JP3104636B2

JP3104636B2 - 露光方法

Info

Publication number: JP3104636B2
Application number: JP09057768A
Authority: JP
Inventors: 貴之内山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2000-10-30
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: JPH10256126A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法に関し、
特に紫外線及び遠紫外線を用いた半導体基板への露光方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路では、半導体基板（以
下、ウェハという）上のパターン形成において露光装置
が使用される。

【０００３】図５は、露光装置の一例を示すもので、縮
小投影露光装置の概略を示している。露光光５０１は、
光源５０２から反射ミラー５０３、フライアイレンズ５
０４、アパーチャー絞り５０５、レチクルブラインド５
０６、反射ミラー５０７、コンデンサレンズ５０８、レ
チクル５０９、投影レンズ５１０を通ってウェハステー
ジ５１１上のウェハ５１２に所望の露光量だけ照射され
る。これを繰り返し、ウェハ５１２の全面にレチクル５
０９上のパターンが露光される。このとき、レチクルは
中心を光軸に合わせて設置されている。

【０００４】縮小投影露光装置では、各露光装置固有の
レンズ収差による位置ずれ、つまりディストーションが
存在している。重ね合わせずれに対する許容値が小さい
デバイスにおいては、このディストーションが異なった
複数の露光装置で各パターン形成工程を重ね露光する
と、重ね合わせずれが生じ、パターン間ショートなどに
より歩留まりが低下してしまう。

【０００５】近年、集積回路の微細化が進み、０．３μ
ｍクラスのデバイスの量産が始まろうとしている。この
クラスのデバイスに許容される重ね合わせずれは、およ
そ０．１μｍ以下で非常に厳しくなってきている。この
中には、ディストーション、露光装置の露光配列誤差、
アライメント誤差等が含まれている。現在の露光装置の
性能としては、ディストーションが理想格子に対し±
０．０４μｍ程度の範囲でばらついているのが現状であ
る。

【０００６】従って、露光装置間のディストーション差
は最大で０．０８μｍとなる場合があり、０．１μｍの
重ね合わせずれの許容値に対し、あまりにも大きすぎ、
他のずれ要因により重ね合わせずれの許容値を超えてし
まう。そのため、ディストーション差としては、各工程
の重ね合わせずれの許容値の３分の１から４分の１程度
しか許すことができない。

【０００７】以上のようなディストーションによる重ね
合わせずれを回避するために、以下のような工夫を行っ
ている。

【０００８】従来は、各露光装置のディストーションを
測定し、各デバイスの露光領域におけるディストーショ
ンの近い装置で群分けをして、各デバイスや工程に使い
分けを行っている。例として、図１（ａ）、図１（ｂ）
に縮小投影露光装置Ａ号機、Ｂ号機２台のディストーシ
ョン１０１を理想格子１０２とともに示す。また、図２
（ａ）にはＡ号機、Ｂ号機間のディストーション差２０
２を示す。このときＡ号機、Ｂ号機のレンズの中心２０
１の光軸を合わせて差を求めている。以上のように全露
光装置のディストーションおよびディストーション差を
求めておく。これらのディストーション差の最大値によ
り各露光装置を群分けしている。

【０００９】例えば、露光装置がＡ〜Ｊの１０台ある場
合の群分けした場合を以下に示す。まず、ディストーシ
ョン差０．０１μｍ以下の露光装置は第１群、ディスト
ーション差０．０２μｍ以下の第２群、ディストーショ
ン差０．０３μｍ以下の第３群、ディストーション差
０．０５μｍ以下の第４群、ディストーション差０．０
７μｍ以下の第５群、ディストーション差０．０７μｍ
を超えるものを第６群として、群分けすると、表１のよ
うになる。ここでは、各露光装置を基準に群分けされて
いる。

【００１０】各露光装置により第１のパターニング工程
を露光した場合に対し、第２のパターニング工程の許容
重ね合わせずれ量より算出されたディストーション差の
許容値より、第２のパターニング工程の露光装置が群の
中から選択される。このときのディストーション差の許
容値としては、各工程間の重ね合わせずれの許容値のほ
ぼ４分の１である。このように、許容重ね合わせずれ量
により、各パターニング工程に用いる露光装置を選択す
る。

【００１１】従来の各パターニング工程における露光装
置の使用方法について説明する。ここでは、１６ｍｍ×
１６ｍｍの露光領域をもつデバイス作製に必要なパター
ニング工程が１０工程ある場合について説明する。図６
には各パターニング工程でのディストーション差の許容
値とその重ね合わせの目標工程を示している。露光装置
は１０台である。群分けは表１のように第１群から第６
群のようになっている。

【００１２】

【表１】

【００１３】図７は第１のパターニング工程をＦ号機で
露光した場合、それ以降の各パターニング工程に使用で
きる露光装置について示してある。第１−第２パターニ
ング工程間のディストーション差の許容値は０．１μｍ
であるから、第２のパターニング工程ではＦ号機の第６
群に相当する全露光装置が使用できる。ここでは第２の
パターニング工程はＡ号機で行う。その後、第２−３の
パターニング工程間のディストーション差の許容値は
０．０２５μｍであるから、第３のパターニング工程で
は、Ａ号機の第２群に相当するＡ、Ｄのいずれかの号機
で露光が可能である。ここではＤ号機を用いる。

【００１４】同様に、第２−４のパターニング工程のデ
ィストーション差の許容値は０．０１５μｍであるか
ら、第４のパターニング工程では、Ａ号機の第１群に相
当するＡ号機のみで露光が可能である。したがって、こ
こではＡ号機を用いる。第２−５のパターニング工程の
ディストーション差の許容値は０．０１５μｍであるか
ら、第５のパターニング工程では、Ａ号機の第１群に相
当するＡ号機のみで露光が可能である。したがって、こ
こではＡ号機を用いる。

【００１５】第２−６のパターニング工程のディストー
ション差の許容値は０．０２５μｍであるから、第６の
パターニング工程では、Ａ号機の第２群に相当するＡ、
Ｄのいずれかの号機で露光が可能である。ここではＤ号
機を用いる。第６−７のパターニング工程のディストー
ション差の許容値は０．０１５μｍであるから、第７の
パターニング工程では、Ｄ号機の第１群に相当するＤ号
機のみで露光が可能である。したがって、ここではＤ号
機を用いる。

【００１６】第６−８のパターニング工程のディストー
ション差の許容値は０．０２５μｍであるから、第８の
パターニング工程では、Ｄ号機の第２群に相当するＡ、
Ｄのいずれかの号機で露光が可能である。ここではＡ号
機を用いる。第６−９のパターニング工程のディストー
ション差の許容値は０．０５μｍであるから、第９のパ
ターニング工程では、Ｄ号機の第４群に相当するＡ、
Ｄ、Ｈのいずれかの号機で露光が可能である。ここで
は、Ｈ号機を用いる。

【００１７】第９−１０のパターニング工程のディスト
ーション差の許容値は０．０５μｍであるから、第１０
のパターニング工程では、Ｈ号機の第４群に相当する
Ａ、Ｂ、Ｇ、Ｈのいずれかの号機で露光が可能である。
ここでは、Ｇ号機を用いる。以上のように、従来、各パ
ターニング工程で使用可能な露光装置は、第２から１０
のパターニング工程ではそれぞれ、１０台、２台、１
台、１台、２台、１台、２台、３台、４台である。

【００１８】以上のように従来の露光方法では、各パタ
ーニング工程で使用可能な露光装置の数が少ないことが
わかる。

【００１９】また、微細化が進むにつれ、許容される重
ね合わせずれは厳しくなってきており、重ね合わせずれ
の許容値が０．０８μｍ以下の工程、つまりディストー
ション差の許容値は０．０２μｍ以下である工程が多く
なってきている。言い換えれば、第１のパターニング工
程以降、同一装置により露光を行う工程がほとんどのデ
バイスが量産され始めている。例えば、０．３５μｍ設
計ルールの６４ＭＤＲＡＭ等では、重ね合わせずれ許容
値は、８割のパターニング工程間（この場合、例えば２
０工程中の１６工程）で０．０８７５μｍである。

【００２０】したがって、各工程間でのディストーショ
ン差の許容値は０．０２２μｍである。この場合は、上
記第２群の場合に相当し、全露光装置の６割のＢ、Ｅ、
Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ号機はパターニング工程間での露光装置
変更は不可能な状況である。このため、Ｂ、Ｅ、Ｆ、
Ｇ、Ｈ、Ｉ号機において第１のパターニング工程を作業
した半導体基板は、８割の１６のパターニング工程は同
一露光装置にて作業を行っている。

【００２１】さらに、将来的には、１ＧＤＲＡＭなどの
０．１８μｍルールのデバイスでは、重ね合わせずれの
許容値は０．０３６μｍ以下となり、ディストーション
差の許容値は０．００９μｍ以下である。この場合は、
上記第１群の場合に相当し、露光装置の全号機に対しパ
ターニング工程間での露光装置変更は不可能な状況であ
る。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、上記
従来の露光方式においては、ＴＡＴが長くなってしまう
ということにある。

【００２３】その理由は、重ね合わせずれによる歩留ま
り低下を防ぐために露光装置を１台に限定して作業を行
う工程が多く、露光装置が故障や点検などで使用できな
い場合に、他の露光装置で代替作業することが困難であ
るためである。

【００２４】第２の問題点は、ディストーション差の少
ない露光装置で群分けをすると、台数が少なくなってし
まうということにある。

【００２５】その理由は、ディストーションの露光装置
間差を比較する場合に、光軸を合わせて比較し、差を見
ているためである。

【００２６】本発明の目的は、重ね合わせずれを許容値
以下に抑えつつ、ＴＡＴを短くできる露光方法を提供す
ることにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
複数の露光装置を用いて、レチクル上のパターンを半導
体基板に縮小投影露光する露光方法であって、投影レン
ズとレチクルの中心をずらした状態でディストーション
を比較し、基準となる露光装置に対して、ある許容範囲
内にディストーション差が収まる露光装置を一群とする
露光装置群に前記複数の露光装置を予め群分けしてお
き、パターニング工程においては所望の許容値を満足す
る露光装置群内の露光装置を使用して露光するものであ
る。

【００２８】

【００２９】

【作用】ディストーション差が少ない露光装置群の台数
を多くすることにより、たとえ群の中の露光装置の１台
が故障や点検で使用不可能な状態になっても、他の露光
装置を用いて作業することにより、工程を進めることを
可能とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００３１】露光装置のディストーションを求め、その
ディストーション差を求める際に、レンズの有効露光領
域内に所望のデバイスの露光領域を含むことができれ
ば、必ずしもレンズ中心を一致させることは、前提条件
としない。ウェハ上２０ｍｍ角の最大露光領域を有する
２台の露光装置Ａ号機、Ｂ号機のディストーション１０
１をそれぞれ図１（ａ）、図１（ｂ）に理想格子１０２
とともに示す。ここでは１６×１６ｍｍの露光領域を必
要とするデバイスを作製する場合について説明する。

【００３２】図２（ａ）には、Ａ号機及びＢ号機のレン
ズ中心２０１を合わせた場合のディストーション差２０
２を示している。このときのディストーション差の最大
値は４８ｎｍである。それに対し、図２（ｂ）に示すよ
うに、Ａ号機のレンズ中心２０６とＢ号機のレンズ中心
２０７とを一致させないでディストーション差２０２が
最小になるように合わせた場合には、ディストーション
差２０２の最大値は１８ｎｍである。この場合は、レン
ズ中心をウェハ上４ｍｍだけ左右にずらしている。本発
明の露光方式によれば、露光装置間でのディストーショ
ン差の最大値は、２分の１以下にすることができる。

【００３３】以上のような露光方法を実現する露光方法
としては、以下のような露光方法があげられる。まず、
あらかじめ、各露光装置のディストーションを測定して
おき、各デバイスの露光領域における最小なディストー
ションになるようなレチクルの中心位置を求めておく。
図３（ａ）、図３（ｂ）に各露光装置毎に最適化したレ
チクル３０１を示す。レチクル３０１の露光に用いるパ
ターン露光領域３０２を、各露光装置毎にディストーシ
ョン差が最小になる位置に作製しておく。このときに
は、有効露光領域３０３の内側に露光に用いるパターン
露光領域３０２が入る範囲でレチクル３０１を作製す
る。この方法で得られる露光装置の群分けによる露光方
法について説明する。

【００３４】本発明の露光方式では、表２のような群分
けとなる。ディストーション差０．０１μｍ以下の第１
群、ディストーション差０．０２μｍ以下の第２群、デ
ィストーション差０．０３μｍ以下の第３群、ディスト
ーション差０．０５μｍ以下の第４群、ディストーショ
ン差０．０７μｍ以下の第５群、ディストーション差
０．０７μｍを超えるものを第６群として群分けする。
ただし、本実施例の場合は、ディストーション差０．０
５μｍ以上の第５群において全露光装置が群に含まれる
ために第６群は、表２に示していない。

【００３５】

【表２】

【００３６】第１群に関し、全基準露光装置に対して、
複数台の群が得られている露光装置が４台になることが
わかる。第２群に関しては、複数台の群が得られている
露光装置は全露光装置であることがわかる。全ての群に
関して、全基準露光装置に対し、従来の場合と比較して
より多くの群の台数が得られていることがわかる。

【００３７】０．３５μｍ設計ルールの６４ＭＤＲＡＭ
等では、重ね合わせずれの許容値は、８割のパターニン
グ工程間（この場合、例えば２０工程中の１６工程）で
０．０８７５μｍである。したがって、各工程間でのデ
ィストーション差の許容値は約０．０２２μｍである。
本発明においては、上記第２群の場合に相当し、全露光
装置において、全パターニング工程間での露光装置変更
が可能となる。

【００３８】

【実施形態２】さらに、以上のような露光方法を実現す
る方法としては、以下のような露光装置を使う場合があ
げられる。まず、あらかじめ、各露光装置のディストー
ションを測定しておき、各デバイスの露光領域における
最小なディストーションになるようなレチクルの中心位
置を求めておく。

【００３９】図４に示すように、露光する場合にレチク
ルをレチクルの移動機構４１３により、露光装置間のデ
ィストーション差が最小になる位置に位置決めする。こ
のような方法によっても、実施形態１と同等な露光装置
の群分けの台数の増加が可能である。また、本実施形態
２においては、レチクルを各露光装置毎に１枚必要とし
ないという、コスト低減の利点がある。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光方法
によれば、高い重ね合わせ精度が要求される工程におい
ても露光装置の変更を容易に行うことができ、ＴＡＴを
短縮することができる。

【００４１】その理由は、露光量域を確保しつつ、光軸
を必ずしも合わせないでディストーション比較を行うこ
とにより、ディストーション差の少ない露光装置群の台
数を複数または、より多く確保することができるためで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は縮小投影露光装置Ａ号機のディストー
ションを示す図、（ｂ）は縮小投影露光装置Ｂ号機のデ
ィストーションを示す図である。

【図２】（ａ）は、従来技術におけるディストーション
比較結果を示す図、（ｂ）は、本発明の実施形態１にお
けるディストーション比較結果を示す図である。

【図３】（ａ）は、本発明の実施形態１のレチクル作成
例を示す図、（ｂ）は、本発明の実施形態１のレチクル
作成例を示す図である。

【図４】本発明の実施形態２に係る縮小投影露光装置を
示す構成図である。

【図５】従来技術における縮小投影露光装置を示す構成
図である。

【図６】従来技術によるデバイス作製におけるディスト
ーション差の許容値と重ね合わせ目標工程の例を示すフ
ローチャートである。

【図７】従来技術によるデバイス作製におけるディスト
ーション差の許容値と重ね合わせ目標工程と使用露光装
置の例を示す図である。

【符号の説明】

１０１ディストーション１０２理想格子２０１Ａ号機及びＢ号機のレンズ中心２０２ディストーション差２０３デバイス露光領域２０４Ａ号機のディストーション２０５Ｂ号機のディストーション２０６Ａ号機のレンズ中心２０７Ｂ号機のレンズ中心３０１レチクル３０２露光に用いるパターン露光領域３０３有効露光領域３０４レチクル中心３０５露光に用いるパターン露光量域の中心４０１、５０１露光光４０２、５０２光源４０３、５０３反射ミラー４０４、５０４フライアイレンズ４０５、５０５アパーチャー絞り４０６、５０６レチクルブラインド４０７、５０７反射ミラー鏡４０８、５０８コンデンサーレンズ４０９、５０９レチクル４１０、５１０縮小投影レンズ４１１、５１１ウェハステージ４１２、５１２ウェハ４１３レチクル移動機構

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の露光装置を用いて、レチクル上のパ
ターンを半導体基板に縮小投影露光する露光方法であっ
て、投影レンズとレチクルの中心をずらした状態でディスト
ーションを比較し、基準となる露光装置に対して、ある
許容範囲内にディストーション差が収まる露光装置を一
群とする露光装置群に前記複数の露光装置を予め群分け
しておき、パターニング工程においては所望の許容値を
満足する露光装置群内の露光装置を使用して露光するこ
とを特徴とする露光方法。