(57)【要約】【課題】ウエハ周縁近傍領域において、一部露光領域からはみでるチップ部分に絶縁膜や金属膜が形成されると、製造工程中に膜剥がれや飛散が生じ、ウエハの汚染や装置の汚染を引き起こすこととなる。【解決手段】絶縁膜が形成された基板上にポジ型のレジスト膜を形成し、レジスト膜を複数のショットに分けて露光を行う。そして、露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する。この露光時において、ショットが基板の周辺領域にかかるときは、遮光帯で露光時の光を遮光することにより周辺領域を露光しないようにして、基板の周辺領域にレジストでマスクを形成する。【選択図】図２
2005045160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にポジ型のレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を複数のショットに分けて露光する工程と、
前記露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備え、
前記露光する工程において、前記ショットが前記基板の周辺領域にかかるときは、遮光帯で遮光することにより前記周辺領域を露光しないことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記遮光帯は、前記基板の周縁部から一定距離内側の一定の曲率を有する凹状の円弧遮光帯であることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記遮光帯は前記曲率が異なる複数の前記遮光帯を有することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
前記遮光帯は複数の微小幅の遮光板で構成され、任意の曲率に設定することができる請求項１記載の露光方法。
【請求項５】
前記遮光帯は弾性体からなり、前記弾性体の両端にピエゾアクチュエータを接続し、前記ピエゾアクチュエータに電圧を印加することにより弾性体を変形させ、前記弾性体を任意の曲率に設定することができることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項６】
前記遮光帯を通過した光が円弧の曲率を任意に変形可能な変形レンズを通過し、露光領域に設定された矩形遮光帯を通過することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハにレジストマスクを形成するための露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の製造に際しては、シリコンウエハ等の半導体ウエハの表面に絶縁膜を形成した後、その上に所定の形状にパターニングされたフォトレジストを形成し、絶縁膜をエッチングしてパターン形成を行うというプロセスが行われる。一般に、絶縁膜や配線用金属膜の形成はウエハ全面に対して行われるため、これらの膜はチップとして利用されることのないウエハ周縁近傍の領域にも形成される。このウエハ周縁近傍領域において、一部露光領域からはみでるチップ部分を露光によりパターン形成すると、その露光領域にパターンが正常に形成されない部分が生じ、このようなパターンにより絶縁膜や金属膜が形成されると、製造工程中に膜剥がれや飛散が生じ、ウエハの汚染や装置の汚染を引き起こすこととなる。
【０００３】
以上のことから、フォトレジストを形成し、所定形状にパターニングした後、ウエハ周縁近傍のフォトレジストを除去するプロセスが行われる。これにより、ウエハ周縁近傍に残存するフォトレジストによる汚染が防止される。また、ウエハ周縁近傍においてレジストが開口し、この領域の絶縁膜等がエッチング除去されることとなり、絶縁膜等の膜剥がれによって引き起こされる汚染を防止することができる。
【０００４】
ウエハ周縁近傍のフォトレジストを除去するプロセスは、ポジ型レジストを用いる場合、通常、周辺露光という手段により実施される。すなわち、パターン形成領域における露光とは別に、周縁部の不要レジストを除去するウエハ周辺露光が行われる。ウエハ周辺露光は、たとえば、レジストが塗布されたウエハを回転させながらウエハ周縁近傍を環状に露光することにより行われる。
【０００５】
しかしながら、溝に金属を埋め込む多層配線構造の場合、前記のようにウエハ周縁部のレジストを除去してしまうと、ウエハ周縁部にエッチングによる窪みができ、この部分に金属が埋め込まれ、ウエハエッジに金属が露出してしまうため、製造工程でパーティクルや金属汚染を引き起こしてしまう。
【０００６】
このような課題を解決するための方法として、特許文献１にあるように、ウエハ周縁近傍領域において、上層絶縁膜の周縁部が下層絶縁膜の周縁部よりも外側に位置するようにすることで、金属配線を形成する際に生じる研磨残りを上層絶縁膜により覆う構造が提案されている。ここで図８に従来の配線形成方法による構造断面図を示す。
【０００７】
素子形成層４１上にシリコン窒化膜４２、層間絶縁膜４３、シリコン窒化膜４４、層間絶縁膜４５、シリコン窒化膜４６および層間絶縁膜４７が積層している。層間絶縁膜４３中には第一の銅配線が形成されている。第一の銅配線は、タンタル膜４８および銅膜４９により構成されている。層間絶縁膜４５中には、第一の銅配線の上面と接続する層間接続孔が形成されている。層間接続孔はＴｉ／ＴｉＮからなるバリアメタル膜５０およびタングステン膜５１により構成されている。層間絶縁膜４７中には、層間接続孔の上面と接続する第二の銅配線が形成されている。第二の銅配線は、タンタル膜５２および銅膜５３により構成されている。
【０００８】
一方、ウエハ周縁近傍領域には、タンタル膜および銅膜の研磨残り５４、５５が残存している。研磨残り５４、５５の間に層間絶縁膜４５が介在し、各研磨残りが直接接しない構造となっている。また、下層の研磨残り５４は層間絶縁膜４５によって埋め込まれた形態となっている。これによりウエハ周縁近傍の銅膜やタンタル膜の堆積や膜剥がれを防止することができる。
【０００９】
しかし従来の方法には次のような課題がある。
【００１０】
それはウエハ周縁部が開口することによりウエハ周縁部段差５６が発生し、金属配線の化学的機械研磨法（以下ＣＭＰ）時に段差による平坦化のばらつきがウエハ周縁部で発生する恐れがある。これによりウエハ周縁部よりも内側において金属研磨残りが発生し、金属配線が完全に絶縁されずにショートする不具合につながる。またウエハ周縁部段差５６が発生することで、露光時のフォーカスセンサが段差の下でフォーカス設定を行う恐れがあり、その際欠けショットのフォーカスがずれて露光され正常にパターン形成できない。欠けショットにおいては、１ショット内で複数のチップが取れる場合に有効チップが存在する。このため欠けショットでも正常にパターン形成を行う必要がでてくるため、従来の方法では不具合がある。
【特許文献１】特開２００１−７７１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来のパターン形成方法によると、ウエハ周縁部分のレジストを除去することで金属や絶縁膜の段差が発生する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、半導体ウエハ全面にわたり絶縁膜を堆積した基板上に、レジストパターンを形成してこれをマスクとしてエッチングにより溝を形成する工程を有する配線パターン形成方法のうち、パターンを転写する工程において、ウエハ周縁部分で一部がかけてしまう露光領域を露光する際、ウエハ周縁から一定距離内側まで遮光するような一定の曲率を有する凹状の円弧遮光帯により遮光し、ウエハ周縁近傍にパターンの形成しないレジストカバーを残すことで、エッチングによりウエハ周縁部に溝が形成されずに絶縁膜が残存することで、段差が発生せず、かつパターン不良による膜剥がれや飛散によるウエハ汚染や装置汚染を防ぐパターン形成方法、半導体露光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いることにより、ウエハ周縁部の欠けショットを露光する際に、ウエハ周縁部から一定距離内側の部分が遮光されるように凹状円弧状遮光帯を動かし、光を遮光させることで、レジストを未露光にさせることができる。そののち現像し、エッチングした後において、ウエハ周縁部に層間絶縁膜を残すことができる。これにより金属埋め込み時に金属が残存することがないため、ウエハ周縁部に金属の露出が起こらない。そのため金属の汚染やパーティクル発生をなくすことができ、デバイスの不良をなくすことができる。またウエハ周縁部に段差が発生しないため、ＣＭＰ時にウエハ周縁近傍の研磨時に研磨残り等が発生することがなく、良好な平坦化特性を得ることができる。また欠けショット露光の際に段差によるフォーカスずれの発生を防ぎ、有効チップ部のパターン形成を良好に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の露光方法の工程フローを示す断面図である。図２は、周辺領域および周辺領域を遮光する遮光帯を示す図である。図３は、本発明に用いる遮光帯を示す図である。図４は、本発明に用いる遮光帯を示す図である。図５は、本発明に用いる遮光帯を示す図である。図６は、本発明に用いる遮光帯を示す図である。図７は、本発明の露光方法における遮光帯の配置図である。
【００１６】
まず、最初に図１を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、基板１の上にシリコン窒化膜２を形成し、さらにその上に層間絶縁膜３を形成する。そして、この層間絶縁膜３にビア９を開口して、さらにビア９中に有機物からなるプラグ埋め込み材４を埋め込む。そして、その上にレジスト５を塗布し、配線パターン７５が描画されたレチクル７のパターンを転写し露光する。このとき、レチクル７の上方（光源側）に設置された遮光帯８により配線パターンを必要としない基板１の周辺領域７０に照射される光を遮光する。そして、光はレチクル７に入射して、配線パターン７５の形成を必要とする周辺領域７０の内側のレジスト５を露光する。
【００１８】
ここで、図２（ａ）に示すように、基板１の露光を複数のショットに分割して露光する。このとき、露光を必要とする露光領域７１と、露光を必要としない周辺領域７０がある。さらに領域７１にはショット欠けのない有効ショット１５と、露光領域７１と周辺領域７０とにまたがりショットが欠けてしまう欠けショット１６がある。
【００１９】
まず露光領域７１の有効ショット１５を露光する。このときショット部分は、既存の矩形の遮光帯により長方形で露光される。有効ショット１５すべてを露光した後、欠けショット１６を露光する。この欠けショット１６の露光時において、基板１の周辺領域７０が露光されないように、図２（ｂ）に示すレチクル７上に形成された配線パターン７５を図２（ｃ）に示す遮光帯８により遮光する。
【００２０】
次に、現像により露光された部分のレジスト５ａを除去し、図１（ｂ）に示すようにレジスト５ｂを形成する。このレジスト５ｂをマスクにして、図１（ｃ）に示すように、層間絶縁膜３をエッチングして配線溝１０を形成する。このとき、周辺領域７０の層間絶縁膜３は配線溝１０は形成されない。そののちアッシング及び洗浄によりレジストを除去する。
【００２１】
次に、図１（ｄ）に示すように、Ｔａ（タンタル）からなるバリア膜１３を成膜し、さらにＣｕ等の金属を配線溝１０にめっき処理などにより埋め込む。そして、余分な金属をＣＭＰ法により平坦化処理を行い、配線１２を形成する。このとき、周辺領域７０には、配線溝１０が形成されていないため、ＴａやＣｕ等からなる金属が存在しない。このため周辺領域には、金属の膜剥がれやパーティクルが発生しないため、汚染やウエハ裏面へのパーティクル付着による不具合を防ぐことができる。
【００２２】
なお、配線パターンを形成しない周辺領域７０は、基板１の外周から３ｍｍ以上必要である。また、配線の幅や膜厚にもよるが、周辺領域７０は、多くても１０ｍｍあれば十分である。このことから、周辺領域は基板１の外周から３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲で確保することが望ましい。
【００２３】
なお、ここでは、デュアルダマシンプロセスに適用した例を述べたが、ダマシンプロセスはもちろん、素子分離工程やゲート形成工程、コンタクトホール形成工程などにも用いることができる。
【００２４】
ここで、遮光帯８について、具体的に説明する。
【００２５】
図３に示すのは、遮光帯８を上方から見た図である。遮光帯８は、基板１の周辺領域７０を露光しないために基板１の曲率に対応した円弧状のエッジ７２を有している。このエッジ７２は、露光装置で定められている最大露光ショットサイズにおいても遮光できるよう、レチクル７と同じもしくは、レチクル７の１．５〜２倍の大きさの遮光帯８を使用する。また、この遮光帯８でエッジ７２と反対側には遮光帯を回転させるための回転軸１４が取り付けてある。この回転軸１４により遮光帯８を任意の角度に回転させることができる。また、回転軸１４は、Ｘ、Ｙ方向への駆動系が接続されており（図示無し）、遮光帯８をＸ、Ｙ方向に任意に動かすことができる。これにより、レチクル７を部分的に遮光し、周辺領域７０が露光されることがないようにすることができる。
【００２６】
また、図４に示すように、遮光帯８は、曲率が異なる複数の遮光帯を有するレボルバ２０が、プログラムの設定により任意の曲率の遮光帯８に切り替えが可能な構造となっていてもよい。ここでは、８インチウエハの曲率１８と、１２インチウエハの曲率１９とを有する複数の遮光帯を遮光帯回転軸２１を回転させて切り替えできるようになっている。これにより異なるウエハサイズのショットを露光する際においても、あらかじめそれぞれのウエハサイズの曲率から一定距離内側の曲率になるような前記円弧状遮光帯を構成してやることで、プログラムによる切り替えが可能であるため、装置改造を行うことなく１つのレボルバで容易に対応可能となる。またその他の曲率を有する凹状円弧状遮光帯を設定することで様々なウエハ周縁近傍の幅を遮光することも可能である。
【００２７】
また、図５に示すように、前記遮光帯は複数の幅細遮光板２４で構成され、この遮光板は最大露光ショット領域全範囲にわたり隙間なく連なっている構造を有する。複数の幅細遮光板２４は幅細遮光板ガイド軸２２によりＸ軸水平軸方向に可動であり、各幅細遮光板２４の集合体が任意の曲率の凹状円弧遮光帯と同等になる位置に各幅細遮光板２４を設定可能である構造であってもよい。ここでも遮光帯回転軸２３により回転方向に可動となっている。幅細遮光板ガイド軸２２にリニアモーターが内蔵されており、各幅細遮光板２４を１つ１つ独立して動作させることができる。前記構造においては、異なるウエハサイズのショットを露光する際においても、それぞれの曲率を設定可能であるため装置改造を行うことなく容易に対応可能となる。
【００２８】
また、図６に示すように、遮光帯は凹状円弧を有する弾性体遮光帯３０により構成され、弾性体遮光帯３０に接続されたピエゾアクチュエータ３１に電圧を印加することにより弾性体遮光帯３０が両側から圧縮され円弧の曲率を任意に可変させることのできる凹状の円弧遮光帯であってもよい。ピエゾアクチュエータはピエゾ逆圧電効果を応用した位置決め素子であり、結晶に電圧を印加する際の結晶伸張を利用し、ナノメータから数百ミクロンメータの範囲での極めて微小な位置決めが可能である。このピエゾアクチュエータ３１を弾性体遮光帯３０の両端の遮光側部に接続されており、弾性体遮光帯３０を圧縮変形することで、任意の曲率の遮光帯を作り出すことが可能である。このとき遮光帯回転軸２９により回転方向に可動となっている。
【００２９】
また、一方露光機の断面の一部を図７に示すように、光源より入射された光が前記凹状円弧状遮光帯８に一部遮光され、凹状円弧状の影を含む光がレンズ２８を通過する。ここでレンズ２８はＺ軸方向に可動であり、これにより入射光の倍率を変化させる機能を有する。凹状円弧状の影を含む光がレンズ２８により倍率が変化することで、凹状円弧の影の曲率を任意に変形可能となる。ここで凹状円弧の曲率を任意に変形した光は、その下部に設置してある露光領域に設定された矩形遮光帯２７を通過する構造であってもよい。ここでレンズ２８により変形されない状態の通常光路２５に対し、凹状円弧状の影を含む光が変形されて曲率が変化した状態のレンズ動作後光路２６は遮光幅が拡大している。レンズの倍率を任意にとることで、ウエハの遮光幅を任意に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる露光方法は、ポジ型レジストを使用するレジストマスクの形成時において、周辺領域のレジストを完全に残すことができるものであり、レジストマスクを形成する方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の露光方法の工程フローを示す断面図
【図２】周辺領域および周辺領域を遮光する遮光帯を示す図
【図３】本発明に用いる遮光帯を示す図
【図４】本発明に用いる遮光帯を示す図
【図５】本発明に用いる遮光帯を示す図
【図６】本発明に用いる遮光帯を示す図
【図７】本発明の露光方法における遮光帯の配置図
【図８】従来の半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
【００３２】
１  基板
２  シリコン窒化膜
３  層間絶縁膜
４  プラグ埋め込み材
５  レジスト
５ａ  レジスト
５ｂ  レジスト
７  レチクル
８  遮光帯
１０  配線溝
１２  配線
１３  バリア膜
１４  回転軸  
１５  有効ショット
１６  欠けショット
１８  ウエハ曲率
１９  ウエハ曲率
２０  レボルバ
２１  遮光帯回転軸
２２  幅細遮光板ガイド軸
２３  遮光帯回転軸
２４  幅細遮光板
２５  通常光路
２６  レンズ動作後光路
２７  矩形遮光帯
２８  レンズ
２９  遮光帯回転軸
３０  弾性体遮光帯
３１  ピエゾアクチュエータ
４１  素子形成層
４２  シリコン窒化膜
４３  層間絶縁膜
４４  シリコン窒化膜
４５  層間絶縁膜
４６  シリコン窒化膜
４７  層間絶縁膜
４８  タンタル膜
４９  銅膜
５０  バリアメタル膜
５１  タングステン膜
５２  タンタル膜
５３  銅膜
５４  研磨残り
５５  研磨残り
５６  ウエハ周縁部段差
７０  周辺領域
７１  露光領域
７２  エッジ
７５  配線パターン
【図１】
2005045160.tif 000003
【図２】
2005045160.tif 000004
【図３】
2005045160.tif 000005
【図４】
2005045160.tif 000006
【図５】
2005045160.tif 000007
【図６】
2005045160.tif 000008
【図７】
2005045160.tif 000009
【図８】
2005045160.tif 000010