JPH1064801A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

露光装置及び露光方法

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JPH1064801A
JPH1064801A JP8231318A JP23131896A JPH1064801A JP H1064801 A JPH1064801 A JP H1064801A JP 8231318 A JP8231318 A JP 8231318A JP 23131896 A JP23131896 A JP 23131896A JP H1064801 A JPH1064801 A JP H1064801A
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JP
Japan
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exposure
wafer
center
shot
exposure shot
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JP8231318A
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English (en)
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Toshiyuki Ishimaru
敏之 石丸
Yasushi Tanaka
寧 田中
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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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】ウエハ面内において、各露光ショット毎、出来
る限りパターン線幅を均一化し得る露光方法を提供す
る。 【解決手段】本発明の露光方法は、ウエハの所定の位置
から各露光ショットの位置までの距離の関数として各露
光ショットにおける露光量を制御することを特徴とす
る。ウエハの所定の位置をウエハの中心を占める露光シ
ョットの中心とし、各露光ショットの位置を露光ショッ
トの中心とし、ウエハの中心を占める露光ショットの中
心から各露光ショットの中心までの距離をrとしたと
き、前記関数はrのn次の多項式で表されることが好ま
しい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
におけるフォトリソグラフィ工程にて用いられる露光装
置及び露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造においては、各種の製
造プロセスでフォトリソグラフィ技術が用いられてい
る。即ち、ウエハ若しくはウエハ上に形成された各種薄
膜や層をパターニングする際、ウエハ若しくはウエハ上
に形成された各種薄膜や層の上にレジスト材料を成膜す
る。そして、露光装置を用いてかかるレジスト材料を露
光し、露光装置内のフォトマスクに形成されたパターン
をレジスト材料に転写した後、レジスト材料を現像する
ことによって、レジスト材料をパターニングする。次い
で、パターニングされたレジスト材料をエッチング用マ
スクとして、ウエハ若しくはウエハ上に形成された各種
薄膜や層をパターニングする。尚、以下、このようにし
て得られたウエハ若しくはウエハ上に形成された各種薄
膜や層に形成されたパターン、あるいは又、レジスト材
料に形成されたパターンを、単にパターンと呼ぶ。ま
た、パターン線幅とは、かかるパターンの幅を指す。
【0003】従来の露光装置あるいは露光方法において
は、ウエハ面内では一定の露光量にてレジスト材料を露
光する。また、ステップ・アンド・リピート方式の露光
装置においては、露光ショット毎に露光量を変化させる
ことは可能であるが、従来の技術では、露光ショット位
置を行及び列の一次関数で表し、あるいは又、露光ショ
ットの露光順序を一次関数として表し、かかる一次関数
に基づき露光量を設定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハ面内
で各露光ショットにおいて一定の露光量にてレジスト材
料を露光した場合、得られたパターン線幅と設計パター
ン線幅との間に差異が生じる。尚、以下、このような差
異を、便宜上、パターン線幅差異と呼ぶ。そして、従来
の技術においては、レジスト材料の塗布や現像のウエハ
面内での均一性を向上させることによってパターン線幅
差異を低減させる試みがなされている。しかしながら、
パターン線幅は、パターンに依存して、即ち、例えばパ
ターンの粗密に依存して、設計パターン線幅よりも広い
場合もあれば狭い場合もある。従って、或るフォトマス
クに対してレジスト材料の現像条件を最適化したとして
も、通常、他のフォトマスクに対してレジスト材料の現
像条件が最適化されたことにならない。また、露光ショ
ット位置を行及び列の一次関数で表し、あるいは又、露
光ショットの露光順序を一次関数として表し、かかる一
次関数に基づき露光量を設定しても、パターン線幅差異
の発生を抑制することは出来ない。尚、露光ショット毎
の露光量を制御することによってパターン線幅差異の発
生を抑制するという試みは、本発明者らが調べた限りで
は知られていない。
【0005】従って、本発明の目的は、ウエハ面内にお
いて、各露光ショット毎、出来る限りパターン線幅を均
一化し得る露光装置及び露光方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の露光装置は、ウエハの所定の位置から各露
光ショットの位置までの距離の関数として各露光ショッ
トにおける露光量を制御することを特徴とする。
【0007】あるいは又、上記の目的を達成するための
本発明の露光方法は、ウエハの所定の位置から各露光シ
ョットの位置までの距離の関数として各露光ショットに
おける露光量を制御することを特徴とする。
【0008】本発明の露光装置若しくは露光方法におい
て、ウエハの所定の位置は、ウエハ上の任意の位置とす
ることができるが、ウエハの所定の位置から各露光ショ
ット位置までの距離を計算する上で、ウエハの中心を占
める露光ショットの中心とすることが最も好ましい。ま
た、各露光ショット位置は、各露光ショットの中心とす
ることが好ましい。そして、ウエハの中心を占める露光
ショットの中心から各露光ショットの中心までの距離を
rとしたとき、前記関数は、任意の形式で表すことがで
きるが、rのn次の多項式で表すことが最も好ましい。
【0009】更には、本発明の露光装置若しくは露光方
法として、従来の密着方式、プロキシミティ方式、反射
型投影方式、縮小レンズ投影方式の露光装置を挙げるこ
とができ、あるいは又、別の範疇では、ウエハスキャン
方式、ラスタースキャン方式、ステップ・アンド・リピ
ート方式を挙げることができるが、中でも、露光装置若
しくは露光方式はステップ・アンド・リピート方式であ
ることが望ましい。本発明の露光装置若しくは露光方法
においては、従来の遮光領域と光透過領域から構成され
たフォトマスク、位相シフト方式フォトマスク、半遮光
領域と光透過領域から構成されたハーフトーン方式フォ
トマスク等、如何なるフォトマスクも用いることができ
る。更には、FLEX方式やリング照明を採用すること
もできる。
【0010】本発明者らは、ウエハ面内で各露光ショッ
トにつき一定の露光量にてレジスト材料を露光した場合
に得られるパターン線幅の変動を詳細に調べた。その結
果、露光ショットのそれぞれにおけるパターン線幅変動
は、ウエハの中心を占める露光ショットの中心から概ね
同心円上に分布し、しかも、ウエハの中心を占める露光
ショットからウエハの周辺部の露光ショットに向かって
増加又は減少する傾向にあることが判明した。本発明の
露光装置若しくは露光方法においては、ウエハの所定の
位置から露光ショット位置までの距離の関数として各露
光ショットにおける露光量を制御することによって、ウ
エハ面内における各露光ショットにて得られるパターン
線幅と設計パターン線幅との間に発生する差異を低減す
ることができる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。
【0012】(実施例1)実施例1においては、ステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置及び露光方法を用
いた。直径200mmのウエハに22mm×22mmの
露光ショットが、図1に模式的に示すように配列されて
いる条件で、露光を行った。尚、ウエハの中心を占める
露光ショットの中心と、ウエハの中心とは一致してい
る。従って、以下においては、ウエハの中心を占める露
光ショットの中心という代わりに、ウエハの中心という
場合がある。そして、或る半導体装置のゲート電極を形
成するためのフォトリソグラフィ工程に対して、本発明
の露光方法を適用した。
【0013】別の試験で、ウエハの中心から各露光ショ
ット位置までの距離の関数として各露光ショットにおけ
る最適露光量を求めた結果を図2に丸印及び実線で示
す。内、図2の横軸は、ウエハの中心からの露光ショッ
トの中心までの距離(r:単位mm)を表し、縦軸は、
最適露光量(Eopt:単位mJ/cm2)を表す。この試
験においては、多数のウエハにおいて、x軸及びy軸上
に位置する各露光ショットの露光量を変化させ、現像後
のレジスト材料のパターン線幅を測定し、設計パターン
線幅との差が最も少なくなる露光量(最適露光量)を求
めてグラフ化した。尚、x軸とは、ウエハの中心を通
り、露光ショットの一辺に平行な線分を意味し、y軸と
は、ウエハの中心を通り、x軸とは直角方向に延びる線
分を意味する。図2から判るように、ウエハの中心部に
位置する露光ショットにおける最適露光量が230mJ
/cm2であるのに対して、ウエハの外周部に位置する
露光ショットにおける最適露光量は221〜223mJ
/cm2であり、しかも、最適露光量はウエハの中心か
ら周辺に向かって単調に減少している。
【0014】得られた最適露光量(Eopt)の曲線を、
ウエハの中心から露光ショットの中心までの距離をrと
したとき、rのn次(実施例1においては4次)の多項
式として、最小自乗法にて求めた。求めた多項式は下記
の式(1)のとおりとなった。
【0015】
【数1】
【0016】ウエハの所定の位置から露光ショット位置
までの距離の関数として各露光ショットにおける露光量
を制御した。即ち、各露光ショットの中心からウエハの
中心までの距離rを求め、式(1)からEopt(r)を
計算し、かかる最適露光量Eo pt(r)に基づき各露光
ショットにおいて露光を行った。各露光ショットにおけ
る最適露光量Eopt(r)の計算値(単位:mJ/c
2)を図3に示す。
【0017】これらの各露光ショットにおける最適露光
量Eopt(r)の計算値に基づき、レジスト材料の露光
を行い、現像後のレジスト材料の線幅を測定した結果、
設計パターン線幅0.35μmに対して、3σ=0.0
12μmが得られた。尚、比較のために、全ての露光シ
ョットにおいて、ウエハの中心に位置する露光ショット
における最適露光量によりレジスト材料の露光を行い、
現像後のレジスト材料の線幅を測定した結果、設計パタ
ーン線幅0.35μmに対して、3σ=0.025μm
が得られた。以上の結果から、本発明の露光方法を採用
することによって、パターン線幅のばらつきは、従来の
技術と比較して半分以下となることが判った。
【0018】(実施例2)実施例2においても、ステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置及び露光方法を用
いた。実施例2が実施例1と相違する点は、パターンが
異なる点にある。
【0019】実施例1と同様に、別の試験で、ウエハの
中心から各露光ショット位置までの距離の関数として各
露光ショットにおける最適露光量を求めた結果を図2に
四角印及び点線で示す。図2から判るように、ウエハの
中心部に位置する露光ショットにおける最適露光量が2
22mJ/cm2であるのに対して、ウエハの外周部に
位置する露光ショットにおける最適露光量は244〜2
45mJ/cm2であり、しかも、最適露光量はウエハ
の中心から周辺に向かって単調に増加している。
【0020】得られた最適露光量(Eopt)の曲線を、
ウエハの中心から露光ショットの中心までの距離をrと
したとき、rのn次(実施例2においては4次)の多項
式として、最小自乗法にて求めた。求めた多項式は下記
の式(2)のとおりとなった。
【0021】
【数2】
【0022】ウエハの所定の位置から露光ショット位置
までの距離の関数として各露光ショットにおける露光量
を制御した。即ち、各露光ショットの中心からウエハの
中心までの距離rを求め、式(2)からEopt(r)を
計算し、かかる最適露光量Eo pt(r)に基づき各露光
ショットにおいて露光を行った。各露光ショットにおけ
る最適露光量Eopt(r)の計算値(単位:mJ/c
2)を図4に示す。
【0023】これらの各露光ショットにおける最適露光
量Eopt(r)の計算値に基づき、レジスト材料の露光
を行い、現像後のレジスト材料の線幅を測定した結果、
設計パターン線幅0.35μmに対して、3σ=0.0
15μmが得られた。尚、比較のために、全ての露光シ
ョットにおいて、ウエハの中心に位置する露光ショット
における最適露光量によりレジスト材料の露光を行い、
現像後のレジスト材料の線幅を測定した結果、設計パタ
ーン線幅0.35μmに対して、3σ=0.053μm
が得られた。以上の結果から、本発明の露光方法を採用
することによって、パターン線幅のばらつきは、従来の
技術と比較して1/3以下となることが判った。
【0024】以上、本発明を、好ましい実施例に基づき
説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。実施例にて得られたEoptは、露光装置や形
成すべきパターンに依存するので、試験によって決定す
ればよい。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、ウエハ面内において、
各露光ショット毎、出来る限りパターン線幅を均一化す
ることができ、ウエハ面内におけるパターン線幅のばら
つきを減少させることができる。その結果、例えばトラ
ンジスタ素子の閾値電圧Vthのばらつきを減少させるこ
とができ、設計した速度の半導体装置を高い収率で製造
することが可能となる。また、半導体装置のデザインル
ール中で考慮すべきパターン線幅のばらつきの値を小さ
く設定することができる結果、半導体チップの縮小化を
図ることができる。更には、半導体装置の生産段階にお
いて、パターン線幅のばらつきに起因した不良を低減す
ることができ、半導体装置の製造コストの低減を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】露光ショットの配列を模式的に示す図である。
【図2】実施例1及び実施例2において、ウエハの中心
を占める露光ショットの中心から各露光ショット位置ま
での距離の関数として各露光ショットにおける最適露光
量を求めた結果を示すグラフである。
【図3】実施例1において、各露光ショットにおける最
適露光量Eopt(r)の計算値を示す図である。
【図4】実施例2において、各露光ショットにおける最
適露光量Eopt(r)の計算値を示す図である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウエハの所定の位置から各露光ショットの
    位置までの距離の関数として各露光ショットにおける露
    光量を制御することを特徴とする露光装置。
  2. 【請求項2】ウエハの所定の位置はウエハの中心を占め
    る露光ショットの中心であり、各露光ショットの位置は
    露光ショットの中心であり、ウエハの中心を占める露光
    ショットの中心から各露光ショットの中心までの距離を
    rとしたとき、前記関数はrのn次の多項式で表される
    ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
  3. 【請求項3】露光装置はステップ・アンド・リピート方
    式であることを特徴とする請求項2に記載の露光装置。
  4. 【請求項4】ウエハの所定の位置から各露光ショットの
    位置までの距離の関数として各露光ショットにおける露
    光量を制御することを特徴とする露光方法。
  5. 【請求項5】ウエハの所定の位置はウエハの中心を占め
    る露光ショットの中心であり、各露光ショットの位置は
    露光ショットの中心であり、ウエハの中心を占める露光
    ショットの中心から各露光ショットの中心までの距離を
    rとしたとき、前記関数はrのn次の多項式で表される
    ことを特徴とする請求項4に記載の露光方法。
  6. 【請求項6】露光方式はステップ・アンド・リピート方
    式であることを特徴とする請求項5に記載の露光方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999046807A1 (en) * 1998-03-09 1999-09-16 Nikon Corporation Scanning exposure method, scanning exposure apparatus and its manufacturing method, and device and its manufacturing method
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JP2007184378A (ja) * 2006-01-05 2007-07-19 Canon Inc 露光装置における露光量および/または焦点合わせのための基板の位置を求める方法および装置
JP2007208245A (ja) * 2006-01-05 2007-08-16 Canon Inc 露光量のおよびフォーカス位置のオフセット量を求める方法、プログラムおよびデバイス製造方法
JPWO2005112088A1 (ja) * 2004-05-14 2008-03-27 松下電器産業株式会社 半導体装置の製造方法および製造装置

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