JP3288280B2 - Exposure method - Google Patents

Exposure method

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JP3288280B2
JP3288280B2 JP26307597A JP26307597A JP3288280B2 JP 3288280 B2 JP3288280 B2 JP 3288280B2 JP 26307597 A JP26307597 A JP 26307597A JP 26307597 A JP26307597 A JP 26307597A JP 3288280 B2 JP3288280 B2 JP 3288280B2
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、投影光学系を介し
て対向配置されたレチクルと半導体基板を同期走査させ
スリット状の露光領域を通過する回路パターンイメージ
を順次半導体基板上に転写するいわゆるスキャン型露光
装置を用いた露光方法に関し、特に半導体基板上への焦
点合わせ方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called scan for synchronously scanning a reticle and a semiconductor substrate opposed to each other via a projection optical system and sequentially transferring a circuit pattern image passing through a slit-shaped exposure area onto the semiconductor substrate. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure method using a mold exposure apparatus, and particularly to a method of focusing on a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化は不断に進め
られており、集積度は高度化の一途をたどっている。高
集積化を進めるにあたって最も有効な方法は微細化であ
って、光リソグラフィにおいてはこの微細化に対応する
ために、g線(436nm)、i線(365nm)、K
rFエキシマレーザ(248nm)と短波長化が進めら
れている。しかしながら、特にDRAM(Dynami
c Randam Access Memory)に代
表される高集積メモリーデバイスの大容量化に対しては
微細化だけでは不十分であり、チップサイズの大面積化
も併せて進められている。この大チップ化に対応するた
めに、代表的な投影露光装置であるステッパーの露光フ
ィールドは15mm□、17.5mm□、更に20mm
□と拡大され、現在では22mm□のものが一般的とな
っている。
2. Description of the Related Art High integration of semiconductor integrated circuits is continually progressing, and the degree of integration is continually increasing. The most effective method for promoting high integration is miniaturization. In optical lithography, g-line (436 nm), i-line (365 nm), K
An rF excimer laser (248 nm) and a shorter wavelength are being developed. However, especially DRAM (Dynami)
In order to increase the capacity of a highly integrated memory device typified by c Random Access Memory), miniaturization alone is not enough, and chip area is also being increased. To cope with this increase in the size of chips, the exposure field of a stepper, which is a typical projection exposure apparatus, is 15 mm square, 17.5 mm square, and 20 mm square.
It is enlarged to □ and 22 mm □ is now common.

【0003】64MDRAMでは22mm□の露光領域
中に複数個のチップを収めることが可能であるが、25
6MDRAMでは1チップしか収められない。更に、1
GDRAM以上になると、1チップも22mm□の露光
領域中に収まらない。この対策として更にステッパーの
露光面積を拡大することも考えられるが、技術的困難さ
や経済的観点からスキャン型の縮小投影露光装置が提案
され、デバイスの生産に使用されつつある。スキャン型
縮小投影露光装置は投影光学系を介してレチクルと半導
体基板を対向配置し両者を互いに逆方向に同期走査さ
せ、スリット状の照明領域の下を通過するレチクル上の
回路パターンを順次基板に転写するものである。例え
ば、代表的なレンズスキャン型露光装置である(株)ニ
コン製のNSR−S201Aでは25×8mm2 のスリ
ット状露光領域下に半導体基板を走査させることによ
り、25×33mm2 の露光面積を実現している。
In a 64M DRAM, a plurality of chips can be accommodated in a 22 mm square exposure area.
The 6MDRAM can store only one chip. Furthermore, 1
If it is equal to or larger than the GDRAM, no single chip can fit in the 22 mm square exposure area. As a countermeasure against this, it is conceivable to further increase the exposure area of the stepper. However, from the technical difficulties and economic viewpoints, a scan-type reduction projection exposure apparatus has been proposed and is being used for device production. A scanning type reduction projection exposure apparatus arranges a reticle and a semiconductor substrate to face each other via a projection optical system, synchronously scans the two in directions opposite to each other, and sequentially converts a circuit pattern on the reticle passing under a slit-shaped illumination area onto the substrate. It is to be transcribed. For example, a typical lens scan type exposure apparatus, NSR-S201A manufactured by Nikon Corporation, has an exposure area of 25 × 33 mm 2 by scanning a semiconductor substrate under a slit exposure area of 25 × 8 mm 2. are doing.

【0004】スキャン型露光装置の焦点合わせ機構(合
焦機構と呼ぶ)は、従来のステッパーの合焦機構とは異
なる点が多い。その理由は、ステッパーでは基板が静止
した状態で合焦すればよいのに対して、スキャン方式で
は基板が高速で走査されているので、露光領域内の基板
の高さを検出して合焦したのでは、制御遅れが発生する
ことによる(図3参照)。そのため、特開平7−861
35号公報に示されているように、スリット状露光領域
の前方の半導体基板の未露光領域の高さを予めフォーカ
ス位置検出装置で検出し制御遅れが発生しないようにす
るなどの対策が必要となる。また、この半導体基板の高
さを先読みする機構を利用して、最良結像面と半導体基
板が保持されるホルダ面の高さおよび傾きの差を補正す
る方法が特開平6−260391号公報により提案され
ている。
A focusing mechanism of a scanning type exposure apparatus (referred to as a focusing mechanism) is often different from a focusing mechanism of a conventional stepper. The reason is that while the stepper only needs to focus while the substrate is stationary, the scanning method scans the substrate at high speed, so the focus is detected by detecting the height of the substrate in the exposure area. In this case, a control delay occurs (see FIG. 3). Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-861
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 35-35, it is necessary to take measures such that the height of an unexposed area of the semiconductor substrate in front of the slit-shaped exposed area is detected in advance by a focus position detection device so that control delay does not occur. Become. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-260391 discloses a method for correcting the difference between the height and the inclination of the best imaging surface and the holder surface holding the semiconductor substrate by utilizing the mechanism for pre-reading the height of the semiconductor substrate. Proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
合焦機構やそれに関する提案によっても解決されない問
題が残っている。第1の問題点は、半導体基板上の段差
による焦点ずれに起因する寸法変動が発生することであ
る。このことを図8を用いて説明する。ここで、図示さ
れたように、Si基板209上に高さhの段差があるも
のとする。この段差の上部の端と下部の端の水平方向の
距離は一般に高々数μm程度であり、露光スリット幅W
と比較し十分に小さいため、露光スリット幅Wにスケー
ルを合わせると、図示したように垂直の段差となる。こ
のような段差を有する半導体基板に焦点合わせを行う場
合、仮に段差部でごく短時間に半導体基板を上下方向に
移動させたとしても段差近傍で焦点ずれが発生する。
However, there remains a problem which cannot be solved by the above-mentioned focusing mechanism or the proposal relating thereto. A first problem is that a dimensional change occurs due to a focus shift due to a step on a semiconductor substrate. This will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that there is a step having a height h on the Si substrate 209 as illustrated. The horizontal distance between the upper end and the lower end of this step is generally at most about several μm, and the exposure slit width W
Therefore, when the scale is adjusted to the exposure slit width W, a vertical step is formed as shown in FIG. When focusing on a semiconductor substrate having such a step, even if the semiconductor substrate is moved up and down in a very short time at the step, defocus occurs near the step.

【0006】その理由は、スキャン型露光装置では半導
体基板上の一点の像はこの一点が露光スリットの端から
端まで走査されて形成される。従って、段差近傍のある
一点の結像位置は段差上下の焦点位置に露光スリット内
の滞在時間で重み付けした位置となる。焦点ずれは不可
避であるから、実際には制御の容易性を考慮し、図9に
示したように徐々に基板の高さを変化させるのが一般的
である。すなわち、焦点位置211を露光スリット21
0の幅Wに対して緩やかに変化させる。ところで、孤立
ラインパターンおよびホールパターンでは必ず、L&S
(lineand space)パターンではある条件のもとで、パ
ターン寸法の焦点ずれ依存性、すなわちCD(critical
dimension)−Defocus曲線は、図10に示すよ
うに上に凸の曲線となる。従って、図8に示したような
段差構造を持つ半導体基板に対して図中点線で示したよ
うな焦点合わせを行った場合、例えば0.25μm孤立
ラインパターンの寸法は図10のCD−Defocus
曲線上を→→→→→→の順で変化するこ
とになる。結果として図10の例ではパターン寸法が
0.05μm程度変動することになり、これはデバイス
特性や歩留りに重大な影響を及ぼすレベルである。
The reason for this is that in a scanning type exposure apparatus, an image of one point on a semiconductor substrate is formed by scanning this one point across the exposure slit. Therefore, an image forming position at a certain point near the step is a position where the focal positions above and below the step are weighted by the stay time in the exposure slit. Since a defocus is inevitable, in practice, the height of the substrate is generally gradually changed as shown in FIG. 9 in consideration of ease of control. That is, the focus position 211 is
The width is gradually changed with respect to the width W of 0. By the way, in the isolated line pattern and the hole pattern, L & S
(Line and space) pattern, under certain conditions, the dependence of pattern size on defocus, that is, CD (critical)
The dimension) -Defocus curve is a curve that is convex upward as shown in FIG. Therefore, when focusing is performed on a semiconductor substrate having a step structure as shown in FIG. 8 as indicated by a dotted line in the figure, for example, the dimension of the isolated line pattern of 0.25 μm is CD-Defocus of FIG.
It changes in the order of →→→→→→ on the curve. As a result, in the example of FIG. 10, the pattern size fluctuates by about 0.05 μm, which is a level that has a significant effect on device characteristics and yield.

【0007】第2の問題点は、露光を行う場合、フォー
カス位置検出装置が検出する基板高さと露光後のレジス
ト像からみた最適基板高さに差があり、オフセットを入
力するのが一般的であることに由来する。その差の原因
としては、図11に示すように、基板高さを検出するフ
ォーカスビーム212(通常He−Neレーザーやハロ
ゲンランプ等が使われる)の反射される状況が下地の膜
構造等によって変わること〔レジスト213下がアルミ
214である場合(a)とレジスト213下がSi酸化
膜215である場合(b)など〕および図12に示すよ
うにフォーカスビーム212が照射される位置と最も厳
しい寸法のパターンが配置される位置が異なる(図12
では、パターンの粗密を明らかにするために、将来レジ
スト213に形成される潜像216が示されている)こ
となどによる。この結果、従来のステッパー方式では図
13に示すように、製品および工程毎に適切なフォーカ
スオフセット値を実験的に求め露光装置に定数を入力し
ていた。
The second problem is that when performing exposure, there is a difference between the substrate height detected by the focus position detecting device and the optimum substrate height viewed from the resist image after exposure, and it is common to input an offset. It comes from something. As a cause of the difference, as shown in FIG. 11, the state of reflection of the focus beam 212 (usually using a He-Ne laser or a halogen lamp) for detecting the substrate height changes depending on the underlying film structure and the like. [A case where the aluminum under the resist 213 is (a) and a case where the under the resist 213 is the Si oxide film 215 (b), etc.] and the position where the focus beam 212 is irradiated and the strictest dimension as shown in FIG. Are different in the positions where the patterns are arranged (see FIG. 12).
In order to clarify the density of the pattern, a latent image 216 to be formed on the resist 213 in the future is shown). As a result, in the conventional stepper method, as shown in FIG. 13, an appropriate focus offset value is experimentally obtained for each product and process, and a constant is input to the exposure apparatus.

【0008】ところで、スキャン型露光装置では基板高
さを検出するビームも半導体基板上を走査することにな
る。図14に示すように、Si基板209上に、多結晶
Si217の領域とSi34 218の領域とが混在す
る場合のように走査露光領域内に膜構造の明確に異なる
領域が存在し、かつその領域の走査方向の幅が照明スリ
ット幅より大きく、異なるフォーカスオフセット値を設
定することが有効な場合でも、従来のレンズスキャン型
露光装置では一定のフォーカスオフセット値で露光する
ことになる。このためフォーカスオフセット値の違いに
基づいた焦点ずれ、更にはこの焦点ずれによる寸法変動
を引き起こす。本発明の目的は、上述の課題を解決し
て、スキャン型露光装置における合焦精度を向上させ、
寸法均一性を向上させることにより、デバイス特性の向
上および歩留りの向上を図ろうとするものである。
In a scanning exposure apparatus, a beam for detecting the height of a substrate also scans the semiconductor substrate. As shown in FIG. 14, on the Si substrate 209, there is a region having a clearly different film structure in the scanning exposure region, such as a case where a region of polycrystalline Si 217 and a region of Si 3 N 4 218 are mixed. Even when the width of the region in the scanning direction is larger than the width of the illumination slit and it is effective to set a different focus offset value, the conventional lens scan type exposure apparatus performs exposure with a constant focus offset value. This causes a focus shift based on the difference in the focus offset value, and further causes a dimensional change due to the focus shift. An object of the present invention is to solve the above-described problems and improve the focusing accuracy in a scanning exposure apparatus,
It is intended to improve device characteristics and yield by improving dimensional uniformity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、投影光学系の露光装置を用いた露光方法であって、
半導体基板の露光に先立ち前記半導体基板上の一露光領
域の段差を前記露光装置の焦点位置検出検出装置で検出
する第1の過程と、前記半導体基板上の前記段差の最も
高い領域の高さと最も低い領域の高さとの平均値を算出
する第2の過程と、前記露光装置の投影光学系の結像位
置を前記半導体基板上の前記平均値の高さに合致させつ
つ露光を行う第3の過程と、を含むことを特徴とする。
An exposure method according to the present invention is an exposure method using an exposure apparatus of a projection optical system,
A first step of detecting a step one exposure area on the semiconductor substrate prior to exposure of the semiconductor substrate at the focus position detection detecting device of the exposure apparatus, the height of the highest region of the step on the semiconductor substrate and most a second step of calculating an average value of the height of the lower region, the exposure apparatus 3 of the imaging position of the projection optical system performs exposure while meeting the height of the average value on the semiconductor substrate And a process.

【0010】そして、好ましくは、前記第3の過程にお
いて、前記投影光学系の結像位置を、半導体基板上の前
記平均値の高さに領域毎に予め設定されたオフセット値
を加えた高さに合致させる。その際に、前記オフセット
値は露光開始点からの距離の関数として設定される。ま
た、好ましくは、前記第2の過程において、前記焦点位
置検出装置により検出した半導体基板の高さに予め設定
されたオフセット値を加えた値を基板高さとして前記平
均値を求める。また、前記第1の過程においては、複数
の一露光領域について検出を行い、前記第2の過程にお
いては、標高の最も高い領域の高さの平均値と最も低い
領域の高さ平均値との平均値を算出する。
Preferably, in the third step, the imaging position of the projection optical system is set to a height obtained by adding an offset value preset for each region to the height of the average value on the semiconductor substrate. To match. At this time, the offset value is set as a function of the distance from the exposure start point. Preferably, in the second step, the average value is obtained by setting a value obtained by adding a preset offset value to the height of the semiconductor substrate detected by the focal position detection device as the substrate height. In the first step, detection is performed for a plurality of exposure areas, and in the second step, the average of the height of the highest area and the average of the height of the lowest area are calculated. Calculate the average value.

【0011】[作用]本発明の露光方法では、投影光学
系の結像位置を段差の最も高い領域と最も低い領域の平
均の高さに設定して露光する。従って、露光領域中の基
板段差による焦点ずれ量は結像位置の上下方向にほぼ同
じ量になる。露光スリットの走査方向の幅に対して、段
差部の水平(走査)方向の距離は十分に短いので合焦を
扱う上では、垂直の段差として扱うことができる。一般
的に各種パターンのCD−Defocus曲線は焦点ず
れ量零の線に対して対称になるため、結像面の上下に等
量の焦点ずれを起こした場合には寸法の変化は発生しな
い。また、一露光領域内に下地構造の異なる領域が存在
する場合、フォーカスオフセット値を露光開始点からの
関数として設定しこれに基づいて基板高さをコントロー
ルすることにより、それぞれの下地構造に最も適したオ
フセット値で露光することができる。これにより、パタ
ーン寸法の変動を抑制し、またパターン形状の劣化を防
ぐことができる。
[Operation] In the exposure method of the present invention, exposure is performed by setting the image forming position of the projection optical system to the average height of the highest step area and the lowest step area. Therefore, the amount of defocus due to the substrate step in the exposure area is substantially the same in the vertical direction of the imaging position. Since the distance in the horizontal (scanning) direction of the step portion is sufficiently short with respect to the width of the exposure slit in the scanning direction, it can be treated as a vertical step in focusing. Generally, since the CD-Defocus curves of various patterns are symmetrical with respect to a line having a zero defocus amount, no dimensional change occurs when an equal amount of defocus occurs above and below the image plane. In addition, when there is a region having a different underlying structure in one exposure region, the focus offset value is set as a function from the exposure start point, and the substrate height is controlled based on the function, thereby being most suitable for each underlying structure. Exposure can be performed with the offset value. As a result, it is possible to suppress a change in the pattern dimension and prevent the pattern shape from deteriorating.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第1の
実施例を説明するための走査方向に沿った半導体基板の
断面図である。Si基板101は、図示された露光領域
の中央部にhだけ高くなった部分を有する。図1に示し
た露光領域を複数含むSi基板の平面図を図2に示す。
図1の段差を含む露光領域を図2ではチップ102とし
て示す。まず、露光を開始する前にチップ103上の段
差を検出する。図3に示すスキャン型露光装置のウエハ
ステージ208上に半導体基板207(Si基板10
1)を搭載し、ステージ208を左右方向に移動させて
(走査して)、発光部と受光部とを有する焦点位置検出
装置205、206により表面高さの検出を行う。ウエ
ハステージ208上には、投影光学系204を介してレ
チクル保持部203により保持されたレチクル202が
配置される。また、レチクル202上には照明光学系
(図示なし)が設けられており、その中にスリットが開
口されておりレチクル上に結像するように構成されてい
る(この高さ検出時には、レチクル202は走査されな
い)。検出された高さ情報(段差情報)は露光装置のメ
モリに蓄積される。高さ情報を検出するチップの数は1
チップでもよいが、信頼性を増す意味および走査方向に
よる検出誤差を考慮すると、サンプリングチップ1(1
03)、サンプリングチップ2(104)等の複数チッ
プについて走査方向を変えて測定を行うことが好まし
い。複数チップについて測定を行った場合には、複数チ
ップの対応する点の高さ情報の平均値をもってチップの
各点での高さであるとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor substrate taken along a scanning direction for explaining a first embodiment of the present invention. The Si substrate 101 has a portion raised by h at the center of the illustrated exposure region. FIG. 2 shows a plan view of the Si substrate including a plurality of exposure regions shown in FIG.
The exposure region including the step shown in FIG. 1 is shown as a chip 102 in FIG. First, a step on the chip 103 is detected before exposure is started. A semiconductor substrate 207 (Si substrate 10) is placed on a wafer stage 208 of the scan type exposure apparatus shown in FIG.
1) is mounted, the stage 208 is moved in the horizontal direction (scanned), and the surface height is detected by the focus position detection devices 205 and 206 having a light emitting unit and a light receiving unit. On wafer stage 208, reticle 202 held by reticle holding unit 203 via projection optical system 204 is arranged. Further, an illumination optical system (not shown) is provided on the reticle 202, and a slit is opened in the illumination optical system so that an image is formed on the reticle. Is not scanned). The detected height information (step information) is stored in the memory of the exposure apparatus. The number of chips for detecting height information is 1
Although a chip may be used, the sampling chip 1 (1
03), it is preferable to perform measurement on a plurality of chips such as the sampling chip 2 (104) while changing the scanning direction. When measurement is performed for a plurality of chips, the height at each point of the chip is assumed to be the average value of the height information of the corresponding points of the plurality of chips.

【0013】続いて、検出された焦点位置情報に基づい
て露光時の焦点位置が決定される。図1の例では、高さ
hの段差が検出されているので、焦点位置がSi基板1
01の低所(、)よりh/2だけ上に、言い換えれ
ばSi基板101の高所()よりh/2だけ下げた位
置に決定される。次に、投影光学系の焦点位置を基板上
の低所よりh/2高い位置(図1にて点線で示す位置)
に設定し露光を開始する。すなわち、図3にて、照明光
201を照射しつつ、レチクル202を例えば右方向
に、ウエハステージ208を左方向に走査して露光を行
う。露光中、Si基板の高さは一定に維持される。従っ
て、段差下部では投影光学系から遠ざかる方向にh/2
だけ、逆に段差上部では投影光学系に近ずく方向にh/
2だけ、焦点ずれを起こすことになる。
Subsequently, the focal position at the time of exposure is determined based on the detected focal position information. In the example of FIG. 1, since a step having a height h is detected, the focal position is
01 is determined to be h / 2 above the low place (,), in other words, a position lower by h / 2 than the high place () of the Si substrate 101. Next, the focus position of the projection optical system is h / 2 higher than the low point on the substrate (the position indicated by the dotted line in FIG. 1).
To start exposure. That is, in FIG. 3, exposure is performed by scanning the reticle 202 in, for example, the right direction and the wafer stage 208 in the left direction while irradiating the illumination light 201. During the exposure, the height of the Si substrate is kept constant. Therefore, h / 2 below the step in the direction away from the projection optical system.
However, conversely, h / in the direction approaching the projection optical system above the step
By two, defocus will occur.

【0014】この焦点ずれに伴う寸法変動を、図4に示
した0.25μm孤立ラインパターンのCD−Defo
cus曲線により説明する。尚、孤立ラインパターン以
外でも、ホールパターンおよびスリットパターンでは必
ず同様のCD−Defocus曲線となり、L&Sパタ
ーンにおいても一定の条件下では同様の特性を示す。図
1の点線の位置に投影光学系の焦点面がくるように露光
した場合、段差下部では図4の−h/2焦点ずれを起こ
したの寸法となり、およそ0.20μmとなる。Si
基板が走査され露光スリットの下に段差上部がくると、
図4の+h/2上のとなるがパターン寸法はやはり
0.20μmである。露光スリットの下に図1のの領
域がきた場合は、CD−Defocus曲線上をから
(と同じ)へ移動するが、パターン寸法は変動しな
い。即ち、図10で示した焦点ずれによるパターン寸法
の変動を抑えることができる。
The dimensional change due to the defocus is caused by the CD-Defo of the 0.25 μm isolated line pattern shown in FIG.
This will be described with reference to a cus curve. It should be noted that, other than the isolated line pattern, the hole pattern and the slit pattern always have the same CD-Defocus curve, and the L & S pattern shows the same characteristics under certain conditions. When the exposure is performed such that the focal plane of the projection optical system is located at the position indicated by the dotted line in FIG. 1, the size of the lower part of the step is -h / 2 defocused in FIG. 4, which is about 0.20 [mu] m. Si
When the substrate is scanned and the top of the step comes under the exposure slit,
The pattern size is also +0/2 in FIG. 4, but the pattern size is also 0.20 μm. When the area shown in FIG. 1 comes below the exposure slit, the pattern moves from (on) to (on) the CD-Defocus curve, but the pattern dimension does not change. That is, it is possible to suppress the change in the pattern size due to the defocus shown in FIG.

【0015】次に、本発明の第2の実施例について図面
を参照して説明する。図5に示すように、一露光領域内
にSi酸化膜105の領域とアルミ106の領域が混在
している場合のように明確に下地構造の異なる領域が存
在している場合について考える。このような二つの領域
の間には段差が存在している場合が多いが、図5では説
明を簡単にするために平坦な構造を示してある。既に説
明したように、下地の膜構造が変わると適切なフォーカ
スオフセット値も変化する。図5の下地構造を持つ基板
において、Si酸化膜105での最適フォーカスオフセ
ット値が−0.1μm、同じくアルミ106でのそれが
0μmであるとする。従来の一定のフォーカスオフセッ
ト値入力の場合は、フォーカスオフセット値=0μmで
はSi酸化膜部が、フォーカスオフセット値=−0.1
μmではアルミ部がそれぞれ焦点ずれを起こしてしまっ
ていた。これに対し、図6に示すように、フォーカスオ
フセット値をチップ始点からの関数として設定し基板高
さをこれに従って変化させることにより、それぞれの領
域に対して最適なフォーカスオフセット値を設定でき
る。但し、走査露光に於ける走査方向が反対になった場
合には、図6のチップ始点とチップ終点が入れ替わる。
本実施例では、フォーカスオフセット値の補正を行った
ことにより、下地構造の変化の境界部において、図10
のCD−Defocus曲線に従ったパターン寸法の変
動は生じる。しかし、フォーカスオフセット値が0.1
μm程度であることにより、段差による寸法変化に比較
してその変化は僅少である。なお、第1の実施例の場合
のように、段差のある基板に対してフォーカスオフセッ
ト値の補正を行う場合、まず、第1の実施例と同様に、
各部の高さの検出が行われこれに基づいて焦点位置の決
定がなされた後、その焦点位置に対してフォーカスオフ
セット値の補正が加えられる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 5, a case is considered in which a region having a distinctly different underlying structure exists, such as a case where a region of the Si oxide film 105 and a region of the aluminum 106 coexist in one exposure region. A step is often present between such two regions, but FIG. 5 shows a flat structure for simplicity of explanation. As described above, if the underlying film structure changes, the appropriate focus offset value also changes. In the substrate having the underlayer structure shown in FIG. 5, it is assumed that the optimum focus offset value in the Si oxide film 105 is −0.1 μm, and that in the aluminum 106 is 0 μm. In the case of a conventional constant focus offset value input, when the focus offset value is 0 μm, the Si oxide film portion has a focus offset value of −0.1.
At μm, the aluminum portions were out of focus. On the other hand, as shown in FIG. 6, by setting the focus offset value as a function from the chip start point and changing the substrate height accordingly, it is possible to set the optimum focus offset value for each area. However, when the scanning direction in the scanning exposure is reversed, the chip start point and the chip end point in FIG. 6 are switched.
In the present embodiment, the correction of the focus offset value is performed, so that the boundary of the change in the underlying structure is
Of the pattern size in accordance with the CD-Defocus curve of FIG. However, when the focus offset value is 0.1
When the thickness is about μm, the change is small compared to a dimensional change due to a step. When the focus offset value is corrected for a substrate having a step as in the first embodiment, first, as in the first embodiment,
After the height of each part is detected and the focus position is determined based on this, the focus offset value is corrected for the focus position.

【0016】次に、本発明の第3の実施例について図面
を参照して説明する。この実施例は二つの材料および高
さの異なる領域を含み、第1の実施例と同様に、段差部
近傍での寸法変動を考慮しなければならない場合に対応
するためのものである。図7に示すように、Si酸化膜
105上にhの段差をもって多結晶Si107が形成さ
れており、さらにフォーカスオフセット値の差がaだけ
あるものとする。すなわち、 a=(段差上部のフォーカスオフセット値)−(段差下
部のフォーカスオフセット値) 単位;μm この場合段差が極めて緩やかであれば、第2の実施例に
示した方法が適している。しかし一般に露光スリットの
幅に較べて段差は急峻であるから、第1の実施例にて記
述した段差部近傍での寸法変動を考慮して、投影光学系
の結像位置を段差下部を基準にして(h+a)/2の位
置に設定する。この後の露光方法は第1の実施例の場合
と同様である。本実施例の露光方法により、各種微細パ
ターンに対して寸法の変動を抑えることができる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment includes two materials and regions having different heights, and, like the first embodiment, is for dealing with a case where dimensional variation near the step must be considered. As shown in FIG. 7, it is assumed that polycrystalline Si 107 is formed on Si oxide film 105 with a step of h, and that the difference in focus offset value is a. That is, a = (focus offset value at the upper part of the step)-(focus offset value at the lower part of the step) unit: μm In this case, if the step is extremely gentle, the method described in the second embodiment is suitable. However, since the step is generally steeper than the width of the exposure slit, the image forming position of the projection optical system is determined with reference to the lower part of the step in consideration of the dimensional change near the step described in the first embodiment. (H + a) / 2. The subsequent exposure method is the same as in the first embodiment. According to the exposure method of the present embodiment, it is possible to suppress the dimensional fluctuation of various fine patterns.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光方法
は、半導体基板上の高さの平均位置に焦点位置を合わせ
基板高さを固定して露光を行うものであるので、段差の
上部と下部での焦点ずれ量が等しくなるようにすること
ができる。したがって、本発明によれば、段差部近傍で
のパターン寸法の変動を抑えることができる。また、フ
ォーカスオフセット値を走査露光開始位置からの距離の
関数として設定し、このフォーカスオフセット値に従っ
て基板高さを変化させる実施例によれば、一露光領域内
に異なる下地構造を含む基板に対して、常に最適なフォ
ーカスオフセット値で露光することが可能になり、下地
構造の変化に起因するパターン寸法の変動を抑えること
ができる。
As described above, since the exposure method of the present invention performs exposure while adjusting the focal position to the average height on the semiconductor substrate and fixing the height of the substrate, the exposure method of the present invention And the amount of defocus at the lower part can be made equal. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress a variation in pattern dimension near the step. Further, according to the embodiment in which the focus offset value is set as a function of the distance from the scanning exposure start position, and the substrate height is changed according to the focus offset value, for a substrate including a different base structure in one exposure region, In addition, it is possible to always perform exposure with an optimum focus offset value, and it is possible to suppress a change in pattern dimension due to a change in the underlying structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を説明するための一露光
領域の断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of one exposure region for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を説明するためのSi基
板の平面図。
FIG. 2 is a plan view of the Si substrate for explaining the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例を説明するためのスキャ
ン型露光装置の模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram of a scanning exposure apparatus for explaining a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例効果を説明するためのパ
ターン寸法と焦点ずれ量との関係を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a pattern dimension and a defocus amount for explaining an effect of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例を説明するための基板断
面図。
FIG. 5 is a sectional view of a substrate for explaining a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例を説明するための基板位
置とフォーカスオフセット値との関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a substrate position and a focus offset value for explaining a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の窮3の実施例を説明するための基板断
面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a substrate for explaining a third embodiment of the present invention.

【図8】従来例を説明するための一露光領域の断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view of one exposure area for explaining a conventional example.

【図9】従来の合焦方法を示す基板断面図。FIG. 9 is a sectional view of a substrate showing a conventional focusing method.

【図10】従来の合焦方法によるパターン寸法と焦点ず
れ量との関係を示す特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a pattern dimension and a defocus amount according to a conventional focusing method.

【図11】従来例の問題点を説明するための下地構造を
示す基板断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a substrate showing a base structure for explaining a problem of a conventional example.

【図12】従来例の問題点を説明するための段差上下で
のパターンを示す基板断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a substrate showing a pattern above and below a step for explaining a problem of the conventional example.

【図13】従来例の問題点を説明するための工程とフォ
ーカスオフセット値の関係を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a process for explaining a problem of the conventional example and a focus offset value.

【図14】従来例の問題点を説明するための下地構造の
領域による違いを示した基板断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a substrate showing a difference between regions of a base structure for explaining a problem of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 Si基板 102 チップ 103 サンプリングチップ1 104 サンプリングチップ2 105 Si酸化膜 106 アルミ 107 多結晶Si 201 照明光 202 レチクル 203 レチクル保持部 204 投影光学系 205 焦点位置検出装置(発行部) 206 焦点位置検出装置(受光部) 207 半導体基板 208 ウエハステージ 209 Si基板 210 露光スリット 211 焦点位置 212 フォーカスビーム 213 レジスト 214 アルミ 215 Si酸化膜 216 潜像 217 多結晶Si 218 Si34 Reference Signs List 101 Si substrate 102 Chip 103 Sampling chip 1 104 Sampling chip 2 105 Si oxide film 106 Aluminum 107 Polycrystalline Si 201 Illumination light 202 Reticle 203 Reticle holding unit 204 Projection optical system 205 Focus position detecting device (issuing unit) 206 Focus position detecting device (Light receiving unit) 207 Semiconductor substrate 208 Wafer stage 209 Si substrate 210 Exposure slit 211 Focus position 212 Focus beam 213 Resist 214 Aluminum 215 Si oxide film 216 Latent image 217 Polycrystalline Si 218 Si 3 N 4

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 投影光学系の露光装置を用いた露光方法
であって、半導体基板の露光に先立ち前記半導体基板上
の一露光領域の段差を前記露光装置の焦点位置検出検出
装置で検出する第1の過程と、前記半導体基板上の前記
段差の最も高い領域の高さと最も低い領域の高さとの平
均値を算出する第2の過程と、前記露光装置の投影光学
系の結像位置を前記半導体基板上の前記平均値の高さに
合致させつつ露光を行う第3の過程と、を含むことを特
徴とする露光方法。
1. An exposure method using an exposure apparatus of a projection optical system, wherein a step in an exposure area on the semiconductor substrate is detected by a focal position detection / detection apparatus of the exposure apparatus prior to exposure of the semiconductor substrate. and one of the processes, a second step of calculating an average value of the height of the highest area level with the lowest area of the step on the semiconductor substrate, the imaging position of the projection optical system of the exposure device the A third step of performing exposure while matching the height of the average value on the semiconductor substrate.
【請求項2】 前記第3の過程において、前記投影光学
系の結像位置を、前記半導体基板上の前記平均値の高さ
に領域毎に予め設定されたオフセット値を加えた高さに
合致させることを特徴とする請求項1記載の露光方法。
2. A third process, matching the imaging position of the projection optical system, the height plus the average of the heights preset offset value for each area on the semiconductor substrate 2. The exposure method according to claim 1, wherein the exposure is performed.
【請求項3】 前記オフセット値は露光開始点からの距
離の関数として設定されていることを特徴とする請求項
2記載の露光方法。
3. The exposure method according to claim 2, wherein the offset value is set as a function of a distance from an exposure start point.
【請求項4】 前記第2の過程において、前記焦点位置
検出装置により検出した前記半導体基板の高さに予め設
定されたオフセット値を加えた値を基板高さとして前記
平均値を求めることを特徴とする請求項1記載の露光方
法。
4. A second step, characterized in that determining the average value of the value obtained by adding a preset offset value to the height of the semiconductor substrate which is detected by the focus position detecting device as substrate height The exposure method according to claim 1, wherein
【請求項5】 前記第1の過程においては、複数の一露
光領域について検出を行い、前記第2の過程において
は、前記半導体基板上の段差の最も高い領域の高さの平
均値と最も低い領域の高さ平均値との平均値を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の露光方法。
5. In the first step, detection is performed for a plurality of exposure areas, and in the second step, the average height and the lowest height of the highest step area on the semiconductor substrate are detected. 2. The exposure method according to claim 1, wherein an average value with the average height of the region is calculated.
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