JPH07283109A - 半導体装置の露光方法および露光装置 - Google Patents

半導体装置の露光方法および露光装置

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JPH07283109A
JPH07283109A JP6069463A JP6946394A JPH07283109A JP H07283109 A JPH07283109 A JP H07283109A JP 6069463 A JP6069463 A JP 6069463A JP 6946394 A JP6946394 A JP 6946394A JP H07283109 A JPH07283109 A JP H07283109A
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JP
Japan
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exposure
wafer
alignment
region
exposed
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JP6069463A
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English (en)
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Taku Saito
卓 斉藤
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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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
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70866Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of mask or workpiece
    • G03F7/70875Temperature, e.g. temperature control of masks or workpieces via control of stage temperature

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  • Control Of Exposure In Printing And Copying (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 露光時の熱エネルギーによるウェハのスケー
リングエラーの発生を防止する。 【構成】 たとえば露光量500mJ/cm2、マスク
の開口率55%の条件で露光する。露光において、露光
のための光が熱エネルギーとなってウェハ1に蓄積す
る。この熱により露光された、たとえば領域2とその近
辺、特に隣接する領域が熱膨張により伸びる。従来の露
光方法では隣接する露光領域3を連続して露光していた
ために、このウェハの伸びによるアライメントずれが発
生する。本発明では隣接する領域3を露光せずに、他の
隣接しない露光領域4を露光する。つまり上述した熱膨
張の影響をほとんど受けていない領域を露光すること
で、その影響を避ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の露光方法お
よび露光装置、特に露光装置(以下ステッパ)を用いて
基板上にパターンを露光する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置はその集積度が高まる
につれて微細化がますます進んでいる。この微細化でも
っとも重要な位置を占めている技術の一つに、ステッパ
を用いた露光技術(フォトリソグラフィー技術)があ
る。半導体装置の高集積化・微細化の進展は、この技術
の進展にかかっていると言っても過言ではない。
【0003】以下図面を参照しながら、従来の半導体装
置の露光方法の一例について説明する。
【0004】図5は従来の半導体装置の露光方法の流れ
を示すものである。まずステッパ内部にパターンを形成
すべきウェハをロードする(#1)。ここで、このウェ
ハにはすでに下地のパターンが形成されているものとす
る。次に、ウェハの位置を大まかに合わせるための第一
のアライメント動作が行われる(#2)。これは、すで
にウェハに形成されているアライメントマークを、レー
ザー光を用いて検出するものである。通常、ウェハ内の
2箇所のアライメントマークを検出する。この第一のア
ライメント動作により、ウェハの基準位置に対するずれ
や回転が補正される。次に、第二のアライメント動作を
行う(#3)。第二のアライメント動作は下地のウェハ
のパターンの位置を正確に検出するためのものである。
第二のアライメントも、第一のアライメントと同様に、
レーザー光を用いて下地のアライメントマークを検出す
る。この第二のアライメント方法には二つの方法が知ら
れている。その一つは、露光を行う際に露光のショット
ごとにアライメントを行い、位置ずれ・回転・伸縮とい
った補正値を決定する方法である(#4)。この補正値
をもとに各ショットが行われる。以下、このアライメン
ト方法をダイバイダイアライメントと称する。もう一つ
は、ウェハ内の6〜10箇所程度のアライメントマーク
を検出する(#5)。検出されたアライメントデータを
統計処理(たとえば最小2乗法)する(#6)。これに
よって全ショットの補正値を計算し、補正した値でショ
ットを行う(#7)。この方法ではすべてのショットは
同じ補正値で行われる。以下、このアライメント方法を
グローバルアライメントと称する。この後、ウェハをア
ンロードし取り出す(#8)。
【0005】ダイバイダイアライメントでは比較的精度
が高くできる。しかし、ショットごとにアライメントを
行うために、特にショット数が多いときなどはアライメ
ントに非常に時間がかかる。よってステッパのスループ
ットが悪くなるという欠点がある。
【0006】一方、グローバルアライメントでは、露光
前に6〜10箇所のアライメントマークを検出するだけ
でよいので、アライメントに要する時間が短くてすむ。
そのため、現在、半導体装置の露光方法においては、グ
ローバルアライメントが主流である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなグローバルアライメントでは、たとえば400mJ
/cm2と露光エネルギーが高く、またたとえば50%
といった高い開口率のレチクルを使用した場合に、X方
向(ウェハのオリエンテーションフラットに平行方向)
のスケーリングエラーが発生することが実験により確認
された。これは、露光時の光エネルギーが熱となってウ
ェハに蓄積して、ウェハが伸びるためである。このとき
のウェハ内の熱分布の一例を図6に示す。また、このよ
うなスケーリングエラーについては、たとえば、199
3年 エス・ピー・アイ・イー インテグレーティッド
サーキット、メトロロジイ、インスペクションとプロセ
スコントロール VII 第440〜449ページ(S
PIE Integrated Circuit,Metrology, Inspection an
d Process Control VII pp440-449 (1993))に詳細が記
載されている。
【0008】このようなスケーリングエラーが発生する
と、下地とのアライメントエラーが大きくなる。たとえ
ばスケーリングが0.7ppmであるとき、6インチウ
ェハ(直径150mm)の左右両端でのアライメントの
差は0.1μmを越えてしまう。これは現在開発が進め
られている256メガビットDRAMでのアライメント
エラーの許容値以上である。たとえウェハの中央のショ
ットのアライメントが正確であっても、ウェハ端のショ
ットでは0.05μmのアライメントエラーが発生する
ことになる。また、8インチウェハ(直径200mm)
を使用したとすれば、ウェハ両端でのアライメントの差
は0.14μmとなり、最良の場合でも0.07μmのア
ライメントエラーが発生することになる。
【0009】本発明は上記問題点に鑑み、露光エネルギ
ーによるスケーリングエラー発生を防止することができ
る半導体装置の露光方法および露光装置を提供すること
を目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の半導体装置の露光方法は、基板上に同一面
積をもつ矩形領域をその各辺に隣接させて形成するに当
たり、所定の一つの矩形領域を形成した後、この一つの
矩形領域の周辺に配置される矩形領域より外側に配置さ
れた矩形領域を露光形成する。
【0011】また、外側に配置された矩形領域は一つの
矩形領域から一つの矩形領域に相当する距離だけ離れた
位置に露光する。
【0012】さらにまた、基板を露光する工程と、露光
後の基板の温度を計測する工程と、計測した基板の温度
分布に応じてあらかじめ設定した温度範囲内にある基板
の領域を露光する。
【0013】上記問題点を解決するために本発明の露光
装置は、基板の露光中に前記基板表面の温度を計測する
温度計を有する。
【0014】
【作用】本発明は上記した構成によって、露光時の露光
エネルギーにより発生するスケーリングエラーの発生を
防止することができる。
【0015】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0016】本発明の実施例における半導体装置の露光
方法およびその流れを以下に示す。ステッパ内部にパタ
ーンを形成すべきウェハ1をロードする。このウェハ1
にはすでに下地のパターンは形成されている。一般に下
地パターンは複数個、たとえば74個が形成されてい
る。次にウェハの位置を大まかに合わせるための第一の
アライメント動作を行う。これは従来の方法と同様であ
り、すでにウェハ1に形成されているアライメントマー
クをレーザー光を用いて検出する。ウェハ1内の2箇所
のアライメントマークを検出する。この第一のアライメ
ント動作によりウェハの基準位置に対するずれや回転が
補正する。次に第二のアライメント動作としてグローバ
ルアライメントを行う。グローバルアライメントも下地
のウェハ1にショットごとに形成されているアライメン
トマークをレーザ光を用いて検出する。この場合6〜1
0箇所のショットのアライメントマークを検出するのが
一般的である。そしてこのグローバルアライメントの結
果をもとにたとえば最小2乗法といった統計処理を行
う。計算結果をもとに位置ずれ・回転・伸縮といったシ
ョットを行う際の補正値を決定する。
【0017】次に露光を開始した。露光条件はたとえば
露光量500mJ/cm2、マスクの開口率55%であ
る。露光において、露光のための光が熱エネルギーとな
ってウェハ1に蓄積する。この熱により、露光されたた
とえば領域2とその近辺、特に隣接する領域が熱膨張に
より伸びる。従来の露光方法では、隣接する露光領域3
を連続して露光していたために、このウェハの伸びによ
るアライメントずれが発生する。すなわち、スケーリン
グエラーが発生していた。
【0018】本実施例では、図1に示すように、この隣
接する領域3を露光せずに、他の隣接しない露光領域4
を露光する。つまり、上述のような熱膨張の影響をほと
んど受けていない領域を露光することで、熱膨張の影響
を避けることができる。したがって、従来の露光方法で
発生していたスケーリングエラーが本実施例では発生し
ない。本実施例ではたとえば図2に示すように第一の露
光領域5から一つおきに露光し、ウェハ端6まで露光し
た。次に、露光領域7に戻って、再度一つおきに露光す
る。このように露光を一つおきに行う方法は、露光順の
指定が非常に簡単であり、従来の露光法の露光順の指定
をわずかに改良するだけで実現できる。
【0019】本実施例によって露光をしたときのアライ
メントエラーの測定結果からスケーリングエラーを算出
した。その値は0.05ppmであった。一方、従来法
で露光をしたときのアライメントエラーの測定結果から
スケーリングエラーを求めたところ、その値は0.64
ppmであった。本発明により256メガビットDRA
Mで要求されるアライメント精度を確保することが可能
となった。
【0020】なお、本実施例では下地基板にすでにアラ
イメントマーク等のパターンが形成されている場合につ
いて説明したが、下地にアライメントマークなどのパタ
ーンが存在しない場合にも効果は同様である。
【0021】次に本発明の第二の実施例について、図面
を参照しながら説明する。図3は本実施例で用いたステ
ッパの概略構成図である。本実施例のステッパは、レチ
クル8を上のパターンを縮小投影するための光学系9と
ウェハ1とを保持するX,Yステージ10とウェハ1の
アライメント機構を有し、さらにウェハ1の温度分布を
計測するための温度計であるサーモヴュア(またはサー
モグラフィ)11を備えている。次にこのステッパを用
いた露光について説明する。
【0022】第一の実施例と同様にウェハ1がステッパ
にロードされ、必要に応じてアライメント動作が行われ
る。次に露光が行われる。露光条件は露光量500mJ
/cm2、マスクの開口率55%である。露光が開始さ
れるまでのウェハ1の温度分布をサーモグラフィ11で
測定したところ、23℃であった。図4において、最初
の露光領域12で露光が行われた後、隣接する露光領域
13のウェハの温度分布をサーモグラフィで計測する
と、もっとも温度が高いところで23.6℃であった。
基板の温度が24℃以下であれば、ウェハの伸びはあま
り大きくなく、この領域に次の露光を行っても下地基板
とのアライメントずれは発生しない。そこで、この領域
は続けて露光する。さらに2番目の露光が終了したとき
に、ウェハの温度分布を計測したところ、2番目の露光
領域13に隣接する露光領域14では最高温度は24.
3℃であった。温度が24℃を越えるとウェハの伸びに
よるアライメントエラーが発生する。そこで、この領域
14の露光をスキップした。このときウェハ全体の温度
分布で温度が24℃以下である領域15を捜し出す。次
の露光領域として領域15を選択し、露光を行う。以下
同様にして、露光が終了するたびにウェハの温度分布を
計測し、温度が24℃以下である領域を探しながら露光
を行う。この方法によりウェハ1内の全ての露光領域を
露光する。また、ウェハ1内で温度が24℃以下の領域
が存在しない場合には、温度が24℃以下になるまで露
光を停止させる。このような方法により露光を行うこと
で、従来法で発生する露光エネルギーによるスケーリン
グエラーは0.03ppmとほとんど無視できる値とな
る。
【0023】なお、本実施例では露光を行うかどうかの
温度制限を24℃としたが、これは露光されるべき半導
体装置のアライメント余裕やそのほかの要因によって、
ある範囲において変化することは自明である。また本実
施例では規定温度以下の領域はどこを露光してもよいと
したが、最後に露光した領域からもっとも近い領域を露
光するのが、もっとも効率がよいことは明らかである。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、下地基板の複数の露光
領域に対して、隣接する露光領域を連続して露光するこ
となしに、すべての露光領域を露光することにより、従
来の露光法で発生していた露光エネルギーによるスケー
リングエラーを防止できる。また、ウェハの表面の温度
を計測する機能を有するステッパを用いて露光を行うこ
とにより、ウェハが露光エネルギーにより伸びていない
領域を選択して露光することが可能となり、スケーリン
グエラーを防止することが可能となる。これにより高精
度のアライメントが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例における半導体装置の露
光方法を示す図
【図2】本発明の第一の実施例における半導体装置の露
光方法を示す図
【図3】本発明の第二の実施例における露光装置を示す
【図4】本発明の第二の実施例における半導体装置の露
光方法を示す図
【図5】従来の露光方法の流れを示す図
【図6】露光後のウェハ内の熱分布を示す図
【符号の説明】
1 ウェハ 2〜5 領域 6 ウェハ端 7 領域 8 レチクル 9 光学系 10 X,Yステージ 11 サーモグラフィ 12〜15 領域

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に同一面積をもつ矩形領域をその
    各辺に隣接させて形成するに当たり、所定の一つの矩形
    領域を形成した後、前記一つの矩形領域の周辺に配置さ
    れる矩形領域より外側に配置された矩形領域を露光形成
    することを特徴とする半導体装置の露光方法。
  2. 【請求項2】 前記外側に配置された矩形領域は前記一
    つの矩形領域から一つの矩形領域に相当する距離だけ離
    れた位置に露光することを特徴とする請求項1記載の半
    導体装置の露光方法。
  3. 【請求項3】 基板を露光する工程と、露光後の前記基
    板の温度を計測する工程と、計測した前記基板の温度分
    布に応じて、あらかじめ設定した温度範囲内にある前記
    基板の領域を露光することを特徴とする半導体装置の露
    光方法。
  4. 【請求項4】 基板の露光中に前記基板表面の温度を計
    測する温度計を有することを特徴とする露光装置。
JP6069463A 1994-04-07 1994-04-07 半導体装置の露光方法および露光装置 Pending JPH07283109A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005106930A1 (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Nikon Corporation 露光方法、露光装置及びデバイス製造方法
JP2009158971A (ja) * 2003-10-16 2009-07-16 Asml Netherlands Bv デバイス製造方法、リソグラフィ装置及びそれによって製造されたデバイス
JP2014057112A (ja) * 2003-05-28 2014-03-27 Nikon Corp 温度検出装置、温度検出方法、及び露光装置
US9703212B2 (en) 2015-03-12 2017-07-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Exposure apparatus

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