JPH0982600A - 縮小投影露光方法およびその装置 - Google Patents
縮小投影露光方法およびその装置Info
- Publication number
- JPH0982600A JPH0982600A JP7233800A JP23380095A JPH0982600A JP H0982600 A JPH0982600 A JP H0982600A JP 7233800 A JP7233800 A JP 7233800A JP 23380095 A JP23380095 A JP 23380095A JP H0982600 A JPH0982600 A JP H0982600A
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- Japan
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- exposure
- resist film
- semiconductor wafer
- resist
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウェハ内またはウェハ間のレジスト膜厚のば
らつきにより最適露光量が異なることからレジストのパ
ターン寸法にばらつきを生じ、これが半導体素子の特性
にばらつきとなる点を改良する。 【解決手段】 半導体ウェハ上のレジスト膜にパターン
加工を施すために逐次縮小投影露光するにあたり、半導
体ウェハ２面内の露光位置においてレジスト３ｂ膜厚を
計測し、膜厚の変動に応じた最適露光量１００により露
光することを特徴とする縮小投影露光方法およびその装
置。
らつきにより最適露光量が異なることからレジストのパ
ターン寸法にばらつきを生じ、これが半導体素子の特性
にばらつきとなる点を改良する。 【解決手段】 半導体ウェハ上のレジスト膜にパターン
加工を施すために逐次縮小投影露光するにあたり、半導
体ウェハ２面内の露光位置においてレジスト３ｂ膜厚を
計測し、膜厚の変動に応じた最適露光量１００により露
光することを特徴とする縮小投影露光方法およびその装
置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハの露
光に用いられる縮小投影露光装置に関する。
光に用いられる縮小投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハ上にレジスト膜のパターン
加工をするための露光技術としては、パターンの微細
化、高スループットの面で逐次縮小投影露光方法が最も
多く採用されている。パターンの微細化に関しては、露
光源を単色、短波長とし、縮小レンズを高ＮＡ（開口
数）化することで現在はサブミクロン以下の対応が可能
となっている。これに伴い、パターン加工精度および再
現性も非常に高い水準で要求されており、自動焦点機構
の改良やウェハ反り対応等の開発が進められている。
加工をするための露光技術としては、パターンの微細
化、高スループットの面で逐次縮小投影露光方法が最も
多く採用されている。パターンの微細化に関しては、露
光源を単色、短波長とし、縮小レンズを高ＮＡ（開口
数）化することで現在はサブミクロン以下の対応が可能
となっている。これに伴い、パターン加工精度および再
現性も非常に高い水準で要求されており、自動焦点機構
の改良やウェハ反り対応等の開発が進められている。
【０００３】ここで従来のレジスト膜の微細パターン加
工技術の一例として、レジスト膜形成から露光・現像ま
での工程について述べる。図３ａ〜ｃは半導体ウェハ上
にレジスト膜を形成する最も一般的な方法を断面図とし
て示したものである。図３ａのようにバキュームチャッ
クを有する回転式テーブル１１上に半導体ウェハ１２を
固定させ、図３ｂのようにレジスト１３ａを滴下後、回
転させることにより、図３ｃのようにレジスト膜１３ｂ
を形成する。この時、レジスト膜１３ｂの厚さは半導体
ウェハの回転速度によってほぼ決定される。次にこのレ
ジスト膜１３ｂ中の溶媒を熱板あるいはオーブンにて蒸
発させ、レジスト膜形成工程を終える。
工技術の一例として、レジスト膜形成から露光・現像ま
での工程について述べる。図３ａ〜ｃは半導体ウェハ上
にレジスト膜を形成する最も一般的な方法を断面図とし
て示したものである。図３ａのようにバキュームチャッ
クを有する回転式テーブル１１上に半導体ウェハ１２を
固定させ、図３ｂのようにレジスト１３ａを滴下後、回
転させることにより、図３ｃのようにレジスト膜１３ｂ
を形成する。この時、レジスト膜１３ｂの厚さは半導体
ウェハの回転速度によってほぼ決定される。次にこのレ
ジスト膜１３ｂ中の溶媒を熱板あるいはオーブンにて蒸
発させ、レジスト膜形成工程を終える。
【０００４】図４は縮小投影露光装置による半導体ウェ
ハ上に形成されたレジスト膜の露光を示したものであ
る。レジスト膜２３ｂのパターン加工を施すための縮小
投影露光するにあたり、パターン転写のもととなるレチ
クル２４はあらかじめ装置内の光源２５と縮小レンズ２
６を介した半導体ウェハ２２との間の位置にアライメン
トされた状態で固定される。半導体ウェハ２２において
はウェハステージ２７上でパターン転写位置を決め、レ
ジスト膜２３ｂ上で焦点検出２８を行いながら、逐次縮
小露光を繰り返す。次にこの露光後の半導体ウェハ２２
に熱板あるいはオーブンにて熱処理を加え、現像液にお
いて現像することでレジスト膜２３ｂの微細パターン加
工工程が終了する。現像前の熱処理、いわゆるＰｏｓｔ
Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅは、単色、短波長の露光
でレジスト膜２３ｂ中に発生した定在波効果を抑制し、
パターン加工精度を向上させることで知られている。こ
の定在波効果は、レジストプロファイルとしても現れる
が、その他にレジスト膜２３ｂの厚さが変化した場合に
おいて、それぞれの膜厚に対する最適露光量が正弦関数
として表わされる。
ハ上に形成されたレジスト膜の露光を示したものであ
る。レジスト膜２３ｂのパターン加工を施すための縮小
投影露光するにあたり、パターン転写のもととなるレチ
クル２４はあらかじめ装置内の光源２５と縮小レンズ２
６を介した半導体ウェハ２２との間の位置にアライメン
トされた状態で固定される。半導体ウェハ２２において
はウェハステージ２７上でパターン転写位置を決め、レ
ジスト膜２３ｂ上で焦点検出２８を行いながら、逐次縮
小露光を繰り返す。次にこの露光後の半導体ウェハ２２
に熱板あるいはオーブンにて熱処理を加え、現像液にお
いて現像することでレジスト膜２３ｂの微細パターン加
工工程が終了する。現像前の熱処理、いわゆるＰｏｓｔ
Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅは、単色、短波長の露光
でレジスト膜２３ｂ中に発生した定在波効果を抑制し、
パターン加工精度を向上させることで知られている。こ
の定在波効果は、レジストプロファイルとしても現れる
が、その他にレジスト膜２３ｂの厚さが変化した場合に
おいて、それぞれの膜厚に対する最適露光量が正弦関数
として表わされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】通常、半導体ウェハ２
２が数十枚にわたってレジストパターン形成に必要な露
光処理を繰り返す場合、露光量の条件設定は１種類のみ
で実行することが多い。
２が数十枚にわたってレジストパターン形成に必要な露
光処理を繰り返す場合、露光量の条件設定は１種類のみ
で実行することが多い。
【０００６】例えばここで、様々なプロセスを経て形成
された半導体ウェハ２２上のパターン段差やウェハ反
り、歪等の要因でウェハ内またはウェハ間のレジスト膜
厚２３ｂがばらついた場合、露光処理においてレジスト
膜厚２３ｂに対する最適露光量が定在波効果の影響によ
り、それぞれ異なることとなる。そのため、現像後のレ
ジストパターン寸法にばらつきが生じ、結果的に半導体
素子の特性ばらつきに影響を与えるという問題があっ
た。上記説明したＰｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋ
ｅは確かに定在波抑制効果を持ち、ばらつきを小さくす
ることに有効ではあるが完全に抑えることはできず、パ
ターンが微細化するにつれ、ばらつきは顕著に現れてく
る。その上、半導体素子の低コストを目的としたウェハ
大口径化は、レジスト膜２３ｂの膜厚ばらつきにとって
はますます不利な条件となっている。
された半導体ウェハ２２上のパターン段差やウェハ反
り、歪等の要因でウェハ内またはウェハ間のレジスト膜
厚２３ｂがばらついた場合、露光処理においてレジスト
膜厚２３ｂに対する最適露光量が定在波効果の影響によ
り、それぞれ異なることとなる。そのため、現像後のレ
ジストパターン寸法にばらつきが生じ、結果的に半導体
素子の特性ばらつきに影響を与えるという問題があっ
た。上記説明したＰｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋ
ｅは確かに定在波抑制効果を持ち、ばらつきを小さくす
ることに有効ではあるが完全に抑えることはできず、パ
ターンが微細化するにつれ、ばらつきは顕著に現れてく
る。その上、半導体素子の低コストを目的としたウェハ
大口径化は、レジスト膜２３ｂの膜厚ばらつきにとって
はますます不利な条件となっている。
【０００７】本発明は、これら上記の欠点を除去するも
のであり、安定かつ再現性の優れたパターン形成を行う
ことを目的としたものである。
のであり、安定かつ再現性の優れたパターン形成を行う
ことを目的としたものである。
【０００８】
（１）本発明に係る縮小投影露光方法は、半導体ウェハ
上のレジスト膜にパターン加工を施すために逐次縮小投
影露光するにあたり、半導体ウェハ面内の露光位置にお
いてレジスト膜厚を計測し、膜厚の変動に応じた最適露
光量により露光することを特徴とする。
上のレジスト膜にパターン加工を施すために逐次縮小投
影露光するにあたり、半導体ウェハ面内の露光位置にお
いてレジスト膜厚を計測し、膜厚の変動に応じた最適露
光量により露光することを特徴とする。
【０００９】（２）また本発明に係る縮小投影露光装置
は、露光光源、レチクルおよび縮小レンズを含む露光系
と、レチクルセット部と、半導体ウェハを取着して移動
するウェハステージ部と、露光用焦点検出部と、焦点検
出および膜厚測定を施すレジスト膜厚測定系と、前記膜
厚測定値を入力し最適露光量を抽出する積算露光装置部
と、レジスト膜厚測定用焦点検出系とを具備し、膜厚測
定用の光をレジスト膜へ投射しその反射光を検出して膜
厚測定することを特徴とする。
は、露光光源、レチクルおよび縮小レンズを含む露光系
と、レチクルセット部と、半導体ウェハを取着して移動
するウェハステージ部と、露光用焦点検出部と、焦点検
出および膜厚測定を施すレジスト膜厚測定系と、前記膜
厚測定値を入力し最適露光量を抽出する積算露光装置部
と、レジスト膜厚測定用焦点検出系とを具備し、膜厚測
定用の光をレジスト膜へ投射しその反射光を検出して膜
厚測定することを特徴とする。
【００１０】（３）さらに本発明に係る縮小投影露光装
置は、上記（２）におけるレジスト膜厚変動を検知する
ために、膜厚測定系が膜厚測定用の光を半導体ウェハ上
に形成したレジスト膜へ投射し、その反射光を検出する
ことにより非破壊かつ非接触に膜厚測定する機構を備え
たことを特徴とする。
置は、上記（２）におけるレジスト膜厚変動を検知する
ために、膜厚測定系が膜厚測定用の光を半導体ウェハ上
に形成したレジスト膜へ投射し、その反射光を検出する
ことにより非破壊かつ非接触に膜厚測定する機構を備え
たことを特徴とする。
【００１１】（４）さらに本発明に係る縮小投影露光装
置は、上記（２）または（３）のいずれかについて最適
露光量を算出する積算露光装置部が、レジストデータを
取込み、レジスト膜厚に相当する最適露光量を演算処理
する機能を備えてなることを特徴とする。
置は、上記（２）または（３）のいずれかについて最適
露光量を算出する積算露光装置部が、レジストデータを
取込み、レジスト膜厚に相当する最適露光量を演算処理
する機能を備えてなることを特徴とする。
【００１２】そして、レジスト膜厚のばらついた半導体
ウェハを露光処理することにおいて、それぞれの膜厚に
対する最適露光量変化を示す定在波効果の影響を最小限
に抑え、ウェハ内およびウェハ間で安定かつ再現性に優
れたパターン形成を行うことができる。
ウェハを露光処理することにおいて、それぞれの膜厚に
対する最適露光量変化を示す定在波効果の影響を最小限
に抑え、ウェハ内およびウェハ間で安定かつ再現性に優
れたパターン形成を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】レジスト膜の形成工程、および露
光後の熱処理、現象工程については従来と同様であるた
め、露光工程のみについて説明を行う。以下、本発明の
実施例につき図面を参照して説明する。
光後の熱処理、現象工程については従来と同様であるた
め、露光工程のみについて説明を行う。以下、本発明の
実施例につき図面を参照して説明する。
【００１４】図１に本発明の一実施例に係る半導体ウェ
ハ上のレジスト膜の膜厚測定を可能とし、レジスト膜厚
に対する最適露光量を抽出することのできる縮小投影露
光装置を概略の断面図で示す。また、図２に発明の実施
例に係る露光方法を示すフローチャートを示す。
ハ上のレジスト膜の膜厚測定を可能とし、レジスト膜厚
に対する最適露光量を抽出することのできる縮小投影露
光装置を概略の断面図で示す。また、図２に発明の実施
例に係る露光方法を示すフローチャートを示す。
【００１５】ここで実施するレジスト膜３ｂの膜厚測定
は、半導体ウェハ２内の膜厚測定を行う位置において、
露光時に行う自動焦点検出８同様に予めレジスト膜３ｂ
上の焦点を自動検出１０１した後、非破壊、非接触にて
測定できるもの、光源を含む分光器１０２を用いて例え
ば３８０〜７８０ｎｍ程度の波長を利用するものであ
り、本発明の装置は、例えば白色光源と分光器、反射光
の受光センサー１０３とそれぞれをつなぐ光学系および
測厚算出装置１０４で構成される膜厚測定装置部１００
を備えて構成される。
は、半導体ウェハ２内の膜厚測定を行う位置において、
露光時に行う自動焦点検出８同様に予めレジスト膜３ｂ
上の焦点を自動検出１０１した後、非破壊、非接触にて
測定できるもの、光源を含む分光器１０２を用いて例え
ば３８０〜７８０ｎｍ程度の波長を利用するものであ
り、本発明の装置は、例えば白色光源と分光器、反射光
の受光センサー１０３とそれぞれをつなぐ光学系および
測厚算出装置１０４で構成される膜厚測定装置部１００
を備えて構成される。
【００１６】はじめに、レチクル４および半導体ウェハ
２の配置設定は従来と同様に、それぞれアライメントさ
れた状態で一時固定される。次に半導体ウェハ２上のレ
ジスト膜３ｂの膜厚を測定すべく、ウェハステージ７に
より半導体ウェハ２をレジスト膜厚測定位置に移動さ
せ、パターン転写予定位置において焦点検出１０および
膜厚測定を行う。
２の配置設定は従来と同様に、それぞれアライメントさ
れた状態で一時固定される。次に半導体ウェハ２上のレ
ジスト膜３ｂの膜厚を測定すべく、ウェハステージ７に
より半導体ウェハ２をレジスト膜厚測定位置に移動さ
せ、パターン転写予定位置において焦点検出１０および
膜厚測定を行う。
【００１７】ここで膜厚測定を行う際、測定するための
光波長がレジスト膜３ｂを感光する場合、パターン転写
予定領域内において測定位置をメインパターン部から離
れた所、例えばＴＥＧ（テストエレメントグループ）領
域部、もしくはプロセスまたはレイアウト上でメインパ
ターン部に悪影響を及ぼさないとされるならば、スクラ
イブライン上で実施することによりパターン形成への影
響は防げる。また、メインパターン内においてもパター
ン形状が膜厚測定による感光領域よりも広い箇所が存在
する場合であっても同様である。
光波長がレジスト膜３ｂを感光する場合、パターン転写
予定領域内において測定位置をメインパターン部から離
れた所、例えばＴＥＧ（テストエレメントグループ）領
域部、もしくはプロセスまたはレイアウト上でメインパ
ターン部に悪影響を及ぼさないとされるならば、スクラ
イブライン上で実施することによりパターン形成への影
響は防げる。また、メインパターン内においてもパター
ン形状が膜厚測定による感光領域よりも広い箇所が存在
する場合であっても同様である。
【００１８】レジスト膜３ｂの膜厚に対する最適露光量
の定在波効果の関係は、レジスト３ａの性質によってほ
ぼ決定され、実験値をもとに次の数式として表される。
の定在波効果の関係は、レジスト３ａの性質によってほ
ぼ決定され、実験値をもとに次の数式として表される。
【００１９】 Ｅｘ（ｔ）＝２Ａｃｏｓ（４πｎｔ／λｆ）＋ｇｔ ここで、Ｅｘは最適露光量、Ａは振幅、ｔはレジスト膜
厚、ｎはレジスト膜の屈折率、λは露光波長、ｆはフィ
ッティングファクタ、ｇはレジスト膜中での露光光の減
衰率を示す。
厚、ｎはレジスト膜の屈折率、λは露光波長、ｆはフィ
ッティングファクタ、ｇはレジスト膜中での露光光の減
衰率を示す。
【００２０】この数式を演算処理能力を有する積算露光
装置に予め入力しておき、上記で得られたレジスト膜３
ｂの膜厚測定結果に対し、最適露光量を抽出する。
装置に予め入力しておき、上記で得られたレジスト膜３
ｂの膜厚測定結果に対し、最適露光量を抽出する。
【００２１】次にウェハステージ７で半導体ウェハ２を
パターン転写位置に移動し、露光を行う直前において従
来通りにレジスト膜３ｂ上で自動焦点検出８を行い、抽
出された最適露光量にて露光を行う。この動作を転写毎
に繰り返すことで、それぞれのレジスト膜３ｂの膜厚に
あった最適露光量で露光を行うことができる。
パターン転写位置に移動し、露光を行う直前において従
来通りにレジスト膜３ｂ上で自動焦点検出８を行い、抽
出された最適露光量にて露光を行う。この動作を転写毎
に繰り返すことで、それぞれのレジスト膜３ｂの膜厚に
あった最適露光量で露光を行うことができる。
【００２２】この方法によると、ウェハ内またはウェハ
間において常に最適露光量で露光が可能となるため、現
像後において安定かつ再現性に優れたパターン形成を行
うことができる。
間において常に最適露光量で露光が可能となるため、現
像後において安定かつ再現性に優れたパターン形成を行
うことができる。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によればレ
ジスト膜厚のばらついた半導体ウェハを露光処理するこ
とにおいて、それぞれの膜厚に対する最適露光量を確実
に抽出し、ウェハ内およびウェハ間で安定かつ再現性に
優れたパターン形成を行うことができる。
ジスト膜厚のばらついた半導体ウェハを露光処理するこ
とにおいて、それぞれの膜厚に対する最適露光量を確実
に抽出し、ウェハ内およびウェハ間で安定かつ再現性に
優れたパターン形成を行うことができる。
【図１】本発明に係わる一実施例の縮小投影露光装置の
概略を示す断面図、
概略を示す断面図、
【図２】本発明に係わる一実施例の露光方法を示すフロ
ーチャート、
ーチャート、
【図３】（ａ）〜（ｃ）は半導体ウェハ上にレジスト膜
を形成する一実施例の方法を説明する断面図、
を形成する一実施例の方法を説明する断面図、
【図４】従来例の縮小投影露光装置の概略を示す断面
図。
図。
１１…回転式テーブル ２、１２、２２…半導体ウェハ ３ａ、１３ａ…レジスト ３ｂ、１３ｂ、２３ｂ…レジスト膜 ４、２４…レチクル ５、２５…露光光源 ６、２６…縮小レンズ ７、２７…ウェハステージ ８、２８…露光用焦点検出 １０１…レジスト膜厚測定用焦点検出 １０２…分光器 １０３…受光センサ １０４…測厚算出装置
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体ウェハ上のレジスト膜にパターン
加工を施すために逐次縮小投影露光するにあたり、半導
体ウェハ面内の露光位置においてレジスト膜厚を計測
し、膜厚の変動に応じた最適露光量により露光すること
を特徴とする縮小投影露光方法。 - 【請求項２】 露光光源、レチクルおよび縮小レンズを
含む露光系と、レチクルセット部と、半導体ウェハを取
着して移動するウェハステージ部と、露光用焦点検出部
と、焦点検出および膜厚測定を施すレジスト膜厚測定系
と、前記膜厚測定値を入力し最適露光量を抽出する積算
露光装置部と、レジスト膜厚測定用焦点検出系とを具備
し、膜厚測定用の光をレジスト膜へ投射しその反射光を
検出して膜厚測定することを特徴とする縮小投影露光装
置。 - 【請求項３】 レジスト膜厚変動を検知するために、膜
厚測定系が膜厚測定用の光を半導体ウェハ上に形成した
レジスト膜へ投射し、その反射光を検出することにより
非破壊かつ非接触に膜厚測定する機構を備えたことを特
徴とする請求項２記載の縮小投影露光装置。 - 【請求項４】 最適露光量を算出する積算露光装置部
が、レジストデータを取込み、レジスト膜厚に相当する
最適露光量を演算処理する機能を備えてなることを特徴
とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の縮小
投影露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233800A JPH0982600A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 縮小投影露光方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233800A JPH0982600A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 縮小投影露光方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0982600A true JPH0982600A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16960784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7233800A Pending JPH0982600A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 縮小投影露光方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0982600A (ja) |
-
1995
- 1995-09-12 JP JP7233800A patent/JPH0982600A/ja active Pending
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