憶部１８に記憶された
前記露光量関数を用いて露光量を決定して前記光源１１
から出射される光量を制御する制御部１７とを有するこ
とを特徴とする露光装置により解決する。
例示するように、パターン寸法及び反射率をパラメータ
とする露光量関数が記憶された露光量関数記憶部１８
と、露光光を出射する光源１１と、パターン寸法及び反
射率を入力し、前記露光量関数記憶部１８に記憶された
前記露光量関数を用いて露光量を決定して前記光源１１
から出射される光量を制御する制御部１７とを有するこ
とを特徴とする露光装置により解決する。
【００１３】上記した課題は、図４に例示するように、
複数の半導体基板を用意する工程（Ｓ１０１）と、前記
複数の半導体基板の反射率を測定する工程（Ｓ１０２）
と、前記複数の半導体基板の上にフォトレジスト膜を形
成する工程（Ｓ１０３）と、露光装置を使用して前記フ
ォトレジスト膜に特定のパターンを転写する工程（Ｓ１
０４）と、前記フォトレジスト膜を現像してレジストパ
ターンを得る工程（Ｓ１０５）と、前記レジストパター
ンのパターン寸法を測定する工程（Ｓ１０６）と、前記
反射率と、前記フォトレジスト膜にパターンを転写した
ときの露光量と、前記レジストパターンのパターン寸法
とから、パターン寸法及び反射率をパラメータとする露
光量関数を算出する工程（Ｓ１０７）とを有することを
特徴とする露光量関数設定方法により解決する。
複数の半導体基板を用意する工程（Ｓ１０１）と、前記
複数の半導体基板の反射率を測定する工程（Ｓ１０２）
と、前記複数の半導体基板の上にフォトレジスト膜を形
成する工程（Ｓ１０３）と、露光装置を使用して前記フ
ォトレジスト膜に特定のパターンを転写する工程（Ｓ１
０４）と、前記フォトレジスト膜を現像してレジストパ
ターンを得る工程（Ｓ１０５）と、前記レジストパター
ンのパターン寸法を測定する工程（Ｓ１０６）と、前記
反射率と、前記フォトレジスト膜にパターンを転写した
ときの露光量と、前記レジストパターンのパターン寸法
とから、パターン寸法及び反射率をパラメータとする露
光量関数を算出する工程（Ｓ１０７）とを有することを
特徴とする露光量関数設定方法により解決する。
【００１４】上記した課題は、図８に例示するように、
半導体基板の反射率を測定する工程（Ｓ２０２）と、前
記半導体基板の上にフォトレジスト膜を形成する工程
（Ｓ２０３）と、反射率及びパターン寸法をパラメータ
とする露光量関数を用いて露光量を決定する工程（Ｓ２
０４）と、前記決定した露光量で前記半導体基板を露光
する工程（Ｓ２０５）とを有することを特徴とする露光
方法により解決する。
半導体基板の反射率を測定する工程（Ｓ２０２）と、前
記半導体基板の上にフォトレジスト膜を形成する工程
（Ｓ２０３）と、反射率及びパターン寸法をパラメータ
とする露光量関数を用いて露光量を決定する工程（Ｓ２
０４）と、前記決定した露光量で前記半導体基板を露光
する工程（Ｓ２０５）とを有することを特徴とする露光
方法により解決する。
【００１５】以下、作用について説明する。本発明の露
光装置においては、露光量関数記憶部に、反射率とパタ
ーン幅とをパラメータとする露光量関数を記憶してい
る。制御部は、反射率と所望のパターン幅とが入力され
ると、露光量関数記憶部に記憶している露光量関数を用
いて露光量を算出する。そして、制御部は、算出した露
光量に応じて、光源から出力される光量を制御する。従
って、パイロットウェハを使用して露光量を決定する工
程が不要になり、スループットが向上する。
光装置においては、露光量関数記憶部に、反射率とパタ
ーン幅とをパラメータとする露光量関数を記憶してい
る。制御部は、反射率と所望のパターン幅とが入力され
ると、露光量関数記憶部に記憶している露光量関数を用
いて露光量を算出する。そして、制御部は、算出した露
光量に応じて、光源から出力される光量を制御する。従
って、パイロットウェハを使用して露光量を決定する工
程が不要になり、スループットが向上する。
【００１６】前記露光量関数は、複数の半導体基板を用
いて、半導体基板の反射率及び現像後のレジストパター
ンの寸法を実際に測定し、それらの測定結果と露光量の
設定値（又は、実測値）を例えば重回帰分析して算出す
る。このようにして算出された露光量関数は実際の測定
データに基づいているので、該露光量関数に半導体基板
の反射率の実測値と所望のパターン幅を代入して計算す
ることにより、最適な露光量を決定することができる。
いて、半導体基板の反射率及び現像後のレジストパター
ンの寸法を実際に測定し、それらの測定結果と露光量の
設定値（又は、実測値）を例えば重回帰分析して算出す
る。このようにして算出された露光量関数は実際の測定
データに基づいているので、該露光量関数に半導体基板
の反射率の実測値と所望のパターン幅を代入して計算す
ることにより、最適な露光量を決定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。 （露光装置）図２は本発明の実施の形態の露光装置を示
すブロック図である。露光装置１０は、光源１１と、コ
ンデンサレンズ１２と、レチクルステージ１３と、縮小
レンズ１４と、ウェハステージ１５と、制御部１７と、
露光量関数記憶部１８とにより構成されている。
て、添付の図面を参照して説明する。 （露光装置）図２は本発明の実施の形態の露光装置を示
すブロック図である。露光装置１０は、光源１１と、コ
ンデンサレンズ１２と、レチクルステージ１３と、縮小
レンズ１４と、ウェハステージ１５と、制御部１７と、
露光量関数記憶部１８とにより構成されている。
【００１８】コンデンサレンズ１２は、光源１１から放
射状に出射された光を集光して平行な光とする。コンデ
ンサレンズ１２の下方にはレチクルステージ１３が配置
されており、該レチクルステージ１３に所望のパターン
が形成されたレチクルを配置するようになっている。レ
チクルステージ１３の下方には縮小レンズ１４が配置さ
れている。また、縮小レンズ１４の下方には、ウェハ１
６を載置するウェハステージ１５が配置されている。縮
小レンズ１４は、レチクルのパターンをウェハ１６のレ
ジスト膜に縮小投影する。
射状に出射された光を集光して平行な光とする。コンデ
ンサレンズ１２の下方にはレチクルステージ１３が配置
されており、該レチクルステージ１３に所望のパターン
が形成されたレチクルを配置するようになっている。レ
チクルステージ１３の下方には縮小レンズ１４が配置さ
れている。また、縮小レンズ１４の下方には、ウェハ１
６を載置するウェハステージ１５が配置されている。縮
小レンズ１４は、レチクルのパターンをウェハ１６のレ
ジスト膜に縮小投影する。
【００１９】露光量関数記憶部１８にはパターン幅とウ
ェハの反射率とをパラメータとする露光量関数が記憶さ
れている。露光量関数については後述する。制御部１８
は、反射率と所望のパターン幅とを入力し、露光量関数
記憶部１６に記憶されている露光量関数を使用して露光
量を演算する。本実施の形態においては、反射率は反射
率測定装置２０から制御部１７に転送される。また、所
望のパターン幅は、オペレータが該露光装置１０の操作
パネル（図示せず）のキーボードから入力したり、他の
装置（例えば、ホストコンピュータ）から制御部１８に
転送される。
ェハの反射率とをパラメータとする露光量関数が記憶さ
れている。露光量関数については後述する。制御部１８
は、反射率と所望のパターン幅とを入力し、露光量関数
記憶部１６に記憶されている露光量関数を使用して露光
量を演算する。本実施の形態においては、反射率は反射
率測定装置２０から制御部１７に転送される。また、所
望のパターン幅は、オペレータが該露光装置１０の操作
パネル（図示せず）のキーボードから入力したり、他の
装置（例えば、ホストコンピュータ）から制御部１８に
転送される。
【００２０】（反射率測定装置）図３は反射率測定装置
２０の一例を示すブロック図である。反射率測定装置２
０は、光源２１と、コンデンサレンズ２２と、ビームス
プリッタ２３と、２つの受光素子２４．２５とにより構
成されている。光源２１は、露光装置１０の光源１１か
ら出力される光と同じ波長の光を出力する。光源２１か
ら放射状に出射された光は、コンデンサレンズ２２によ
り集光されてほぼ平行な光となり、ビームスプリッタ２
３に到達する。ビームスプリッタ２３に到達した光のう
ち１／２はビームスプリッタ２３を透過して受光素子２
４に到達する。一方、残りの光はビームスプリッタ２３
で反射され、ウェハ１６の表面を照射する。そして、ウ
ェハ１６で反射された光は、ビームスプリッタ２３を透
過して受光素子２５に到達する。受光素子２４の出力を
Ｉ0 、受光素子２５の出力をＩ1 とすると、反射率Ｒは
下記（１）式で求められる。 Ｒ＝（Ｉ1 ／Ｉ0 ）×１００（％） …（１） なお、光源２１とコンデンサレンズ２２との間に露光光
の波長を調整するために干渉フィルタを配置してもよ
い。
２０の一例を示すブロック図である。反射率測定装置２
０は、光源２１と、コンデンサレンズ２２と、ビームス
プリッタ２３と、２つの受光素子２４．２５とにより構
成されている。光源２１は、露光装置１０の光源１１か
ら出力される光と同じ波長の光を出力する。光源２１か
ら放射状に出射された光は、コンデンサレンズ２２によ
り集光されてほぼ平行な光となり、ビームスプリッタ２
３に到達する。ビームスプリッタ２３に到達した光のう
ち１／２はビームスプリッタ２３を透過して受光素子２
４に到達する。一方、残りの光はビームスプリッタ２３
で反射され、ウェハ１６の表面を照射する。そして、ウ
ェハ１６で反射された光は、ビームスプリッタ２３を透
過して受光素子２５に到達する。受光素子２４の出力を
Ｉ0 、受光素子２５の出力をＩ1 とすると、反射率Ｒは
下記（１）式で求められる。 Ｒ＝（Ｉ1 ／Ｉ0 ）×１００（％） …（１） なお、光源２１とコンデンサレンズ２２との間に露光光
の波長を調整するために干渉フィルタを配置してもよ
い。
【００２１】（露光量関数）図４は露光量関数の算出方
法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０
１において、多数のウェハ（半導体基板）を用意する。
そして、各ウェハの上に下地膜を形成し、露光量関数決
定用のサンプルとする。この場合、できるだけ反射率が
異なる多数のサンプルを用意することが好ましい。
法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０
１において、多数のウェハ（半導体基板）を用意する。
そして、各ウェハの上に下地膜を形成し、露光量関数決
定用のサンプルとする。この場合、できるだけ反射率が
異なる多数のサンプルを用意することが好ましい。
【００２２】本願発明者らは、露光量関数決定用のサン
プルとして多数のシリコンウェハを用意し、図５に示す
ように、シリコンウェハ３１の上に下地膜としてプラズ
マＳｉＮ膜３２を成膜した。このとき、成膜条件を変え
ることにより、プラズマＳｉＮ膜３２の膜厚及び光学的
特性（反射率等）を変化させた。これにより、反射率が
１％から１３％までのウェハを得ることができた。
プルとして多数のシリコンウェハを用意し、図５に示す
ように、シリコンウェハ３１の上に下地膜としてプラズ
マＳｉＮ膜３２を成膜した。このとき、成膜条件を変え
ることにより、プラズマＳｉＮ膜３２の膜厚及び光学的
特性（反射率等）を変化させた。これにより、反射率が
１％から１３％までのウェハを得ることができた。
【００２３】次に、ステップＳ１０２に移行し、例えば
図３に示す構造の反射率測定装置２０を使用して、ウェ
ハの反射率を測定する。この反射率の測定は、ウェハに
フォトレジストを塗布する直前に行うことが好ましい。
これは、下地膜を成膜した後、ベーク処理又はウェット
処理などの熱的又は化学的な処理を施すと、下地膜の反
射膜が変化してしまうためである。これらの熱的又は化
学的な処理を行わない場合は、下地膜の成膜直後に反射
率を測定してもよい。また、反射率は光の波長により異
なるので、露光装置の光源と同じ光源を用いて反射率を
測定することが好ましい。本願発明者らは、波長が２４
８ｎｍの光を照射して各ウェハの反射率を測定した。
図３に示す構造の反射率測定装置２０を使用して、ウェ
ハの反射率を測定する。この反射率の測定は、ウェハに
フォトレジストを塗布する直前に行うことが好ましい。
これは、下地膜を成膜した後、ベーク処理又はウェット
処理などの熱的又は化学的な処理を施すと、下地膜の反
射膜が変化してしまうためである。これらの熱的又は化
学的な処理を行わない場合は、下地膜の成膜直後に反射
率を測定してもよい。また、反射率は光の波長により異
なるので、露光装置の光源と同じ光源を用いて反射率を
測定することが好ましい。本願発明者らは、波長が２４
８ｎｍの光を照射して各ウェハの反射率を測定した。
【００２４】次に、ステップＳ１０３に移行し、下地膜
上にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成する。
フォトレジスト膜の形成は、実際に半導体装置を製造す
るときと同じ条件で行う。次に、ステップ１０４に移行
し、所定のパターンが形成されたレチクルを用いて、各
ウェハのフォトレジスト膜を露光する。このとき露光量
を変化させて露光を行う。
上にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成する。
フォトレジスト膜の形成は、実際に半導体装置を製造す
るときと同じ条件で行う。次に、ステップ１０４に移行
し、所定のパターンが形成されたレチクルを用いて、各
ウェハのフォトレジスト膜を露光する。このとき露光量
を変化させて露光を行う。
【００２５】本願発明者らは、露光量を、２８０Ｊ／ｍ
2 から４００Ｊ／ｍ2 まで、１０Ｊ／ｍ2 のステップで
変化させて露光を行い、フォトレジスト膜に線幅が２０
０ｎｍ、線間距離が２００ｎｍのストライプ状のパター
ンを転写した。次に、ステップ１０５に移行して、現像
処理を施してレジストパターンを得る。この現像処理
も、実際に半導体装置を製造するときと同じ条件で行
う。そして、ステップＳ１０６に移行し、各ウェハのレ
ジストパターンの寸法を測長ＳＥＭ（Scanning electro
n microscope）を用いて測定する。
2 から４００Ｊ／ｍ2 まで、１０Ｊ／ｍ2 のステップで
変化させて露光を行い、フォトレジスト膜に線幅が２０
０ｎｍ、線間距離が２００ｎｍのストライプ状のパター
ンを転写した。次に、ステップ１０５に移行して、現像
処理を施してレジストパターンを得る。この現像処理
も、実際に半導体装置を製造するときと同じ条件で行
う。そして、ステップＳ１０６に移行し、各ウェハのレ
ジストパターンの寸法を測長ＳＥＭ（Scanning electro
n microscope）を用いて測定する。
【００２６】次いで、ステップＳ１０７に移行し、パタ
ーン寸法と反射率と露光量の設定値（入力値）又は実測
値とから露光量関数を求める。以下、重回帰分析による
露光量関数の求め方について説明する。露光量をＤ、反
射率をＲとすると、線幅（パターン幅）Ｌは下記（２）
式で表わされる。 Ｌ＝ａＤ＋ｂＲ＋ｃＤ2 ＋ｄＲ2 ＋ｅＤＲ＋ｆＤ／Ｒ …（２） 但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆはいずれも偏回帰係数で
ある。
ーン寸法と反射率と露光量の設定値（入力値）又は実測
値とから露光量関数を求める。以下、重回帰分析による
露光量関数の求め方について説明する。露光量をＤ、反
射率をＲとすると、線幅（パターン幅）Ｌは下記（２）
式で表わされる。 Ｌ＝ａＤ＋ｂＲ＋ｃＤ2 ＋ｄＲ2 ＋ｅＤＲ＋ｆＤ／Ｒ …（２） 但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆはいずれも偏回帰係数で
ある。
【００２７】各レジストパターン毎に、線幅Ｌ、反射率
Ｒ、露光量Ｄを（２）式に代入して、重回帰分析により
偏回帰係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求める。図６は計
算例の一部を示す図である。図６において、Ｌはレジス
トパターンの線幅の実測値である。反射率Ｒ及び露光量
Ｄの値からＲ2 、Ｄ2 、ＤＲ、Ｄ／Ｒの値を求め、
（２）式の偏回帰係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆに任意の
値を設定して予測線幅Ｌp の値を計算する。そして、Ｌ
−Ｌp の値を計算して、全ての（Ｌ−Ｌp ）の値の総和
が最小となるように、偏回帰係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆを求める。実際には、これらの計算はコンピュータを
用いて行われる。
Ｒ、露光量Ｄを（２）式に代入して、重回帰分析により
偏回帰係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを求める。図６は計
算例の一部を示す図である。図６において、Ｌはレジス
トパターンの線幅の実測値である。反射率Ｒ及び露光量
Ｄの値からＲ2 、Ｄ2 、ＤＲ、Ｄ／Ｒの値を求め、
（２）式の偏回帰係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆに任意の
値を設定して予測線幅Ｌp の値を計算する。そして、Ｌ
−Ｌp の値を計算して、全ての（Ｌ−Ｌp ）の値の総和
が最小となるように、偏回帰係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆを求める。実際には、これらの計算はコンピュータを
用いて行われる。
【００２８】反射率Ｒの実測値、露光量Ｄの設定値及び
露光後のパターン寸法Ｌの実測値から露光量関数を求め
た結果、下記（３）式に示す露光量関数が得られた。 Ｌp ＝0.00287 Ｄ2 −（2.66242 ＋0.00266 Ｒ）Ｄ−0.06968 Ｒ2 ＋2.110341Ｒ＋752.1545 …（３） この（３）式を露光量Ｄについて解くと、下記（４）式
に示す露光量関数が得られる。 Ｄ＝8.07×１０-4Ｒ2 −1.71×１０-2Ｒ−1.55−Ｌp …（４） 図７は横軸に予測線幅Ｌp をとり、縦軸にＳＥＭにより
測定した線幅（以下、ＳＥＭ測長線幅という）Ｌs をと
って、重回帰式を評価した結果を示す図である。この図
７に示すように、ＳＥＭ測定線幅Ｌs と予測線幅Ｌp と
の関係を評価した結果、自由度調整済み決定係数（adju
sted r square ）が0.994 であり、残存の３σ（σは標
準偏差）も６．１ｎｍとよい値が得られた。
露光後のパターン寸法Ｌの実測値から露光量関数を求め
た結果、下記（３）式に示す露光量関数が得られた。 Ｌp ＝0.00287 Ｄ2 −（2.66242 ＋0.00266 Ｒ）Ｄ−0.06968 Ｒ2 ＋2.110341Ｒ＋752.1545 …（３） この（３）式を露光量Ｄについて解くと、下記（４）式
に示す露光量関数が得られる。 Ｄ＝8.07×１０-4Ｒ2 −1.71×１０-2Ｒ−1.55−Ｌp …（４） 図７は横軸に予測線幅Ｌp をとり、縦軸にＳＥＭにより
測定した線幅（以下、ＳＥＭ測長線幅という）Ｌs をと
って、重回帰式を評価した結果を示す図である。この図
７に示すように、ＳＥＭ測定線幅Ｌs と予測線幅Ｌp と
の関係を評価した結果、自由度調整済み決定係数（adju
sted r square ）が0.994 であり、残存の３σ（σは標
準偏差）も６．１ｎｍとよい値が得られた。
【００２９】このようにして重回帰分析して算出した露
光量関数は、図２に示す露光装置１０の露光量関数記憶
部１８に記憶させておく。 （露光工程）図８は図２に示す露光装置１０を用いた露
光方法を示すフローチャートである。露光装置１０の露
光量関数記憶部１８には、（４）式で示す露光量関数が
記憶されているとする。
光量関数は、図２に示す露光装置１０の露光量関数記憶
部１８に記憶させておく。 （露光工程）図８は図２に示す露光装置１０を用いた露
光方法を示すフローチャートである。露光装置１０の露
光量関数記憶部１８には、（４）式で示す露光量関数が
記憶されているとする。
【００３０】まず、ステップＳ２０１において、ウェハ
の上に下地膜を形成する。次に、ステップＳ２０２にお
いて、例えば図３に示す反射率測定装置２０を使用して
ウェハ１６の反射率を測定する。次に、ステップＳ２０
３において、ウェハ１６の上にフォトレジストを所定の
厚さに塗布してフォトレジスト膜を形成する。
の上に下地膜を形成する。次に、ステップＳ２０２にお
いて、例えば図３に示す反射率測定装置２０を使用して
ウェハ１６の反射率を測定する。次に、ステップＳ２０
３において、ウェハ１６の上にフォトレジストを所定の
厚さに塗布してフォトレジスト膜を形成する。
【００３１】次に、ステップ２０４において、ウェハ１
６を図２に示す露光装置１０のステージ１５上に載置す
る。そして、露光装置１０の制御部１７にステップＳ２
０２で測定した反射率の測定値と、所望のパターン幅の
値を入力する。制御部１７は、露光量関数記憶部１８に
記憶された露光量関数に、入力された反射率の値とパタ
ーン幅を代入して露光量を演算する。
６を図２に示す露光装置１０のステージ１５上に載置す
る。そして、露光装置１０の制御部１７にステップＳ２
０２で測定した反射率の測定値と、所望のパターン幅の
値を入力する。制御部１７は、露光量関数記憶部１８に
記憶された露光量関数に、入力された反射率の値とパタ
ーン幅を代入して露光量を演算する。
【００３２】そして、ステップ２０５において、制御部
１７は光源１１に供給される電力を制御し、決定した露
光量で露光を行う。次いで、ステップＳ２０６に移行
し、フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを得
る。上記の露光方法によれば、パイロットウェハを使用
することなく、迅速に最適な露光量を決めることができ
る。これにより、スループットが向上する。また、上記
実施の形態においては、反射率の実測値と、露光量の設
定値と、パターン幅の実測値とから露光量関数を算出
し、該露光量関数を用いて露光量を決定するので、良好
な精度でレジストパターンを形成することができる。こ
れにより、半導体装置のより一層の高集積化が可能にな
るとともに、半導体装置の信頼性が向上するという効果
を奏する。
１７は光源１１に供給される電力を制御し、決定した露
光量で露光を行う。次いで、ステップＳ２０６に移行
し、フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを得
る。上記の露光方法によれば、パイロットウェハを使用
することなく、迅速に最適な露光量を決めることができ
る。これにより、スループットが向上する。また、上記
実施の形態においては、反射率の実測値と、露光量の設
定値と、パターン幅の実測値とから露光量関数を算出
し、該露光量関数を用いて露光量を決定するので、良好
な精度でレジストパターンを形成することができる。こ
れにより、半導体装置のより一層の高集積化が可能にな
るとともに、半導体装置の信頼性が向上するという効果
を奏する。
【００３３】以下、本発明の露光方法により露光量を決
めてウェハにパターンを露光した結果について説明す
る。まず、２５枚のシリコンウェハを用意し、図９に示
すように、各ウェハ４１の上にＳｉＯ2 膜４２を約５ｎ
ｍの厚さに形成した。また、ＳｉＯ2 膜４２の上にポリ
シリコン膜４３を１８０ｎｍの厚さに形成し、その上に
プラズマＳｉＮ膜４４を２９ｎｍの厚さに形成した。
めてウェハにパターンを露光した結果について説明す
る。まず、２５枚のシリコンウェハを用意し、図９に示
すように、各ウェハ４１の上にＳｉＯ2 膜４２を約５ｎ
ｍの厚さに形成した。また、ＳｉＯ2 膜４２の上にポリ
シリコン膜４３を１８０ｎｍの厚さに形成し、その上に
プラズマＳｉＮ膜４４を２９ｎｍの厚さに形成した。
【００３４】そして、各ウェハの反射率を測定し、所望
のパターン幅を２００ｎｍとして、前述の（４）式に示
す露光量関数を用いて露光量を決定した。その後、決定
した露光量で各ウェハを露光した。次いで、現像処理を
施してレジストパターンを得た。図１０は、横軸に反射
率をとり、縦軸にパターン幅（ＳＥＭ測定線幅）をとっ
て、レジストパターンのパターン幅を測定した結果を示
す図である。この図１０に示すように、上記の方法で露
光量を決定した結果、レジストパターンの幅のばらつき
が小さいことを確認できた。上記の例では、パターン幅
の平均値は２０２ｎｍであり、３σ＝４．９ｎｍと極め
て高精度に露光量を制御できた。
のパターン幅を２００ｎｍとして、前述の（４）式に示
す露光量関数を用いて露光量を決定した。その後、決定
した露光量で各ウェハを露光した。次いで、現像処理を
施してレジストパターンを得た。図１０は、横軸に反射
率をとり、縦軸にパターン幅（ＳＥＭ測定線幅）をとっ
て、レジストパターンのパターン幅を測定した結果を示
す図である。この図１０に示すように、上記の方法で露
光量を決定した結果、レジストパターンの幅のばらつき
が小さいことを確認できた。上記の例では、パターン幅
の平均値は２０２ｎｍであり、３σ＝４．９ｎｍと極め
て高精度に露光量を制御できた。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光装置
によれば、反射率とパターン幅とをパラメータとする露
光量関数を露光量関数記憶部に記憶しており、半導体基
板の反射率と所望のパターン幅とを入力すると、該露光
量関数を用いて最適な露光量を決定して、その決定した
露光量で露光を行う。これにより、パイロットウェハを
使用して露光量を決める工程が不要になり、スループッ
トが大幅に向上する。また、レジストパターンを高精度
で形成できるので、半導体装置のより一層の高集積化が
可能になるとともに、半導体装置の信頼性が向上すると
いう効果を奏する。
によれば、反射率とパターン幅とをパラメータとする露
光量関数を露光量関数記憶部に記憶しており、半導体基
板の反射率と所望のパターン幅とを入力すると、該露光
量関数を用いて最適な露光量を決定して、その決定した
露光量で露光を行う。これにより、パイロットウェハを
使用して露光量を決める工程が不要になり、スループッ
トが大幅に向上する。また、レジストパターンを高精度
で形成できるので、半導体装置のより一層の高集積化が
可能になるとともに、半導体装置の信頼性が向上すると
いう効果を奏する。
【００３６】また、本発明においては、複数の半導体基
板を用いて、実際に半導体基板の反射率、露光時の露光
量及び現像処理後のパターン幅を測定し、その結果を分
析して露光量関数を算出する。このようにして算出され
た露光関数を用いて露光量を決定することにより、レジ
ストパターンを精度よく形成することができる
板を用いて、実際に半導体基板の反射率、露光時の露光
量及び現像処理後のパターン幅を測定し、その結果を分
析して露光量関数を算出する。このようにして算出され
た露光関数を用いて露光量を決定することにより、レジ
ストパターンを精度よく形成することができる
【図１】図１は反射率とレジスト線幅との関係をシミュ
レーションした結果を示す図である。
レーションした結果を示す図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の露光装置を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図３】図３は反射率測定装置の一例を示すブロック図
である。
である。
【図４】図４は露光量関数の算出方法を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図５】図５は露光関数の算出に使用したウェハを示す
断面図である。
断面図である。
【図６】図６は重回帰分析による受光量関数の計算例の
一部を示す図である。
一部を示す図である。
【図７】図７は重回帰式を評価した結果を示す図であ
る。
る。
【図８】図８は露光方法を示すフローチャートである。
【図９】図９はレジストパターンを形成したウェハを示
す断面図である。
す断面図である。
【図１０】図１０はレジストパターンのパターン幅を測
定した結果を示す図である。
定した結果を示す図である。
１０ 露光装置、 １１，２１ 光源、 １２，２２ コンデンサレンズ、 １３ レチクルステージ、 １４ 縮小レンズ、 １５ ウェハステージ、 １６ ウェハ、 １７ 制御部、 １８ 露光量関数記憶部、 ２０ 反射率測定装置、 ２３ ビームスプリッタ、 ２４，２５ 受光素子。
Claims (6)
- 【請求項１】 パターン寸法及び反射率をパラメータと
する露光量関数が記憶された露光量関数記憶部と、 露光光を出射する光源と、 パターン寸法及び反射率を入力し、前記露光量関数記憶
部に記憶された前記露光量関数を用いて露光量を決定し
て前記光源から出射される光量を制御する制御部とを有
することを特徴とする露光装置。 - 【請求項２】 複数の半導体基板を用意する工程と、 前記複数の半導体基板の反射率を測定する工程と、 前記複数の半導体基板の上にフォトレジスト膜を形成す
る工程と、 露光装置を使用して前記フォトレジスト膜に特定のパタ
ーンを転写する工程と、 前記フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを得
る工程と、 前記レジストパターンのパターン寸法を測定する工程
と、 前記反射率と、前記フォトレジスト膜にパターンを転写
したときの露光量と、前記レジストパターンのパターン
寸法とから、パターン寸法及び反射率をパラメータとす
る露光量関数を算出する工程とを有することを特徴とす
る露光量関数設定方法。 - 【請求項３】 前記半導体基板の反射率を測定する際
に、前記半導体基板の表面に前記露光装置の露光光と同
一波長の光を照射することを特徴とする請求項２に記載
の露光量関数設定方法。 - 【請求項４】 前記露光量関数は、前記露光量の設定値
又は実測値、前記レジストパターンのパターン寸法の実
測値、及び前記反射率の実測値を重回帰分析して算出す
ることを特徴とする請求項２に記載の露光量関数設定方
法。 - 【請求項５】 前記複数の半導体基板は、相互に反射率
が異なることを特徴とする請求項２に記載の露光量関数
設定方法。 - 【請求項６】 半導体基板の反射率を測定する工程と、 前記半導体基板の上にフォトレジスト膜を形成する工程
と、 反射率及びパターン寸法をパラメータとする露光量関数
を用いて露光量を決定する工程と、 前記決定した露光量で前記半導体基板を露光する工程と
を有することを特徴とする露光方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10260296A JP2000091210A (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 露光装置、露光量関数設定方法及び露光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10260296A JP2000091210A (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 露光装置、露光量関数設定方法及び露光方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000091210A true JP2000091210A (ja) | 2000-03-31 |
| JP2000091210A5 JP2000091210A5 (ja) | 2005-11-04 |
Family
ID=17346080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10260296A Pending JP2000091210A (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 露光装置、露光量関数設定方法及び露光方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000091210A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009124088A (ja) * | 2007-11-19 | 2009-06-04 | Oki Semiconductor Co Ltd | レジストパターンの製造条件設定方法および半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-09-14 JP JP10260296A patent/JP2000091210A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009124088A (ja) * | 2007-11-19 | 2009-06-04 | Oki Semiconductor Co Ltd | レジストパターンの製造条件設定方法および半導体装置の製造方法 |
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