(57)【要約】【課題】ＳＯＩ基板に対してレベリング補正を精度良く行うことができる露光方法を提供する。【解決手段】本発明に係る露光方法は、ＳＯＩ基板の表面の露光領域に露光光を照射する前に、前記露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光４ａ，４ｄが前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程を有する露光方法である。前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層３ｃの厚さを７μｍ以上２０μｍ以下とする場合は、前記レベリングセンサー光は、４５０ｎｍ〜６３３ｎｍの波長領域を有する。また、前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さを１μｍ以上７μｍ未満とする場合は、前記レベリングセンサー光の波長を４５０ｎｍとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩ基板の表面の露光領域に露光光を照射する前に、前記露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程を有する露光方法であって、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さは７μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記レベリングセンサー光は、４５０ｎｍ〜６３３ｎｍの波長領域を有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
ＳＯＩ基板の表面の露光領域に露光光を照射する前に、前記露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程を有する露光方法であって、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さは１μｍ以上７μｍ未満であり、
前記レベリングセンサー光の波長は４５０ｎｍであることを特徴とする露光方法。
【請求項３】
ＳＯＩ基板の表面上にフォトレジスト膜を塗布する工程と、
前記ＳＯＩ基板の表面の露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記露光領域の前記フォトレジスト膜に露光光を照射する工程と、
を具備し、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さは７μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記レベリングセンサー光は、４５０ｎｍ〜６３３ｎｍの波長領域を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ＳＯＩ基板の表面上にフォトレジスト膜を塗布する工程と、
前記ＳＯＩ基板の表面の露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記露光領域の前記フォトレジスト膜に露光光を照射する工程と、
を具備し、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さは１μｍ以上７μｍ未満であり、
前記レベリングセンサー光の波長は４５０ｎｍであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩ(silicon on insulator)基板に対してレベリング補正を精度良く行うことができる露光方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５（Ａ）は、レベリングセンサー機構を示す模式図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す受光ディテクタで検出されるレベリング制御前とレベリング制御後の像を示す図である。なお、レベリングセンサー機構は露光装置に組み込まれている。
【０００３】
図５（Ａ）に示すように、レベリングセンサー機構は、ウエハ３を載置するウエハステージ６を有している。このウエハステージ６には、Ｘ軸方向にウエハステージ６を移動させるＸ軸駆動部７、Ｙ軸方向にウエハステージ６を移動させるＹ軸駆動部８、Ｚ軸方向にウエハステージ６を移動させるＺ軸駆動部（図示せず）、及び、ウエハ表面の角度を調整する駆動部（図示せず）が取り付けられている。
【０００４】
また、レベリングセンサー機構は、ウエハステージ６上に載置されたウエハ３の表面にスポット状の入射光４を照射する発光ＬＥＤ１と、この入射光４がウエハ３の表面で反射されたスポット状の反射光５を受光する受光ディテクタ２を有している（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
本明細書でいうレベリング補正とは、露光光の光源からの光によりレチクルマスクのパターンをウエハ表面に結像する際に、ベストフォーカス位置と結像面を一致させる動作をいう。ベストフォーカス位置と結像面が一致している状態のウエハ３に入射光４を照射すると、受光ディテクタ２で検出される反射光５が受光ディテクタ２の中心に当たる。従って、図５（Ｂ）に示すように、受光ディテクタ２で受光された反射光５の光束が受光ディテクタ２の中心からずれている場合は、そのずれ量からウエハの位置ずれを検出し、その位置ずれデータ９をウエハステージを制御する制御部（図示せず）にフィードバックし、その制御部によってＸ軸駆動部７、Ｙ軸駆動部８及びＺ軸駆動部を制御することによりウエハステージ６上のウエハ３の位置を補正する。つまり、受光ディテクタ２の受光素子は分割されていて、露光面が傾いている場合には、分割されている各受光素子に反射光５が均等に当たらず、それぞれの受光素子で受光した反射光の強度をずれとして検知し、反射光が均等に当たるようにウエハステージ６の位置を調整する。このようなレベリング補正を行うことにより、受光ディテクタ２で検出される反射光５が受光ディテクタ２の中心に当たるようにする。
【０００６】
【特許文献１】特公平７−３９９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、支持基板とＢＯＸ層とＳＯＩ層からなるＳＯＩ基板のように、屈折率差の大きい異種膜による界面（ＳＯＩ層とＢＯＸ層の界面、ＢＯＸ層と支持基板の界面）を有する基板では、各層に厚さの分布があるため、界面どうしが完全な平行とはならない。このようなＳＯＩ基板に対して上記レベリングセンサー機構によってレベリング補正を行うと、ＳＯＩ基板表面の露光面に対してレベリング補正が正確に行われないことがある。これについて図６を参照しつつ説明する。図６（Ａ）はＳＯＩ基板の表面に照射した入射光と、その入射光が反射した反射光を模式的に示す図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す反射光の受光ディテクタでの光束イメージを示す図である。
【０００８】
図６（Ａ）に示すように、発光ＬＥＤからの入射光４ａ，４ｄをＳＯＩ基板のＳＯＩ層３ｃの表面に照射する。入射光４ａ，４ｄはＳＯＩ層３ｃの表面で反射され、その反射光５ａ，５ｇが受光ディテクタ２で受光される。これに加え、入射光４ａ，４ｄはＳＯＩ層３ｃ内を透過し、その透過した透過光４ｂ，４ｅがＢＯＸ層３ｂの表面で反射され、その反射光５ｂ，５ｈがＳＯＩ層３内を透過した後にＳＯＩ層３の表面で屈折した屈折光５ｃ，５ｉが受光ディテクタ２で受光される。これに加え、前記ＳＯＩ層３ｃ内を透過した透過光４ｂ，４ｅがさらにＢＯＸ層３ｂを透過し、その透過光４ｃ，４ｆが支持基板（シリコン基板）３ａの表面で反射され、その反射光５ｄ，５ｊがＢＯＸ層３ｂ内を透過し、さらにＳＯＩ層３ｃを透過し、その透過光５ｅ，５ｋがＳＯＩ層３ｃの表面で屈折し、その屈折した屈折光５ｆ，５ｌが受光ディテクタ２で受光される。
【０００９】
ＳＯＩ基板において、ＳＯＩ層３ｃ及びＢＯＸ層３ｂの膜厚が局所的にばらついている場合は、反射光５ａ，５ｇと屈折光５ｃ，５ｉと屈折光５ｆ，５ｌが互いに平行にならない。その結果、それぞれの光がそれぞれ異なった受光ディテクタの位置に到達する。このため、ＳＯＩ基板表面の露光面に対して、レベリング補正が正確に行われないことに起因する露光光のショットの端部でデフォーカスによるパターン形成不良が発生することがある。
【００１０】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ＳＯＩ基板に対してレベリング補正を精度良く行うことができる露光方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る露光方法は、ＳＯＩ基板の表面の露光領域に露光光を照射する前に、前記露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程を有する露光方法であって、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さは７μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記レベリングセンサー光は、４５０ｎｍ〜６３３ｎｍの波長領域を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る露光方法は、ＳＯＩ基板の表面の露光領域に露光光を照射する前に、前記露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程を有する露光方法であって、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さは１μｍ以上７μｍ未満であり、
前記レベリングセンサー光の波長は４５０ｎｍであることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ＳＯＩ基板の表面上にフォトレジスト膜を塗布する工程と、
前記ＳＯＩ基板の表面の露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記露光領域の前記フォトレジスト膜に露光光を照射する工程と、
を具備し、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さは７μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記レベリングセンサー光は、４５０ｎｍ〜６３３ｎｍの波長領域を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ＳＯＩ基板の表面上にフォトレジスト膜を塗布する工程と、
前記ＳＯＩ基板の表面の露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行う工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記露光領域の前記フォトレジスト膜に露光光を照射する工程と、
を具備し、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さは１μｍ以上７μｍ未満であり、
前記レベリングセンサー光の波長は４５０ｎｍであることを特徴とする。
【００１５】
上記半導体装置の製造方法によれば、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さを７μｍ以上２０μｍ以下とした場合は、レベリングセンサー光の波長領域を４５０ｎｍ〜６３３ｎｍとし、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さを１μｍ以上７μｍ未満とした場合は、レベリングセンサー光の波長を４５０ｎｍとすることにより、ＳＯＩ基板に対してレベリング補正を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による露光装置を用いて露光されるＳＯＩ基板の露光領域に対してレベリング補正を行う様子を示す模式図である。本実施の形態の露光装置は、図５とほぼ同じ構成のレベリングセンサー機構を有している。本実施の形態のレベリングセンサー機構が従来のレベリングセンサー機構と異なる点は、発光ＬＥＤ１から発する入射光の波長である。
【００１７】
また、ＳＯＩ基板は、支持基板（単結晶シリコン基板）３ａ、ＢＯＸ層（シリコン酸化層）３ｂ及びＳＯＩ層（単結晶シリコン層）３ｃが順に積層された構造を有している。ＳＯＩ基板のＳＯＩ層上には図示せぬフォトレジスト膜が塗布されている。このフォトレジスト膜を露光する前に、レベリングセンサー機構によって露光領域のレベリング補正を行う。
【００１８】
図１に示すように、発光ＬＥＤ１からの入射光（無限遠平行光）４ａ，４ｄをＳＯＩ基板のＳＯＩ層３ｃの表面に入射角度１５°で照射する。入射光４ａ，４ｄはＳＯＩ層３ｃの表面で反射され、その反射光５ａ，５ｇが受光ディテクタ２の受光部２ａで受光される。これに加え、入射光４ａ，４ｄはＳＯＩ層３ｃ内を透過し、その透過した透過光４ｂ，４ｅがＢＯＸ層３ｂの表面で反射され、その反射光５ｂ，５ｈがＳＯＩ層３内を透過した後にＳＯＩ層３の表面で屈折した屈折光５ｃ，５ｉが受光ディテクタ２の受光部２ａで受光される。これに加え、前記ＳＯＩ層３ｃ内を透過した透過光４ｂ，４ｅがさらにＢＯＸ層３ｂを透過し、その透過光４ｃ，４ｆが支持基板（シリコン基板）３ａの表面で反射され、その反射光５ｄ，５ｊがＢＯＸ層３ｂ内を透過し、さらにＳＯＩ層３ｃを透過し、その透過光５ｅ，５ｋがＳＯＩ層３ｃの表面で屈折し、その屈折した屈折光５ｆ，５ｌが受光ディテクタ２の受光部２ａで受光される。
【００１９】
ここで、反射光５ａ，５ｇ、屈折光５ｃ，５ｉ及び屈折光５ｆ，５ｌそれぞれの強度は入射光の波長によって異なる。これは、図２に示すようにＳｉの光の吸収係数βが光の波長によって異なるからである。図２によれば、波長８６０ｎｍに対するＳｉの光吸収係数βは約８００ｃｍ−１であり、波長６３３ｎｍに対するＳｉの光吸収係数βは約３０００ｃｍ−１であり、波長４５０ｎｍに対するＳｉの光吸収係数βは約１５０００ｃｍ−１である。
【００２０】
次に、波長が異なる入射光に対する反射光５ａ，５ｇ、屈折光５ｃ，５ｉ及び屈折光５ｆ，５ｌそれぞれの強度について説明する。
【００２１】
入射光４ａ，４ｄの波長が８６０ｎｍ、ＳＯＩ層３ｃの厚さが５μｍ、ＢＯＸ層３ｂの厚さが１μｍ、入射光の強度を１００とした場合、反射光５ａ，５ｇの強度は２６．２となり、屈折光５ｃ，５ｉの強度は２．９となり、屈折光５ｆ，５ｌの強度は２．２となる。
【００２２】
また、入射光４ａ，４ｄの波長が４５０ｎｍ、ＳＯＩ層３ｃの厚さが５μｍ、ＢＯＸ層３ｂの厚さが１μｍ、入射光の強度を１００とした場合、反射光５ａ，５ｇの強度は２６．２となり、屈折光５ｃ，５ｉの強度は９．２７×１０−７となり、屈折光５ｆ，５ｌの強度は７．１６×１０−７となる。なお、ここで示した強度は、ＢＯＸ層３ｂ内での光吸収を無視して計算したものである。
【００２３】
入射光の波長が８６０ｎｍの場合は、屈折光５ｃ，５ｉ及び屈折光５ｆ，５ｌの強度が高いため、ＳＯＩ基板表面の露光面に対してレベリング補正を正確に行うことができない。その理由は、ＳＯＩ層３ｃ及びＢＯＸ層３ｂの膜厚が局所的にばらついていることにより、反射光５ａ，５ｇと屈折光５ｃ，５ｉと屈折光５ｆ，５ｌそれぞれの光が、互いに平行にならず、それぞれ異なった受光ディテクタ２の受光部２ａの位置に到達するためである。
【００２４】
これに対し、入射光の波長が４５０ｎｍの場合は、屈折光５ｃ，５ｉ及び屈折光５ｆ，５ｌの強度が低いため、ＳＯＩ基板表面の露光面に対してレベリング補正を正確に行うことができる。その理由は、ＳＯＩ層３ｃ及びＢＯＸ層３ｂの膜厚が局所的にばらついていることにより、反射光５ａ，５ｇと屈折光５ｃ，５ｉと屈折光５ｆ，５ｌそれぞれの光が、互いに平行にならず、それぞれ異なった受光ディテクタ２の受光部２ａの位置に到達しても、屈折光５ｃ，５ｉ及び屈折光５ｆ，５ｌを受光ディテクタ２で十分に検知しないからである。
【００２５】
上述したように入射光の波長を低くすることにより、入射光をＳＯＩ層３ｃに吸収させることができる。これにより、ＢＯＸ層３ｂとＳＯＩ層３ｃの界面からの反射光である屈折光５ｃ，５ｉ、及び支持基板３ａとＢＯＸ層３ｂの界面からの反射光である屈折光５ｆ，５ｌそれぞれを減衰させることができる。その結果、受光ディテクタ２が誤ったレベリング補正を行わないようにすることができる。
【００２６】
このようなことから、レベリング補正を行う際の入射光がＳＯＩ層３ｃに吸収される波長領域に制限することで、ＳＯＩ基板表面の露光面に対してレベリング補正を正確に行うことができることが分かる。
【００２７】
次に、レベリング補正を行った後、ホールパターン及びラインパターンの露光を行い、ホールパターン及びラインパターンを測長し、その結果からレベリング補正が正確に行えているか否かを判定する実験を行ったので、その実験方法、実験条件及び実験結果について説明する。
【００２８】
［実験方法］
ＳＯＩ基板のＳＯＩ層上にフォトレジスト膜を塗布し、レベリングセンサー機構を用いてレベリング補正を行う。この際、レベリングセンサー機構の入射光（センサー光）の波長を種々変更する。次に、露光装置において露光ショット中心のみでフォーカスをとり、フォトレジスト膜にパターン（ホール、ライン）の露光を行い、現像する。露光ショット内には中心と四隅の合計５点に同一のパターンが配置されており、３７ショットの露光を行う。次に、得られた３７ショットそれぞれのパターンを測長し、ショット内のパターン寸法のレンジ、即ちショット内５点のパターン寸法の差を算出する。算出した３７ショットのうち最大のパターン寸法のレンジによってレベリング補正が正確に行えているか否かを判定する。なお、レンズ収差など、レベリング以外の要因によっても寸法ばらつきは発生するため、ショット内のパターン寸法のレンジが６０ｎｍ以下のものをレベリング補正が正常に行えたと判定した。
【００２９】
［実験条件］
ＳＯＩ層の厚さ  ：  １μｍ、３μｍ、５μｍ、７μｍ、１０μｍ、２０μｍ
発光ＬＥＤ  ：  ８６０ｎｍ、６３３ｎｍ、４５０ｎｍ
評価パターン  ：  ホールパターン、ラインパターン
ホールパターンを形成するフォトレジスト膜の厚さ  ：  ０．８１５μｍ
ラインパターンを形成するフォトレジスト膜の厚さ  ：  ０．８６μｍ
ホールパターンのホール径  ：  ０．４μｍ
ラインパターンのライン／スペース  ：  ０．５μｍ／０．５μｍ
【００３０】
［実験結果］
図３は、ホールパターンの実験結果を示す図であり、ＳＯＩ層の厚さに対するショット内のパターン寸法のレンジを示す棒グラフである。図４は、ラインパターンの実験結果を示す図であり、ＳＯＩ層の厚さに対するショット内のパターン寸法のレンジを示す棒グラフである。なお、図３及び図４それぞれに示す参照符号６０の線は、ショット内のパターン寸法のレンジが６０ｎｍを示している。
【００３１】
図３においてショット内のパターン寸法のレンジがグラフの最大値を示しているのは、ショット内５点のホールパターンのいずれかがつぶれていて測長できなかったことを意味している。また、図４においてショット内のパターン寸法のレンジがグラフの最大値を示しているのは、ショット内５点のラインパターンのいずれかがショートしていて測長できなかったことを意味している。また、図３及び図４それぞれに示すＣＺ基板は、ＳＯＩ基板ではなく通常のシリコンウエハに本実験を行ったものである。
【００３２】
また、露光ショット内の中心と四隅に同一のパターンを配置し、露光ショット中心のみでフォーカスをとるため、レベリング補正が正常に行えていない場合は、中心のパターンに比べて四隅のパターンが正常に露光されないことが多い。
【００３３】
図３によれば、ホールパターンの場合にレベリング補正が正常に行えるセンサー光（入射光）の波長領域は、ＳＯＩ層の厚さが７μｍ以上２０μｍ以下の場合は４５０ｎｍ〜６３３ｎｍであり、ＳＯＩ層の厚さが１μｍ以上７μｍ未満の場合は４５０ｎｍである。
【００３４】
図４によれば、ラインパターンの場合にレベリング補正が正常に行えるセンサー光（入射光）の波長領域は、ＳＯＩ層の厚さが５μｍ以上２０μｍ以下の場合は４５０ｎｍ〜６３３ｎｍであり、ＳＯＩ層の厚さが１μｍ以上５μｍ未満の場合は４５０ｎｍである。
【００３５】
上記実施の形態によれば、ＳＯＩ基板の表面上にフォトレジスト膜を塗布し、前記ＳＯＩ基板の表面の露光領域にレベリングセンサー光を入射し、その入射光が前記露光領域で反射する反射光を検出することによりレベリング補正を行い、その後、前記ＳＯＩ基板の前記露光領域の前記フォトレジスト膜に露光光を照射して露光する半導体装置の製造方法では、前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さを７μｍ以上２０μｍ以下とした場合は、前記レベリングセンサー光の波長領域を４５０ｎｍ〜６３３ｎｍとし、前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さを１μｍ以上７μｍ未満とした場合は、前記レベリングセンサー光の波長を４５０ｎｍとすることにより、ホールパターン及びラインパターンともにレベリング補正を精度良く行うことができる。その結果、露光光のショットの端部でデフォーカスによるパターン形成不良の発生を抑制することができる。
【００３６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態１による露光装置を用いて露光されるＳＯＩ基板の露光領域に対してレベリング補正を行う様子を示す模式図。
【図２】Ｓｉの光の吸収特性を示すもので光の波長と吸収係数βの関係を示す図。
【図３】ＳＯＩ層厚に対するショット内のホールパターン寸法のレンジを示す図。
【図４】ＳＯＩ層厚に対するショット内のラインパターン寸法のレンジを示す図。
【図５】（Ａ）はレベリングセンサー機構を示す模式図、（Ｂ）は（Ａ）に示す受光ディテクタで検出されるレベリング制御前とレベリング制御後の像を示す図。
【図６】（Ａ）はＳＯＩ基板の表面に照射した入射光と、その入射光が反射した反射光を模式的に示す図、（Ｂ）は（Ａ）に示す反射光の受光ディテクタでの光束イメージを示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１…発光ＬＥＤ、２…受光ディテクタ、２ａ…受光部、３…ウエハ、３ａ…支持基板、３ｂ…ＢＯＸ層、３ｃ…ＳＯＩ層、４ａ，４ｄ…入射光（無限遠平行光）、４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆ，５ｅ，５ｋ…透過光、５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｇ，５ｈ，５ｊ，…反射光、５ｃ，５ｆ，５ｉ，５ｌ…屈折光、６…ウエハステージ、７…Ｘ軸駆動機構、８…Ｙ軸駆動機構、９…位置ずれデータ、６０…線
【図１】
2009272436.tif 000003
【図２】
2009272436.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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