JPH10172887A - フォトリソグラフィー工程の露光方法 - Google Patents

フォトリソグラフィー工程の露光方法

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JPH10172887A
JPH10172887A JP8331695A JP33169596A JPH10172887A JP H10172887 A JPH10172887 A JP H10172887A JP 8331695 A JP8331695 A JP 8331695A JP 33169596 A JP33169596 A JP 33169596A JP H10172887 A JPH10172887 A JP H10172887A
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JP
Japan
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exposure
semiconductor substrate
reflectance
wavelength
line width
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JP8331695A
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English (en)
Inventor
Masuyuki Taki
益志 滝
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UMC Japan Co Ltd
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Nippon Steel Semiconductor Corp
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程数を増加させる事無く反射率の異なる半
導体基板上に於いても安定性ある寸法制御可能なフォト
リソグラフィーの露光方法を提供する。 【解決手段】 予め、所望工程の半導体基板を用い、前
記半導体基板の反射率と線幅との相関係数、及び露光量
と線幅との相関係数を求め、相互の相関係数から半導体
基板の反射率が変化した際に、同一寸法を得る為の露光
量の増減を行う補正量を算出した上で、露光装置の露光
制御系に設定を行う工程と、ステップ アンド リピー
ト法にて露光を行う際、各露光ショットの露光に先立っ
て各露光ショット毎に半導体基板の反射率を投影レンズ
を透過した状態で、もしくは透過しない状態の何れかで
測定する工程(4)と、前記の工程で測定した反射率と
前記補正量とを用いて、各露光ショット単位で露光の補
正を行って露光を行う工程(5)とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
に於いて用いられるフォトリソグラフィー工程の露光装
置に係わり、特にステップ アンド リピート法を用い
た縮小投影露光装置による露光方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来技術のフォトリソグラフィー技術に
よるレジストパターン形成に至る行程としては図3に示
す方法が採られている。先ず始めに、工程ではウエー
ハ基板上に吸着した水分の脱離を目的とし、水(H
2 O)の沸点以上の温度設定にて脱水の為のベーク処理
を行う。
【0003】次に、工程ではウエーハ基板上に塗布を
行うレジスト膜と基板との密着性を向上させる事を目的
とし、一般的にはHMDS(ヘキサメチルアンモニュウ
ムヘキサジシザラン)雰囲気中に晒す方法が採られてい
る。次に、工程ではレジストをウエーハ基板上に滴下
し、スピンコート法にて所望するレジスト膜厚の塗布形
成を行う。
【0004】次に、工程ではプリベーク処理を施す事
により塗布形成を行ったレジスト膜中の不要なる残存溶
剤除去を目的としたベーク処理を行う。次に、工程で
の露光行程に於いては縮小投影露光装置を用い、(1)
アライメント計測・補正を行った後、(2)ウエーハ傾
斜成分の計測・補正、(3)フォーカス測定・補正を各
露光すべきショット毎に繰り返し行いつつ予め決定、入
力された一定露光量にて(5)露光を行う。
【0005】次に、工程では熱拡散効果による定在波
消滅、ならびにレジストプロファイル向上を目的として
ベーク処理(一般的にはPEB(Post Expos
ure Bake)と称される)を行う。次に、工程
ではノボラック樹脂系を用いたポジ型レジストの場合に
はTMAH(テトラメチルアンモニュウムハイドロオキ
サイド)=2.38%からなるアルカリ水溶液を用いて
現像処理を行った後に純水洗浄処理を施す。
【0006】次に、工程では工程の純水洗浄にて生
じたウエーハ基板表面上の残存水分除去を目的としてプ
リベーク処理同様に水分の沸点以上からなるポストベー
ク処理を施す事でレジストパターン形成を生じせしめる
方法が採られていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】近年のサブミクロン領
域、ハーフミクロン領域に於いては微細化は基より、S
RAM,DRAM製品等ではメモリ容量の増加によるチ
ップサイズの拡大や、ウエーハ口径の拡大に伴いショッ
トサイズの拡大は増加の一途を辿っている。これらの進
展に伴い、チップ内、ショット内の寸法バラツキ抑制の
観点からステップ アンド リピート法による縮小投影
露光装置では像面傾斜及び湾曲については高精度化が求
められ、像面傾斜に関しては露光ショット単位で傾斜成
分の補正を行う方法(一般的にはチップレベリング、な
いしはダイバイダイチルト等の名称で呼称される)が採
られている。
【0008】しかし、レジスト寸法を決定付ける要因と
しては半導体基板上に成膜した酸化シリコン膜、窒化シ
リコン膜、多結晶ポリシリコン膜等の膜厚バラツキ、な
いしは組製状態により生じる半導体基板の反射率が大き
く影響しているが、現状の露光の際には各ウエーハ内の
露光量は一定露光量にて露光されているのが実情であ
る。
【0009】したがって、前記ウエーハ基板上の反射率
の相違によりウエーハ内全ての露光ショットの寸法精度
低下が生じる事で規定寸法を逸脱し、特性の劣化、延い
ては歩留り低下といった問題を生じせしめていた。本発
明は上記事情に基づいてなされたものであり、工程数を
増加させる事無く反射率の異なる半導体基板上に於いて
も安定性ある寸法制御可能なフォトリソグラフィーの露
光方法を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明に係るフォトリソグラフィーの露光方法は、
半導体基板を順次脱水ベーク処理、HMDS処理、プリ
ベーク処理、レジストコート処理、露光、現像、ポスト
ベーク処理を行う事で所望寸法から成るレジストパター
ン形成を行う工程の一環として、ステップ アンド リ
ピート法を用いた縮小投影露光装置にてg線、i線、X
線、Krf等の露光波長の如何に係わらず特定単波長、
もしくは広帯域幅波長を用い、レチクルを透過、照射を
行う事で所望寸法の得られる露光を行うフォトリソグラ
フィーの露光方法に於いて、予め実験にて露光を行う半
導体基板の工程のウエーハを用い、反射率と線幅との相
関係数、及び露光量と線幅との相関係数を求め、これら
の相関係数より露光時の補正量を算出し、露光装置に入
力を行う工程と、ステップ アンド リピート法にて露
光を行う際、各露光ショットの露光に先立って各露光シ
ョット毎に半導体基板の反射率を投影レンズを透過した
状態(TTL ON LENS)で、もしくは透過しな
い状態(TTL OFF LENS)の何れかで測定す
る工程と、前記の工程で測定した反射率と前記補正量と
を用いて、各露光ショット単位で露光の補正を行って露
光を行う工程と、を具備するものである。
【0011】
【作用】反射率の異なる半導体基板上に同一寸法からな
るレジストパターン形成を行うにあたっては、露光量を
増減させる事で任意に制御可能である。依って、同一寸
法のえられる反射率の異なる半導体基板毎での露光量が
求められれば、縮小投影露光による各露光ショット単位
の露光前に反射率測定を行い、前記相関係数を露光量に
フィードバックする事により容易に同一寸法から成るレ
ジストパターンを反射率の異なる半導体基板内全面に均
一に形成可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】本実施形態に於いては、露光装置
にi線波長を用いたステップ アンド リピート法によ
る縮小投影露光装置を用いた場合を例に採り、グローバ
ルアライメント方法(統計計算による重ね合せ補正)を
用い、且つ各露光ショット単位で露光ショット領域の傾
斜補正を行うレベリング補正を行う場合の露光方法を例
に採り説明する。
【0013】全般的な工程フローは図1に示す通りであ
る。本実施形態に於けるレジスト膜厚設定は、レジスト
膜自体が抱えているバルク効果、膜内多重反射効果等と
言った定在波効果、ならびに半導体基板上に形成された
段差構造を考慮して1.2ミクロン膜厚に設定を行った
場合を例に採り記述する。尚、工程から工程、及び
工程から工程までの処理は、図3に示す従来のもの
と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【0014】工程の露光に際しては先ず始めに、
(1)工程ではウエーハ内に任意設定を行ったショット
のアライメント計測を行った後に統計計算にてウエーハ
の収縮率、X、Y方向のズレ量を割出し、補正を行う。
(2)工程では、各露光ショット単位にて露光領域の傾
斜成分の計測を行い、ウエーハ基板を保持しているウエ
ーハステージを動作させる事で最も平坦度が良好な状態
に傾斜補正を行う。
【0015】(3)工程では、投影レンズを透過した状
態(TTL ON LENS)にて計測を行うか、もし
くは透過しない状態(TTL OFF LENS)の何
れかの方法にて各露光ショットの最適フォーカス点の計
測を行い、ウエーハ基板を保持しているウエーハステー
ジを上下駆動させる事でベストフォーカス状態に保持す
る。
【0016】次の工程が本実施例の最も特徴とする処で
あり、(4)工程では縮小投影露光装置に反射率測定機
構を設け、投影レンズを透過した状態(TTL ON
LENS)にて計測を行うか、もしくは透過しない状態
(TTL OFF LENS)の何れかの方法にて各露
光ショット毎の反射率の測定を行う。この際の計測とし
ては、レジスト膜の感光を防止する事を目的とし、露光
波長とは異なる単波長、もしくは広帯域幅の波長を用い
て計測を行う。
【0017】次に、予め実験にて求めた反射率と線幅の
相関関係、及び露光量変化による線幅変動率(露光量と
線幅との相関関係)から露光補正係数を求め、露光装置
の露光制御系に入力を行っておき、本補正係数を基に適
正露光量を自動計算した後に(5)露光工程を行う。前
記補正方法の1実施例として多結晶ポリシリコン膜を成
膜した半導体基板上での実験結果による例を採り図2を
用いて説明する。
【0018】図2は、本実験で行った図1のプロセス条
件の基で行った場合の前記半導体基板上に於ける同一露
光量(本実験では150mj/cm2 にて露光)で露光
を行った際の反射率毎のレジスト寸法を示す。ここで、
例えば50%反射率条件に於ける1.0μm線幅が得ら
れる露光量は150mj/cm2 であり、且つ本基板上
での反射率5%変化による線幅変化量△X=0.02μ
mとなる。尚、0.02μmの変化をさせるのに必要な
露光量は予め50%反射率の基板を用いた実験結果から
5mj/cm2 である事を求めている(図提示無し)。
【0019】したがって、50%反射率基板の上で1.
0μm寸法を得る事を基準としたときには、反射率変化
に伴う各露光ショット単位の適正露光量は、上記のよう
にして求めた補正係数を使用し、下記公式により求める
事が出来る。 各露光ショット毎の適正露光量=150mj/cm2
〔((A−50)/5)×5〕 (ここで、Aは測定した反射率である。) 但し、該公式は本実施例での1例であり、使用するレジ
スト膜厚条件、ベーク条件、現像条件、ならびに使用す
る縮小投影露光装置により異なる為に一律では無い為に
実技の上では予め実験により各々の諸条件で求める必要
がある。
【0020】尚、上記実施例に於いてはグローバルアラ
イメントを用いた場合を例に採り説明したが、該アライ
メントについては各露光ショット単位でアライメント計
測、補正を行うダイ バイ ダイ法を用いても良い。
又、同じく露光すべき半導体基板の傾斜補正として露光
ショット単位の補正を例に採り説明したが、ウエーハ全
面の傾斜補正を行うグローバルチルト、ないし傾斜補正
を行わない場合の何れに於いても適用可能であり、最も
特徴とすべきは露光直前の状態にて傾斜補正を行う点で
あり、これを行う事によりステージ駆動の行われない最
終状態で、露光についての計測、補正を行う点にある。
【0021】
【発明の効果】本発明に依れば、基板上に成膜、ないし
は蒸着形成された被膜のウエーハ内各領域に於ける反射
率が異なる場合に於いても、各露光ショット単位で同一
寸法が得られる露光量補正を行った上で露光を行う事が
可能となり、ウエーハの大口径化は基より、下層被膜の
反射率のバラツキに左右される事無くウエーハ全面、な
らびにウエーハ間のレジスト寸法の安定化を図る事が可
能と成り、寸法制御精度の向上による各製品チップ間の
素子特性の均一化による信頼性、ならびに歩留りの向上
を図る効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフォトリソグラフィー行程を示す図で
ある。
【図2】半導体基板上で同一露光量で露光を行ったとき
の反射率と線幅寸法との相関関係を示すグラフである。
【図3】従来方法によるフォトリソグラフィー行程を示
す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を順次脱水ベーク処理、HM
    DS処理、プリベーク処理、レジストコート処理、露
    光、現像、ポストベーク処理を行う事で所望寸法から成
    るレジストパターン形成を行う工程の一環として、ステ
    ップ アンドリピート法を用いた縮小投影露光装置にて
    g線、i線、X線、Krf等の露光波長の如何に係わら
    ず特定単波長、もしくは広帯域幅波長を用い、レチクル
    上のパターンを半導体基板上に縮小投影する露光を行う
    フォトリソグラフィーの露光方法に於いて、 予め、所望工程の半導体基板を用い、前記半導体基板の
    反射率と線幅との相関係数、及び露光量と線幅との相関
    係数を求め、相互の相関係数から半導体基板の反射率が
    変化した際に、同一寸法を得る為の露光量の増減を行う
    補正量を算出した上で、露光装置の露光制御系に設定を
    行う工程と、 ステップ アンド リピート法にて露光を行う際、各露
    光ショットの露光に先立って各露光ショット毎に半導体
    基板の反射率を投影レンズを透過した状態(TTL O
    N LENS)で、もしくは透過しない状態(TTL
    OFF LENS)の何れかで測定する工程と、 前記の工程で測定した反射率と前記補正量とを用いて、
    各露光ショット単位で露光の補正を行って露光を行う工
    程と、 を具備することを特徴とするフォトリソグラフィーの露
    光方法。
  2. 【請求項2】 g線、i線、X線、Krf等の特定単波
    長、もしくは広帯域幅波長を用い、レチクル上のパター
    ンを半導体基板上に縮小投影する露光を行う縮小投影露
    光装置において、 ステップ アンド リピート法にて露光を行う際に、各
    露光ショットの露光に先立って各露光ショット毎に前記
    半導体基板の反射率を測定する反射率測定手段と、 予め、前記半導体基板の反射率とレジストの線幅との相
    関係数、及び露光量とレジストの線幅との相関係数を求
    め、これらの相関係数を用いて、前記反射率測定手段に
    よって測定した反射率に応じて露光量の補正を行う補正
    手段と、 を具備することを特徴とする縮小投影露光装置。
  3. 【請求項3】 前記反射率測定手段は、露光波長とは異
    なる波長の単波長又は広帯域幅の波長を用いて反射率の
    測定を行うことを特徴とする請求項2記載の縮小投影装
    置。
  4. 【請求項4】 前記露光量の補正は、前記半導体基板の
    反射率が異なることに起因するレジストの線幅の増減を
    補正するものであることを特徴とする請求項2又は3記
    載の縮小投影装置。
JP8331695A 1996-12-12 1996-12-12 フォトリソグラフィー工程の露光方法 Pending JPH10172887A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9885960B2 (en) 2013-12-26 2018-02-06 Toshiba Memory Corporation Pattern shape adjustment method, pattern shape adjustment system, exposure apparatus, and recording medium

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