JPH0955352A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ面内におけるレジストパターンの寸法
ばらつきを低減する。 【解決手段】 露光装置１を、ウエハ１１上に塗布され
たレジスト膜１２を露光する露光手段６と、ウエハ１１
を複数の領域に分割し、分割した領域毎にそのレジスト
膜１２の厚さを測定する膜厚測定手段２と、この膜厚測
定手段２による測定結果に基づき、レジスト膜１２への
露光量を予め設定されたウエハ１１の所定領域毎に決定
する露光量決定手段４と、露光量決定手段４によって決
定された露光量に基づき、露光手段６の露光量をウエハ
１１の所定領域毎に制御する制御手段５とから構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造プ
ロセスのリソグラフィー工程で使用する露光装置および
露光方法に関し、特にマスクを用いてウエハ上にパター
ンを繰り返し露光する露光装置および露光方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の微細化を達成する重要な技
術の一つはリソグラフィー技術である。いかに反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）等の加工技術が向上してウエ
ハ面内における加工精度が高まっても、リソグラフィー
技術で形成される元のエッチングマスク、すなわちフォ
トレジスト（以下、レジストと略す）パターンの寸法が
ウエハ面内でばらついている限り、最終的にウエハ上に
形成されるパターンのウエハ面内での寸法ばらつきを抑
えることができないからである。特に近年では、半導体
素子のデザインルールが小さくなるとともに、ウエハサ
イズが大きくなってきていることから、最終的に加工さ
れるパターン寸法のウエハ面内におけるばらつきを抑え
ることが困難となっている。しかしながら、この寸法ば
らつきを抑えることは、半導体チップの製造歩留りを向
上させるうえで克服すべき重要な課題である。

【０００３】ところで、現在のリソグラフィー技術で
は、露光装置として解像力やマスク合わせ精度に優れた
縮小投影露光装置、いわゆるステッパーを用いるのが主
流となっている。ステッパーは、マスクに形成されてい
るパターンを縮小投影レンズで縮小してウエハ上に投影
するものであり、例えばレジスト膜が塗布されたウエハ
面を複数の領域に分割し、これら分割領域毎に同一条件
で繰り返し上記投影を行ってウエハ全面を露光する。ま
た従来では、このようなステッパーを用いてレジストパ
ターンを形成するに先立ち、回転塗布法によってウエハ
上にレジスト膜を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、回転塗布法
によってウエハ上に形成されたレジスト膜は、その表面
がほぼ平坦に塗布されていても、通常、その下地となる
ウエハ表面にパターン（以下、下地パターンと記す）が
存在しているため、下地パターンの存在する箇所と存在
しない箇所とで膜厚が異なってしまう。また下地パター
ンの存在の有無により、レジストの回転塗布の条件、例
えば角速度や遠心力等の条件が違ってくるため、得られ
るレジスト膜の厚さがウエハ面内で異なってしまう。し
かしながら、従来のステッパーを用いたリソグラフィー
技術では、上記のごとくウエハ上のレジスト膜の厚さが
ウエハ面内で異なっているにもかかわらず、ウエハの分
割領域毎の露光を同一条件で行うため、レジストパター
ンの寸法がウエハ面内でばらつくといった不具合が生じ
ている。

【０００５】すなわち、露光条件が一定であると、例え
ばレジスト膜がポジ型であり、この膜をゲート形成用等
のマスクとなる図３（ａ）に示すような線状パターン
（残しパターン）５１に形成する場合、図３（ｂ）に示
すようにレジスト膜の厚さが厚くなるほどパターン５１
の線幅ｗが大きくなってしまうのである。これに対し、
レジスト膜にコンタクトホール形成用のマスクとなる図
４（ａ）に示すような開孔状のパターン（抜きパター
ン）５２を形成する場合、図４（ｂ）に示すようにレジ
スト膜の厚さが厚くなるほどパターン５２の孔径ｄが小
さくなってしまうのである。なお、図３（ｂ）、図４
（ｂ）に示すパターン寸法とレジスト膜厚との関係で
は、定在波によりパターン寸法が変化する効果を省いて
ある。またレジスト膜がネガ型である場合は、上記した
ポジ型レジスト膜と反対の傾向となる。

【０００６】この結果、最終的に加工されるパターン寸
法のウエハ面内におけるばらつきを抑えることができ
ず、このことが半導体チップの製造歩留りを低下させる
大きな一因となっている。本発明は上記課題を解決する
ためになされたものであり、ウエハ面内におけるレジス
トパターンの寸法ばらつきを低減することができ、この
ことにより半導体チップの製造歩留りの向上を図ること
ができる露光装置および露光方法を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】一般に、レジストパター
ンの寸法と露光量（露光エネルギー）と関係には次のよ
うな傾向がある。例えばレジスト膜がポジ型であり、こ
の膜をゲート形成用等のマスクとなる図５（ａ）に示す
ような線状パターン（残しパターン）５１に形成する場
合、レジスト膜の厚さを一定とすると、図５（ｂ）に示
すように露光量（露光エネルギー）が大きくなるほどパ
ターン５１の線幅ｗが小さくなる。

【０００８】これに対し、レジスト膜にコンタクトホー
ル形成用のマスクとなる図６（ａ）に示すような開孔状
のパターン（抜きパターン）５２を形成する場合、図６
（ｂ）に示すように露光量が大きくなるほどパターン５
２の孔径ｄが大きくなる。なお、図５（ｂ）、図６
（ｂ）に示すパターンの寸法と露光量との関係では、定
在波により線幅等が変化する効果を省いてある。またレ
ジスト膜がネガ型である場合は、上記したポジ型レジス
ト膜と反対の傾向となる。

【０００９】また図７に示すように、回転塗布法によっ
て形成されるレジスト膜５３の厚さは、ウエハ５３の中
央から図７中矢印Ａ方向へとウエハ５４の周縁に向かっ
て典型的には同心円状に厚くなる傾向がある。そこで本
発明者は、レジスト膜が塗布されたウエハ面を複数の領
域に分割し、図７の例であればウエハ周辺にある分割領
域ほど、つまりレジスト膜の厚さが厚くなるほど露光量
を大きくすれば、レジストパターン寸法のウエハ面内ば
らつきを抑えられるとの考えに想到し、本発明を完成さ
せたのである。

【００１０】すなわち、本発明の露光装置では、ウエハ
上に塗布されたレジスト膜を露光する露光手段と、ウエ
ハを複数の領域に分割し、分割した領域毎にそのレジス
ト膜の厚さを測定する膜厚測定手段と、この膜厚測定手
段による測定結果に基づき、レジスト膜への露光量を予
め設定されたウエハの所定領域毎に決定する露光量決定
手段と、露光量決定手段によって決定された露光量に基
づき、上記露光手段の露光量をウエハの所定領域毎に制
御する制御手段とを備えていることを上記課題の解決手
段としている。

【００１１】この発明によれば、ウエハの分割領域毎に
レジスト膜の厚さを測定する膜厚測定手段と、レジスト
膜への露光量をウエハの所定領域毎に決定する露光量決
定手段とを備えていることから、ウエハの所定領域毎に
所定の寸法のレジストパターンを形成するのに必要な露
光量が決定される。また決定された露光量に基づき、露
光手段の露光量をウエハの所定領域毎に制御する制御手
段を備えているため、露光手段により、レジスト膜がウ
エハ面内における膜厚分布に応じた露光量で露光され
る。

【００１２】また本発明の露光方法では、第１工程にて
ウエハを複数の領域に分割し、分割した領域毎にそのレ
ジスト膜の膜厚を測定する。次いで第２工程にて、得ら
れた測定結果に基づき、レジスト膜への露光量を予め設
定されたウエハの所定領域毎に決定し、第３工程にて、
決定された露光量に基づき、ウエハの所定領域毎にレジ
スト膜を露光することを上記課題の解決手段としてい
る。

【００１３】この発明によれば、ウエハの分割領域毎に
レジスト膜の膜厚を測定した後、ウエハの所定領域毎に
レジスト膜への露光量を決定して露光することから、た
とえレジスト膜の厚さがウエハ面内で異なっていても、
レジスト膜がウエハの所定領域毎に、所定の寸法のレジ
ストパターンを形成するのに必要な露光量で露光される
ことになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の露光装置および露
光方法の実施形態を詳しく説明する。図１は本発明に係
る露光装置の一実施形態を説明する図である。図１に示
すようにこの露光装置１は、ウエハ１１上に塗布された
レジスト膜１２の膜厚を測定する膜厚測定手段２と、記
憶手段３と、露光量決定手段４と、制御手段５と、上記
レジスト膜１２を露光する露光手段６とから構成されて
いる。

【００１５】膜厚測定手段２は、レジスト膜１２が塗布
されたウエハ１１面を複数の領域に分割し、分割した領
域毎のレジスト膜１２の厚さを測定するためのものであ
り、例えば既存の水晶発振式、原子吸光式、光学式等の
膜厚計からなっている。ここでは膜厚測定手段２は、ウ
エハ１１を分割する領域を、後にウエハ１１を分割して
得られるチップ単位とし、チップ毎のレジスト膜１２の
厚さを測定して、測定された結果を記憶手段３に出力す
るようになっている。また記憶手段３は、厚膜測定手段
２から送られた測定結果を上記チップ毎に記憶するもの
であり、さらに記憶した測定結果のデータを露光量決定
手段４に出力するように構成されている。

【００１６】さらに露光量決定手段４は、記憶手段３か
ら送られた膜厚測定手段２による測定結果のデータに基
づき、レジスト膜１２への露光量を予め設定されたウエ
ハ１１の所定領域毎に決定するものである。ここでは露
光量決定手段４は、所定領域をチップ単位とし、チップ
毎に露光量を決定して、その結果を制御手段５に出力す
るようになっている。

【００１７】また制御手段５は、送られてきた露光量に
基づき、露光手段６の露光量をウエハ１１の所定領域
毎、すなわちチップ毎に制御するものであり、例えば露
光手段６がレジスト膜１２を露光する時間を制御するよ
うになっている。また露光手段６は例えば縮小投影露光
装置（ステッパー）からなっており、例えばレジスト膜
１２をウエハ１１のチップ毎に露光するものである。こ
の露光手段６は、上記のように制御手段５にて露光時間
が制御され、レジスト膜１２をウエハ１１のチップ毎に
上記露光量決定手段４で決定された露光量となるように
露光する。

【００１８】次にこのような露光装置を用いて行うレジ
スト膜１２の露光方法に基づき、本発明の露光方法の一
実施形態を図２を用いて説明する。この実施形態では、
ウエハ１１上に塗布したレジスト膜１２を露光するに先
立ち、まず露光するレジスト膜１２の膜厚と、露光量
と、形成するレジストパターンの寸法、例えば線幅、孔
径との相関関係を調べておき、これを基礎データとして
露光量決定手段４に入力しておく。このとき調べるレジ
スト膜１２の膜厚は、後述するレジスト膜１２の膜厚測
定で測定する箇所における膜厚である。

【００１９】そして図２のステップ（以下、ＳＴと記
す）１に示すように、厚膜測定手段２によって、ウエハ
１１のチップ毎にレジスト膜１２の厚さを測定する。こ
のチップ毎のレジスト膜１２の厚さの測定は、例えばウ
エハ１１にトランジスタを形成するときまたはトランジ
スタの形成後に行い、膜厚測定が形成後のトランジスタ
特性に影響を与えない箇所、例えばフィールド酸化膜直
上位置等で行うことが好ましい。またレジスト膜１２の
厚さを、チップ毎に決められた一点で測定し、この結果
を当該チップにおけるレジスト膜１２の厚さとしても、
チップ毎に複数点を測定してその結果を平均化し、これ
を当該チップにおけるレジスト膜１２の厚さとしてもよ
い。

【００２０】次いで図２のＳＴ２に示すように、得られ
たレジスト膜１２の測定結果に基づき、形成しようとす
るレジストパターンの寸法が得られる露光量を、ウエハ
１１のチップ毎に決定する。上記露光装置１では、ウエ
ハ１１のチップ毎に測定したレジスト膜１２の厚さのデ
ータが膜厚測定手段２から記憶手段３を介して露光量決
定手段４に送られ、露光量決定手段４が、送られてきた
データを予め入力された基礎データから得られたグラフ
に内挿あるいは外挿することによって、すなわち送られ
てきたデータを上記基礎データから作成した関係式に代
入することによって、レジスト膜１２の露光量をウエハ
１１のチップ毎に決定する。

【００２１】その後、図２のＳＴ３に示すように、決定
された露光量に基づき、露光手段６によりウエハ１１の
チップ毎にレジスト膜１２を露光する。その際、露光量
決定手段４から送られてきた露光量に基づき、上記露光
毎の露光時間を制御装置５が制御し、このことによりウ
エハ１１のチップ毎にレジスト膜１２が最適な露光量で
露光される。

【００２２】上記した実施形態では、ウエハ１１のチッ
プ毎にレジスト膜１２の膜厚を測定し、ウエハ１１のチ
ップ毎にレジスト膜１２への露光量を決定して露光する
ことから、レジスト膜１２をウエハ１１面内における膜
厚分布に応じた露光量で露光できる。

【００２３】その結果、たとえレジスト膜１２の厚さが
ウエハ１１面内で異なっていても、レジストパターンを
ウエハ１１面内においてほぼ均一な寸法に形成すること
ができ、従来に比較してレジストパターンのウエハ１１
面内における寸法のばらつきを低減することができるの
で、このようなレジストパターンをマスクに用いること
により、最終的に加工されるパターン寸法のウエハ面内
におけるばらつきを抑えることができることとなる。し
たがって、上記実施形態を用いることにより、半導体チ
ップの歩留りの向上およびこれに伴う製造コストの削減
を図ることができる。

【００２４】なお上記実施形態では、本発明におけるウ
エハの分割領域をチップ単位としたが、これに限定され
るものでなく、複数のチップを一つのウエハの分割領域
として分割領域毎のレジスト膜厚を測定し、この測定結
果から分割領域内にあるチップ毎の露光量を露光量決定
手段にて決定し、ウエハのチップ毎にレジスト膜を露光
してもよい。また本発明におけるウエハの所定領域をチ
ップ単位としたが、これに限定されず、例えば複数のチ
ップを一つのウエハの所定領域として所定領域毎に露光
量を決定し、ウエハの所定領域毎にレジスト膜を露光し
てもよいのはもちろんである。

【００２５】また上記実施形態では、露光量決定手段４
に基礎データのみを入力した場合について述べたが、基
礎データとともにその他のデータ、例えば定在波効果や
下地の物質の膜厚等の下地のデータを入力しておき、基
礎データ用いて決定した露光量を補正することもでき
る。この場合には、レジストパターンのウエハ１１面内
における寸法のばらつきをさらに低減することができ
る。

【００２６】さらに露光手段６にて露光後、現像等の工
程を踏んで実際に得られたレジストパターンの寸法を測
定し、この結果を露光量決定手段４にフィードバックし
て基礎データ等を補正してもよく、このようなフィード
バック機構を加えれば、さらにウエハ１１面内における
レジストパターン寸法のばらつきの低減を図ることがで
きる。

【００２７】

【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、膜厚測定手段と露光量決定手段とを備えている
ことから、ウエハの所定領域毎に所定の寸法のレジスト
パターンを形成するのに必要な露光量を決定できる。ま
たこの決定に基づき露光手段の露光量を制御する制御手
段を備えているため、レジスト膜をウエハ面内における
膜厚分布に応じた露光量で露光できる。よって、たとえ
レジスト膜の厚さがウエハ面内で異なっていても、レジ
ストパターンをウエハ面内においてほぼ均一な寸法に形
成することができる。また本発明の露光方法によれば、
レジスト膜の膜厚測定後、ウエハの所定領域毎にレジス
ト膜への露光量を決定して露光することから、たとえレ
ジスト膜の厚さがウエハ面内で異なっていても、レジス
ト膜をウエハの所定領域毎に、所定の寸法のレジストパ
ターンを形成するのに必要な露光量で露光できるので、
レジストパターンをウエハ面内においてほぼ均一な寸法
に形成することができる。したがって本発明によれば、
レジストパターンのウエハ面内における寸法のばらつき
を低減することができ、この結果、最終的に加工される
パターン寸法のウエハ面内におけるばらつきを抑えるこ
とができることとなるので、半導体チップの歩留りの向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の一実施形態を説明するため
の概略構成図である。

【図２】本発明の露光方法の一実施形態を説明するため
の工程図である。

【図３】線状パターンの線幅とレジスト膜厚との関係を
示す説明図である。

【図４】孔状パターンの孔径とレジスト膜厚との関係を
示す説明図である。

【図５】線状パターンの線幅と露光量との関係を示す説
明図である。

【図６】孔状パターンの孔径と露光量との関係を示す説
明図である。

【図７】ウエハ面内におけるレジスト膜厚の分布を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 露光装置 ２ 膜厚測定手段 ４ 露光量決定手段 ５ 制御手段 ６ 露光手段 １１ ウエハ １２ レジスト膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ上に塗布されたレジスト膜を露光
   する露光手段を備えた露光装置において、 前記ウエハを複数の領域に分割し、分割した領域毎にそ
   のレジスト膜の厚さを測定する膜厚測定手段と、 該膜厚測定手段による測定結果に基づき、前記レジスト
   膜への露光量を予め設定されたウエハの所定領域毎に決
   定する露光量決定手段と、 前記露光量決定手段によって決定された露光量に基づ
   き、前記露光手段の露光量を前記ウエハの所定領域毎に
   制御する制御手段とを備えていることを特徴とする露光
   装置。
2. 【請求項２】 ウエハ上に塗布したレジスト膜を露光す
   る方法であって、 前記ウエハを複数の領域に分割し、分割した領域毎にそ
   のレジスト膜の膜厚を測定する第１工程と、 該測定結果に基づき、前記レジスト膜への露光量を予め
   設定されたウエハの所定領域毎に決定する第２工程と、 該決定された露光量に基づき、前記ウエハの所定領域毎
   に前記レジスト膜を露光する第３工程とを有しているこ
   とを特徴とする露光方法。