JPH1126347A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転塗布法によってウェハ上にレジストを塗
布してから露光を行う半導体装置の製造方法において、
ウェハ上の段差部におけるレジスト膜厚のむらによる転
写パターンの線幅変動を低減し、ダミーセルを用いるこ
となくデバイス特性を向上できるようにする。 【解決手段】 ステップＳ１において、回転塗布法によ
ってウェハ上にレジストを塗布し、ステップＳ２におい
て、光源中心および光源中心付近にある程度以上の光量
を有する斜入射照明を行う。これにより、ウェハ上の段
差部におけるレジスト膜厚のむらによる転写パターンの
線幅変動を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に回転塗布法によってウェハ上にレジスト
を塗布してから露光を行う半導体装置の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、メモリ素子、論理演算素子、ＣＣ
Ｄ素子、ＬＣＤ駆動素子等の各種の半導体装置の製造に
おけるパターン転写工程、いわゆるフォトリソグラフィ
工程においては、通常照明が使用されている。ここで、
通常照明とは、光源の光軸を転写面に垂直に照射させる
方法である。

【０００３】ところで、実際にデバイスを形成するため
レジスト露光を行う場合、素子分離工程、あるいはそれ
までの素子形成工程などによって、基板上には段差が存
在している。この段差は、例えばメモリセルアレイで言
えばセル端部に現れる。通常、段差がある状態でメモリ
セルアレイ上にレジストを回転塗布法により塗布する
と、レジストの膜厚にむらが生じてしまう。そして、こ
の状態で通常照明によって露光を行った場合、膜厚のむ
らの影響により、レジストに転写したパターン（以後、
転写パターンと呼ぶ）の線幅が変動してしまい、デバイ
スの所望の電気特性が得られにくくなる。

【０００４】このため、従来は、ダミーセルと呼ばれる
パターンを配置する必要があった。ダミーセルとは、段
差を埋めるためにセルの端部の外側に形成するパターン
であり、デバイスとしては機能しないものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ダミーセルを
配置すると、セルアレイの面積が増大し、チップ面積縮
小化が図れなくなるという問題があった。加えて、転写
パターンの線幅変動の影響は、セル端部の５０μｍもし
くはそれ以上の範囲に及ぶため、ダミーセルを配置して
もデバイスの特性変動を抑制することは困難であった。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、段差部におけるレジスト膜厚のむらによる転
写パターンの線幅変動を低減し、ダミーセルを用いるこ
となくデバイス特性を向上できる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、半導体装置の製造方法において、回転塗
布法によってウェハ上にレジストを塗布する第１の工程
と、光源中心および前記光源中心付近にある程度以上の
光量を有する斜入射照明を行う第２の工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

【０００８】このような半導体装置の製造方法では、第
１の工程において、回転塗布法によってウェハ上にレジ
ストを塗布したとき、段差によってレジストの膜厚にむ
らが生じても、第２の工程で、光源中心および光源中心
付近にある程度以上の光量を有する斜入射照明を行うこ
とにより、実験的に転写パターンの線幅変動が低減され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一形態を図面を参
照して説明する。図１は本形態の半導体装置の製造方法
の概略手順を示すフローチャートである。 〔Ｓ１〕回転塗布法によってウェハ上にレジストを塗布
する。 〔Ｓ２〕フィルタやプリズムを使用することにより、光
源中心および光源中心付近にある程度以上の光量を有す
る斜入射照明を行う。

【００１０】次に、上記製造方法について、より具体的
な例について説明する。図２は本形態の半導体装置の製
造方法におけるフォトリソグラフィ工程を行うための露
光装置の概略構成を示す図である。露光装置１０は、ｉ
線ステッパであり、その光源１１には、水銀ランプが使
用される。光源１１から出力されたレーザ光は、ビーム
スプリッタ１２で分離され、プリズムユニット１３で適
度な角度で絞られ、さらに、フライアイレンズ１４を通
ることにより、後述の変形照明、またはハーフトーン輪
帯照明となる。そして、この光は、照明レンズ系１５を
介してレチクル１６のマスクパターンを透過し、結像レ
ンズ系１７で集光され、ウェハ１８上に塗布されたレジ
ストに斜入射照明される。

【００１１】なお、変形照明、またはハーフトーン輪帯
照明の形成は、ビームスプリッタ１２およびプリズムユ
ニット１３を用いる代わりに、光源中心および光源中心
付近にある程度以上の光量を透過させる形状のフィルタ
を用いてもよい。

【００１２】また、図２ではｉ線ステッパの露光装置の
例を示したが、本発明は、これに限らず、ｇ線ステッ
パ、ＫｒＦエキシマレーザステッパ、ＡｒＦエキシマレ
ーザステッパなどの他のタイプの露光装置でもよい。

【００１３】次に、本形態の露光装置１０で使用する斜
入射照明の具体的な形状について説明する。ただし、こ
こでは、平面的に分かりやすくするために、斜入射照明
をフィルタで形成すると仮定して、そのフィルタの形状
を示す。もちろん、プリズムユニット１３などを用いる
場合でも、結果的にほぼ同じ照明が得られる。

【００１４】図３は本形態の露光装置１０で使用する斜
入射照明用のフィルタ形状の例を示す図であり、（Ａ）
は変形照明用のフィルタ形状の一例を示す図、（Ｂ）は
輪帯照明用のフィルタ形状の一例を示す図である。ま
ず、図（Ａ）の変形照明用のフィルタ２１は、外側の四
隅に光の透過率が１．０の領域２１ａが形成されてい
る。また、各領域２１ａ間を結ぶ４つの領域２１ｂは、
領域２１ａの次に透過率が高く（例えば透過率０．６）
なるように設定されている。さらに、領域２１ｂの内側
には、順に中心に向かうように領域２１ｃ，２１ｄ，２
１ｅが形成されている。これら領域２１ｃ，２１ｄ，２
１ｅは、内側のものほど透過率が低くなるように、例え
ば領域２１ｃが０．５、領域２１ｄが０．４、領域２１
ｅが０．３に設定されている。

【００１５】このようなフィルタ２１を用いることによ
り、外側から徐々に光量が少なく、ただし中心部でもあ
る程度以上の光量を有する変形照明が得られる。もちろ
ん、プリズムユニット１３などを用いる場合でも、その
制御の仕方によって、結果的にほぼ同じ形状の変形照明
を形成することができる。

【００１６】一方、図（Ｂ）の輪帯照明用のフィルタ２
２は、輪帯部２２ａで透過率がほぼ１．０となってい
る。そして、中心部２２ｂがハーフトーン、すなわち、
所定の光量のみを透過させるようになっている。この中
心部２２ｂの透過率は、後述の実測例で示すように、例
えば０．３５に設定されている。

【００１７】このようなフィルタ２２を用いることによ
り、中心部でもある程度以上の光量を有する輪帯照明が
得られる。もちろん、プリズムユニット１３などを用い
る場合でも、その制御の仕方によって、結果的にほぼ同
じ形状の輪帯照明を形成することができる。

【００１８】次に、本形態の製造方法の効果について、
実測値に基づいて説明する。この実験では、露光装置１
０としてｉ線ステッパを用いた。光学条件は、レジスト
開口数ＮＡ＝０．５７、パーシャルコヒーレンシσ＝
０．６７に設定した。また、基板には、メモリ素子用の
ゲートパターン加工用のものを使用し、基板からのレジ
スト内への光の反射を防止するため、レジスト塗布前に
ＳｉＯ₂ 膜とＳｉＯＮ膜をそれぞれ２７０ｎｍ、３０ｎ
ｍの厚さに形成した。さらに、ゲートアレイ端の段差は
０．４μｍである。

【００１９】そして、基板上に、回転塗布法によってウ
ェハ上にレジストを塗布した。このとき、レジストの膜
厚は、非段差部で０．７７μｍになるように設定した。
また、評価パターンは、０，３４μｍのゲートパターン
を用いた。

【００２０】このようなレジスト塗布後の基板に、ま
ず、従来の通常照明を使用して露光を行い、ゲートパタ
ーンの転写パターンを形成する実験を行った。そして、
セルアレイ端からの距離によってその位置にあるパター
ンの線幅を実測した。

【００２１】図４はこの従来の通常照明を使用した場合
の実験結果を示す図である。ここで、横軸はセルアレイ
端からの距離であり、縦軸は転写されたゲートの線幅の
実測値を示す。図から分かるように、セルアレイ端から
５０μｍの範囲で転写パターンの線幅が減少している。
転写パターンの線幅の最大値と最小値の差は、０．０２
１μｍであった。

【００２２】図５は本形態の斜入射照明を行った場合の
第１の実験結果を示す図である。ここで、横軸はセルア
レイ端からの距離であり、縦軸は転写されたゲートの線
幅の実測値を示す。この実験では、図３（Ａ）で示した
変形照明用のフィルタ２１を使用した。図から分かるよ
うに、この第１の実験では、転写パターンの線幅は、セ
ルアレイ端から７５μｍに至まで、すなわち従来の通常
照明のフィルタを使用したときよりも広い範囲で一定で
あった。また、転写パターンの線幅の最大値と最小値の
差は、０．０１４μｍであった。これは、測長に使用し
た測長用ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）自体
の持つ測定値ばらつきとほぼ等しい。

【００２３】図６は本形態の斜入射照明を行った場合の
第２の実験結果を示す図である。ここで、横軸はセルア
レイ端からの距離であり、縦軸は転写されたゲートの線
幅の実測値を示す。この実験では、図３（Ｂ）の輪帯照
明用のフィルタ２２を使用した。また、フィルタ２２の
中心部２２ｂの透過率は、０．３５とした。図から分か
るように、この第２の実験では、第１の実験と同様、転
写パターンの線幅はセルアレイ端から７５μｍに至まで
一定であった。また、転写パターンの線幅の最大値と最
小値の差は、０．０１４μｍであった。これは、測長に
使用した測長用ＳＥＭ自体の持つ測定値ばらつきとほぼ
等しい。

【００２４】図７は本形態の斜入射照明を行った場合の
第２の実験結果を示す図である。ここで、横軸はセルア
レイ端からの距離であり、縦軸は転写されたゲートの線
幅の実測値を示す。この実験では、図３（Ｂ）の輪帯照
明用のフィルタ２２を使用した。また、フィルタ２２の
中心部２２ｂの透過率は、０．２０とした。図から分か
るように、この第３の実験では、第１および第２の実験
と同様、転写パターンの線幅はセルアレイ端から７５μ
ｍに至まで一定であった。また、転写パターンの線幅の
最大値と最小値の差は、０．０１５μｍであった。これ
は、測長に使用した測長用ＳＥＭ自体の持つ測定値ばら
つきとほぼ等しい。

【００２５】このように、本形態では、フィルタ２１、
２２などを使用することにより、光源中心および光源中
心付近にある程度以上の光量を有する斜入射照明を行う
ようにしたので、回転塗布法でレジストを塗布した場合
に、ウェハ上の段差によってレジストの膜厚にむらが生
じても、転写パターンの線幅をほぼ一定にすることがで
きる。このため、従来必要としていたダミーセルを用い
ることなく、デバイス特性を向上できる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、光源中
心および光源中心付近にある程度以上の光量を有する斜
入射照明を行うようにしたので、回転塗布法によってウ
ェハ上にレジストを塗布したとき、段差によってレジス
トの膜厚にむらが生じても、転写パターンの線幅をほぼ
一定にすることができる。このため、従来必要としてい
たダミーセルを用いることなく、デバイス特性を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本形態の半導体装置の製造方法の概略手順を示
すフローチャートである。

【図２】本形態の半導体装置の製造方法におけるフォト
リソグラフィ工程を行うための露光装置の概略構成を示
す図である。

【図３】本形態の露光装置で使用する斜入射照明用のフ
ィルタ形状の例を示す図であり、（Ａ）は変形照明用の
フィルタ形状の一例を示す図、（Ｂ）は輪帯照明用のフ
ィルタ形状の一例を示す図である。

【図４】従来の通常照明のフィルタを使用した場合の実
験結果を示す図である。

【図５】本形態の斜入射照明を行った場合の第１の実験
結果を示す図である。

【図６】本形態の斜入射照明を行った場合の第２の実験
結果を示す図である。

【図７】本形態の斜入射照明を行った場合の第３の実験
結果を示す図である。

【符号の説明】

１０……露光装置、１１……光源、１２……ビームスプ
リッタ、１３……プリズムユニット、１４……フライア
イレンズ、１５……照明レンズ系、１６……レチクル、
１７……結像レンズ系、１８……ウェハ、２１……フィ
ルタ、２２……フィルタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置の製造方法において、 回転塗布法によってウェハ上にレジストを塗布する第１
   の工程と、 光源中心および前記光源中心付近にある程度以上の光量
   を有する斜入射照明を行う第２の工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記斜入射照明は、中心部から段階的に
   透過率が高くなるように形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記斜入射照明は、中心部が所定の透過
   率を有する輪帯照明形に形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置の製造方法。