JPH0554689B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の製造において行な
われる半導体の露光方法に係り、とくにチツプの
全領域にわたり、高いパターンの解像度を実現す
るのに好適な半導体の露光方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、パターン幅が1.5μｍ以下の高集積半導体
には、高い解像度とアライメント精度を実現でき
る縮小投影露光装置またはステツパが使用されて
いる。この縮小投影露光装置は、たとえば第５図
に示すように、ホトマスク（またはレチクル）１
上に描画された回路パターン２を縮小レンズ３を
介してウエハ４上に１乃至数チツプ５毎に露光す
るものである。なお第５図に示す６は露光光学系
である。

前記縮小レンズ３には顕微鏡に用いる対物レン
ズ等と同様に、焦点深度が存在する。一般に焦点
深度は、所望の微細繰返しパターンに関し、コン
トラスト〔またはモデユレーシヨン トランスフ
アフアンクシヨン（Modulation Transfer
Function）（MTF）〕が60％以上の領域を示す
が、これを近似すると、つぎの式(1)のような関係
が求められる。

ΔZ＝0.5×λ／（NA）² ……(1) ただしΔZは焦点深度、λは波長、NAは開口
数〔ニユーメリカル アパーチヤー（Numerical
Aperture）〕である。

たとえば、0.8μｍプロセスの製造に用いられる
ｉ線（λ＝0.365μｍ）ステツパでは、前記NAが
0.42程度とすると、ΔZはわずかに1μｍ程度とな
る。

これに対して自動焦点機能が設けられている訳
であるが、縮小レンズの像面わん曲、ウエハのそ
りや傾き、自動焦点機能の補正精度などの誤差要
因を考慮すると、ウエハのチツプ内の段差は極力
押える必要がある。

そこで、段差の大きいパターンの露光では、多
層レジスト法が使用されることが多い。この方法
は第６図に示す如く高段差の下地層７に対して、
まず厚い平坦化レジスト層８を塗布し、その上に
露光に寄与する薄いレジスト層９を設けている。

焦点深度の問題は、平坦化後の前記露光レジス
ト層９のみを対象とする露光を行なうことにより
解消される。

なお、露光ならびに現像したのち、前記平坦化
レジスト層８は反応性エツチングなどの手法で除
去される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

半導体集積回路の中でもダイナミツクラム
（RAM）、スタテイツクラムを始めとするメモリ
およびメモリを内蔵したいわゆるワンチツプ・マ
イクロ・プロセツサなどでは、第７図に示す如
く、チツプ５の内でメモリ素子部１０と番地選択
回路をはじめとする周辺回路部１１とが明確に分
離される。前記メモリ素子部１０は電荷の蓄積を
行なうキヤパシタおよび隣接する素子との分離を
行なう分離層などが存在するため、前記周辺回路
部１１に対して１〜2μｍの高さを有する高段差
のパターンが形成される。

したがつて第８図に示すように下地層７が高段
差部の前記メモリ素子部１０と、低段差部の前記
周辺回路部１１とに大きく分けられて平坦化レジ
スト８も十分な効果を得ることができないため、
段差が１〜2μｍのように大きい場合には、焦点
深度内での露光が不可能になつてパターンの十分
な解像度が得られなかつた。

また、従来、前記多層レジスト法の他に、電子
ビーム直接描画法および前記周辺回路部１１のパ
ターン寸法を太くする方法が使用されている。

しかるに前記電子ビーム直接描画法ではスルー
プツトが大きく低下する問題があり、かつ前記周
辺回路部１１のパターンを太くする方法では、前
記メモリ素子部１０にピントを合わせるため、前
記周辺回路部１１側がピンボケにより安定した性
能を得ることができにくい問題がある。

さらに段差を小さくするために第８図に示す如
く周辺回路部１１のトランジスタの形成前にポリ
ーシリコン（Poly−Si）およびホスホ シリカ
テツト グラス（Phospho Silicatet Glass）な
どから形成された平坦化層１２を設ける方法も考
えられる。

しかるにこの方法では工程数が増加して製造費
が高くなる問題がある。

本発明の目的は、前記従来の問題点を解決し、
高段差を有するメモリ素子などの露光においても
高いパターン解像度を可能とする半導体露光方法
を提出することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の目的は同一のウエハのアライメントパタ
ーンと、同一の縮小レンズを用いかつ露光光学系
からの露光光の遮光領域を変化させて、ホトマス
ク上のメモリ素子部パターンと周辺回路部パター
ンとを別個に焦点合せおよび露光することにより
達成される。

〔作用〕

本発明は第８図に示す如く高段差部のメモリ素
子部１０に対してはウエハ（図示せず）を上下動
して前記高段差部上の薄いレジスト層９を設けた
部分１２に焦点合せを行つて露光を行ない、低段
差部の周辺回路部に対しては前記ウエハを上下動
して前記段差部上の薄いレジスト層９を設けた部
分１３に焦点合せを行なつて露光を行なうもので
あるから、チツプ（図示せず）の全領域にわたつ
て高いパターン解像度を得ることができる。

この場合、本発明においては、つぎの点を特徴
としている。すなわち、 (1) 単体の縮小レンズを使用している。

(2) 単体のウエハ上のアライメントマークを使用
している。

(3) 露光光学系からの露光光の遮光領域を変化可
能にしている点である。その理由は、 (4) 前記(1)について、 実際上縮小レンズ毎に歪が異なるので、異な
る縮小レンズを使用すると、微細化パターンに
なるため、重ね合せ部で無視できない歪を発生
するからである。

(5) 前記(2)について、 ウエハ上のアライメントパターンは実際上ア
ランメントパターン毎にその形状、寸法が多少
異にし、同一に製作することが不可能であるか
らである。

(6) 前記(3)について、 ホトマスク上のメモリ素子部パターンと周辺
回路部パターンとを別個に露光する場合、単体
の露光光学系を使用するため、照射領域を前記
メモリ素子部パターンおよび周辺回路部パター
ンに位置合せするためである。すなわち、露光
光を前記ホトマスク上の前記メモリ素子部パタ
ーンおよび周辺回路パターン以外の遮光パター
ンに照射すると、遮光パターン内に存在するピ
ンホールなどの欠陥の影響を与えるからであ
る。

したがつて本発明は前記の問題点も解決するこ
とができ、これによつてチツプの全領域にわたつ
て高いパターン解像度を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を示す第１図ａ〜ｃに
ついて説明する。第１図ａは本発明の一実施例で
ある半導体露光装置の要部説明図、第１図ｂは第
１図ａに示すメモリ素子部側のホトマスクの正面
図、第１図ｃは第１図ａに示す周辺回路部側のホ
トマスクの正面図、第１図ｄは第１図ａに示すチ
ツプの正面図である。なお、従来と同一部分は第
５図乃至第８図と同一符号をもつて示す。

同図において、１ａ，１ｂは２枚のホトマスク
（またはレチクル）にして、一方のホトマスク１
ａにメモリ素子部１０のパターン１０ａを描画
し、このパターン１０ａ以外の部分に遮光パター
ン２０ａを形成し、かつ周辺の直交する位置に２
個のアライメントパターン２３ａ，２３ｂを設け
ている。また前記他方のホトマスク１ｂは周辺回
路部１１のパターン１１ａを描画し、このパター
ン１１ａ以外の部分に遮光パターン２０ｂを形成
し、かつ周辺の直交する前記２個のアライメント
パターン２３ａ，２３ｂと同一位置に２個のアラ
イメントパターン２３ｃ，２３ｄを設けている。
２１ａ，２１ｂは２枚で１対のマスキングブレー
ドと呼ばれる遮光板にして、露光光学系６と、前
記２枚のホトマスク１ａ，１ｂとの間を互いに反
対の水平方向に移動自在に設けられ、前記露光光
学系６からの露光光６ａが前記ホトマスク１ａも
しくは１ｂを照射したとき、前記遮光パターン２
０ａ，２０ｂを照射して該遮光パターン２０ａ，
２０ｂ内に存在するピンホールなどの欠陥の影響
を防ぐため、該２枚の遮光板２１ａ，２１ｂの間
隔量を調整して露光光学系６からの露光光６ａの
マスクを制御する如くしている。２２はアライメ
ント光学系にして、前記縮小レンズ３を介して前
記ホトマスク１ａもしくは１ｂ上のアライメント
マーク２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、前記
ウエハ４の各チツプ５に設けられたアライメント
２４ａ，２４ｂに照射したアライメント光により
ホトマスク１ａもしくは１ｂとウエハ４の各チツ
プ５とを位置を検出して両者の位置合せを行なう
如くしている。２６はＺ機構にして、ウエハステ
ージ２７の斜面２７ａ上をこれに対応する如く形
成された斜面２６ａを介して水平方向に移動した
とき、その上面に載置するウエハ４の高さ方向位
置に調整する如くしている。２８は自動焦点機構
にして、前記縮小レンズ３の先端部に設けられた
エアマイクロ２５と、前記Ｚ機構２６とに接続
し、前記ホトマスク１ａもしくは１ｂに応じて自
動焦点のオフセツトを変化させて前記Ｚ機構２６
を移動制御させる如くしている。

本発明は一実施例である半導体露光装置は前記
の如く構成されているから、つぎにその作動につ
いて説明する。

先ず露光するホトマスク１ａもしくは１ｂを露
光光学系６の露光光６ａの位置に設置したのち、
アライメント光学系２２によりホトマスク１ａも
しくは１ｂのアライメントマーク２３ａ，２３ｂ
もしくは２３ｃ，２３ｄとウエハ４の各チツプ５
のアライメントマーク２４ａ，２４ｂと位置検出
して両者の位置合せを行なうとともに自動焦点機
構２８により前記ホトマスク１ａもしくは１ｃの
焦点位置を合せる。また２枚の遮光板２１ａ，２
１ｂを互いに反対方向に移動してその間隔量を調
整し、前記露光光学系６より露光光６ａが前記ホ
トマスク１ａもしくは１ｂのパターン１０ａもし
くは１１ａを照射させる。

このようにしてホトマスク１ａもしくは１ｂと
ウエハ４の各チツプ５の位置が位置決めされる
と、露光光学系６からの露光光６ａによりホトマ
スク１ａもしくは１ｂのパターン１０ａもしくは
１１ａが縮小レンズ３を介してウエハ４の各チツ
プ５に露光される。

ついで、他のホトマスク１ｂもしくは１ａを露
光する場合には、前記と同様な方法により他のホ
トマスク１ｂもしくは１ａのパターン１１ａもし
くは１０ａをウエハ４の各チツプ５に露光するこ
とができる。

この場合本発明においては２枚のホトマスク１
ａ，１ｂを露出する場合、同一の縮小レンズ３を
使用しているので、メモリ素子部１０と周辺回路
部１１との境界部に歪が発生するのを防止するこ
とができる。

また、２枚のホトマスク１ａ，１ｂの各アライ
メントパターン２３ａ，２３ｂをウエハ４のアラ
イメントパターン２４ａ，２４ｂを位置決めする
場合、同一のウエハ４のアライメントパターン２
４ａを使用しているので、２枚のホトマスク１
ａ，１ｂを同一位置に位置決めすることができ
る。

さらに２枚のホトマスク１ａ，１ｂを別個に位
置決めするので、２枚のホトマスク１ａ，１ｂと
の間に段差があつても、自動焦点機構２８により
第８図に示す如く高段差部のメモリ素子部１０の
最上部分１２と低段差部の周辺回路部１１の最上
部分１３に焦点合せを行なうことができ、これに
よつてチツプ５の全領域にわたつて高いパターン
解像度を得ることができる。

つぎに第２図ａ，ｂは本発明の他の一実施例で
ある半導体露光装置を示す。

同図においては、露光光学系６内のホトマスク
の位置と光学的に共役な位置に１対のマスキング
ブレードと呼ばれる遮光板２１ａ，２１ｂを設け
た場合を示し、この１対の遮光板２１ａ，２１ｂ
の具体的構成はたとえば本願出願人が先きに出願
した特願昭58−137702号（特開昭60−30132号）
に記載され、これの要部を第２図ｃ，ｄに示す如
く、４枚のブレード２１０１，２１０２，２１０
３，２１０４を有し、Ｘ方向マスク２１０５とＹ
方向マスク２１０６を同じ要素で同一に構成され
各マスク２１０５，２１０６のベースであるＸフ
レーム２１０７、Ｙフレーム２１０８が前記露光
光源６の骨組６０１に固定されている。前記Ｘフ
ーレム２１０７中抜き構造となつていて、その中
抜き部分をＸブレード２１０１とＸブレード２１
０２とが摺動するようになつている。前記Ｘフー
レム２１０７の四隅にはＸブレード駆動輪２１０
９，２１１０，２１１１，２１１２が設けられ、
各駆動輪２１０９，２１１０は夫々独立した駆動
モータ２１１３，２１１４にて駆動される。また
前記Ｘブレード駆動輪２１０９は前記Ｘブレード
駆動モータ２１１３の駆動軸に固定されたＸブレ
ード駆動ローラ２１１５とモータ軸を中心にフリ
ーに回転するＸブレード駆動モータ２１１６とを
有し、前記Ｘブレード駆動輪２１１０はＸブレー
ド駆動モータ２１１７のモータ軸に固定されたＸ
ブレード駆動ローラ２１１８とモータ軸を中心に
フリーに回転するＸブレード駆動ローラ２１１９
とを有している。前記各モータ２１１６，２１１
７の軸は図示しない段差がついており、この段差
に、前記Ｘブレード駆動輪２１０９の場合はＸブ
レード駆動ローラ２１１５が、前記Ｘブレード駆
動輪２１１０の場合はＸブレード駆動ローラ２１
１９が当り各々その下にＸブレード駆動ローラ２
１１６、Ｘブレード駆動ローラ２１１８を取り付
けて最下端をカラー２１２０で止めている。また
Ｘ軸転動輪２１１１，２１１２は各上下２個のフ
リー回転転動ローラよりなつている。前記Ｘフー
レム２１０７の四隅にある上下２個のローラには
各エンドレスのＸブレード駆動ワイヤ２１２１と
２１２２がはめ込まれ、Ｘブレード駆動ワイヤ２
１２２はＸブレード２１０１にねじ込まれたピン
２１２３に接着固定されたＸブレード駆動モータ
２１１３のモータ軸にねじ止め固定されたＸブレ
ード駆動ローラ２１１５によつてモータの回転が
伝えられ、Ｘブレード２１０１をＸフーレム２１
０７の中抜き部分内で摺動させるようになつてい
る。Ｘブレード駆動ワイヤ２１２２もＸブレード
駆動ワイヤ２１２１と同様にしてＸブレード２１
０２をＸブレード２１０１の中抜き部分内で摺動
させるようになつている。

以上により、Ｘブレード駆動モータ２１１３の
回転を制御することによりＸブレード２１０１，
２１０２の開閉を制御することが可能になる。

Ｙ方向マスク２１０６も前記Ｘ方向マスク２１
０５と全く同様で、これらによりウエハ４の所望
部分を自由に４方向からマスクすることができ
る。

なお、前記第２図ｃ，ｄにおいては、４枚のブ
レード２１０１，２１０２，２１０３，２１０４
を開閉する方法を示しているが、これに限定され
るものでなく、たとえば第３図に示す如く、２枚
のガラス板２９ａ，２９ｂ上に透過部３０ａ，３
０ｂと遮光部３１ａ，３１ｂを設け、ホルダ３２
を介してこれを第２図ａに示す符号２１の位置で
切替えることにより同等の効果が得られる。

つぎに第４図ａ，ｂは本発明のさらに他の一実
施例である半導体露光装置の要部を示す説明図で
ある。

同図においては、基本的には第１図ａ〜ｄと同
一構成であるが、異なるのは１枚のホトマスク１
上に間隔をおいてメモリ素子部１０および周辺回
路部１１の各パターン１０ａ，１１ａを描画し、
かつ４個のアライメントマーク２３ａ，２３ｂ，
２３ｃ，２３ｄを設け、この１枚のホトマスク１
を矢印方向に移動させるとともに遮光板２１ａ，
２１ｂを連動させることによりウエハ４上に所望
の領域を露光するものである。

なお、この場合１枚のホトマスク１の大きさは
前記第１図に比較して大きくなるが、その反面２
枚のホトマスク１ａ，１ｂを用いてこれを切替る
のに比較して切替え時間を短縮することができ
る。

また前記各実施例においては縮小レンズ３にエ
アマイクロ２５を設けた自動焦点機構２８を示し
ているが、これに限定されるものでなく、たとえ
ば光学的な自動焦点機構を使用することも可能で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高集積の半導体メモリのよう
にメモリ素子部と周辺部とに大きな段差がたとえ
存在しても、全領域にわたつて焦点深度内ての露
光を行うことができ高いパターン解像度を実現す
ることができるので、半導体製造の歩留り向上と
機構制御上の裕度の向上に寄与することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例である半導体露光
装置の要部説明図、第１図ｂは第１図ａに示すメ
モリ素子部側のホトマスクの正面図、第１図ｃは
第１図ａに示す周辺回路部側のホトマスクの正面
図、第１図ｄは第１図ａに示すチツプの正面図、
第２図ａは本発明の他の一実施例である半導体露
光装置の要部説明図、第２図ｂは第２図ａに示す
ホトマスクの正面図、第２図ｃは第２図ａに示す
遮光板の斜視図、第２図ｄは第２図ｃの一部分の
詳細斜視図、第３図は第２図ａに示す遮光板の他
の一例の正面図、第４図ａは本発明のさらに他の
一実施例である半導体露光装置の要部説明図、第
４図ｂは第４図ａに示すホトマスクの正面図、第
５図は縮小露光装置の要部説明図、第６図はチツ
プの断面図、第７図は第６図の正面図、第８図は
チツプの断面図である。 １……ホトマスク、２……回路パターン、３…
…縮小レンズ、４……ウエハ、５……チツプ、６
……露光光学系、１０……メモリ素子部、１１…
…周辺回路部、２０……遮光パターン、２１……
遮光板、２３，２４……アライメントマーク、２
５……エアマイクロ、２６……Ｚ機構、２７……
ウエハステージ、２８……自動焦点機構、２９…
…ガラス板、３０……透過部、３１……遮光部、
３２……ホルダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 露光光学系からの光ビームを用いてホトマス
   ク上に描画された段差を有するメモリ素子部パタ
   ーンと、番地選択回路などからなる周辺回路部パ
   ターンを縮小レンズを介してウエハ上のチツプに
   露光する半導体露光方法において、単体のウエハ
   のアライメントパターンと、単体の前記縮小レン
   ズを用いかつ前記露光光学系からの露光光の遮光
   領域を変化させて前記ホトマスク上の前記メモリ
   素子部パターンと前記周辺回路部パターンとを別
   個に焦点合せおよび露光することを特徴とする半
   導体露光方法。 ２ 前記ホトマスクは前記メモリ素子部パターン
   用ホトマスクと前記周辺回路部パターン用ホトマ
   スクとを用い、これを切替えて露光することを特
   徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の半導体
   露光方法。 ３ 前記ホトマスクは前記メモリ素子部パターン
   と前記周辺回路部パターンとを間隔をおいて描画
   していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体露光方法。 ４ 前記露光光学系からの光ビームの遮光領域を
   変化させ、前記ホトマスクを移動させて該ホトマ
   スク上の前記メモリ素子部パターンおよび前記周
   辺回路部パターンを夫々前記光ビームの光軸中心
   付近に位置させることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体露光方法。