JP3175515B2 - 露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は露光装置及びそれを用い
たデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣ，ＬＳＩ，Ｃ
ＣＤ，液晶パネル，磁気ヘッド等の各種のデバイスの製
造装置である所謂ステッパーにおいて、エキシマレーザ
等のパルス光で照明したレチクル面上の回路パターンを
ウエハ面上に投影転写し、デバイスを製造する際に好適
なものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の半導体デバイスの製造技術におい
ては、露光波長をｇ線からｉ線に変えて超高圧水銀灯を
用いた露光法により解像力を向上させる試みが種々と行
われている。またエキシマレーザに代表される更に短い
波長のパルス光を用いることにより解像力の向上を図る
方法が種々と提案されている。短波長の光を用いる効果
としては一般に解像力が波長に反比例する効果を持って
いることが知られており、波長を短くした分だけ焦点深
度が深くなることがある。
【０００３】エキシマレーザは高出力で発光スペクトル
幅の狭い遠紫外領域のパルスレーザ光を発振する。エキ
シマレーザを半導体デバイスの製造装置に用いたときに
はウエハに塗布するフォトレジストの感光性が良く、露
光時間が短くなり、この結果、スループットが高くなる
という特長がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザを半導
体デバイスの製造装置に用いると、前述した種々の特長
が得られる。しかしながら、エキシマレーザはパルス光
を発振する為に、次のような問題点もある。
【０００５】（１−１）エキシマレーザの発振スペクト
ルは、例えばＫｒＦエキシマレーザの場合、半値全幅で
約３００ｐｍと従来の超高圧水銀灯からの光の波長幅に
比べて十分小さい。また遠紫外領域の光を用いる露光装
置の縮小投影光学系に使用できる光学材料は、現在品質
から考えて合成石英か蛍石のみである。その為、超高圧
水銀灯に比べて十分小さい３００ｐｍのスペクトル幅で
さえも、色収差の面から考えて、更に２桁程度小さくす
る（狭帯域化）必要がある。
【０００６】（１−２）通常、スペクトル幅をより小さ
くする為にはエタロン或いはグレーティング等の分散素
子を用いた狭帯域化ユニットで、スペクトル幅が１ｐｍ
程度までレーザ光を狭帯域化する。そして狭帯域化され
たレーザ光の発振中心波長は使用するレーザ媒質によっ
てもちろん異なるが、最大出力が得られる発振ゲインの
近傍の波長が選択される。例えばＫｒＦエキシマレーザ
の場合、発振ゲインの中心である２４８．３５ｎｍ近傍
である。
【０００７】（１−３）狭帯域化したエキシマレーザは
ゲインが存在する広範囲な波長で発振することが可能で
ある。しかし露光装置の光源として、このエキシマレー
ザを使うためには、予め決められた波長に固定する必要
がある。そのため通常、狭帯域化したエキシマレーザの
波長はＦｅランプやＨｇランプ等ランプ光源のある基準
波長に合わして使用している。しかしながら、これらの
ランプから得られる基線の輝度は微弱であるため、波長
校正をする場合、高精度な分光器が必要であった。その
為、より輝度の高い安定した基準光線が必要であった。
【０００８】また最近の半導体デバイスの製造装置に
は、高解像力でしかも高スループットであること等、種
々のことが要望されている。一般に投影光学系の解像力
は撮影レンズのＮＡに依存する。またスループットを高
める為にチップのサイズが大きくなってきている。この
為、高いＮＡでしかも広画角の投影レンズが必要になっ
てきている。
【０００９】しかしながら、 （１−４）投影レンズのＮＡや画角が大きくなるとその
設計がますます難しくなる。またそれに伴い許容される
製造誤差も小さくなり製造が困難になる。投影光学系を
製造する場合、通常レンズを組み合わせるだけでは所望
の性能を達成することができない。そのため組み合わせ
た投影光学系で実際に焼き付け試験を行い、焼き結果か
ら投影光学系の収差等をもとめ修正を行っている。しか
しながら、この方法では修正する人の経験に頼る面が強
く、多大な時間がかかり、スループットが低下し、すべ
ての投影光学系を確実に精度よく修正することが困難で
あった。
【００１０】（１−５）組み合わせた投影光学系を定量
的に測定する方法として、干渉計を用いて収差をもとめ
修正する方法がある。干渉計の光源はレーザを用いる
が、露光装置の光源のエキシマレーザを用いたとき、そ
の波長と一致した干渉計に適したレーザ光源はない。そ
のため干渉計の光源として露光装置で用いる光源と同じ
エキシマレーザを使用する方法がある。しかしながら、
通常のエキシマレーザは露光装置の光源に使用できるほ
ど可干渉性が高くなく、干渉計用の光源に適したもので
はない。またエキシマレーザはパルス発光するため出力
の安定化が難しく、エキシマレーザを用いた干渉計では
ＮＡや画角が大きくなった高性能の投影光学系の性能を
検査するには十分な精度を得ることができない。
【００１１】（１−６）ＨｅＮｅレーザ等のガスレーザ
は干渉計に適した光源であるが、波長が大きく異なるた
め、エキシマレーザを対象とした投影光学系においては
色収差や膜特性の面から使用することができない。
【００１２】（１−７）エキシマレーザの中心波長２４
８．３５ｎｍ近傍にはアルゴンイオンレーザの倍波が存
在しているが、それでもおよそ１００ｐｍ波長が異なっ
ており、狭帯域化されたエキシマレーザを光源とする投
影光学系の性能を検査する干渉計の光源としては色収差
が問題となり使用できない。等の問題点があった。
【００１３】本発明は露光光としてエキシマレーザ等の
パルス光を用いた場合であっても、安定した基準光源か
らの光でパルス光の波長を校正することにより、光学性
能を十分調整した高精度の投影光学系で第１物体面上の
パターンを第２物体面に露光転写することができ高解像
度の半導体デバイスを容易に製造することができる露光
装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的
とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の露光装
置はパルス光を発するレーザと、該レーザからの前記パ
ルス光で第１物体を照明する照明光学系と、前記パルス
光で照明された前記第１物体のパターンを第２物体上に
投影する投影光学系とを有する露光装置において、前記
投影光学系の光学性能は連続発振するレーザからの光を
波長変換して得た測定用の光で前記投影光学系の収差の
情報を含む干渉縞を形成して該干渉縞を解析することに
より測定してあり、前記パルス光の中心波長を前記測定
用の光の波長に一致させてあることを特徴としている。
【００１５】請求項2の発明は請求項1の発明において前
記パルス光を発するレーザは狭帯域化されたエキシマレ
ーザであることを特徴としている。
【００１６】請求項3の発明は請求項1の発明において前
記連続発振するレーザはガスレーザであることを特徴と
している。
【００１７】請求項4の発明の露光装置はＫｒＦエキシ
マレーザと、該ＫｒＦエキシマレーザからのパルス光で
マスクを照明する照明光学系と、前記パルス光で照明さ
れた前記マスクのパターンをウエハ上に投影する投影光
学系とを有する露光装置において、前記投影光学系の光
学性能はアルゴンイオンレーザからの光の2倍高調波で
前記投影光学系の収差の情報を含む干渉縞を形成して該
干渉縞を解析することにより測定してあり、前記パルス
光の中心波長を前記２倍高調波の波長に一致させてある
ことを特徴としている。
【００１８】請求項5の発明は請求項4の発明において前
記ＫｒＦエキシマレーザは狭帯域化されていることを特
徴としている。
【００１９】請求項6の発明のデバイス製造方法は請求
項１〜５のいずれか1項に記載の露光装置によりデバイ
スパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエ
ハを現像する段階とを含むことを特徴としている。
【００２０】
【実施例】図１は本発明の露光装置の実施例１の要部ブ
ロック図である。同図において、１は光源手段であり、
例えばパルス化されたレーザ光を発するＫｒＦエキシマ
レーザから成っている。エキシマレーザ１から波長２４
８ｎｍの遠紫外領域のパルス光を発している。２は狭帯
域化ユニットであり、例えばエタロンあるいはグレーテ
ィングなどの狭帯域化素子を用いることによりエキシマ
レーザ１から発振するレーザ光の狭帯域化を図ってい
る。３は波長計であり、エキシマレーザ１から発するパ
ルス光の波長を検出している。４はビーム整形光学系で
あり、波長計３を通過したレーザ光のビーム径を拡大し
揃えている。５は照明光学系であり、ビーム整形光学系
４からのレーザ光を用いてレチクルステージ１０に載置
した被照射面としてのレチクルＲ面上を均一に照明して
いる。
【００２１】６は投影光学系（投影レンズ）であり、レ
チクルＲ面上の回路パターンをウエハステージ７に載置
したウエハＷ面上に縮小投影している。９はコントロー
ラであり、ウエハＷ面上を投影露光する際の各種のプロ
セス条件を制御し設定している。１１はレーザコントロ
ーラでありコントローラ９で設定したプロセス条件に基
づいて光源手段１と狭帯域化ユニット２を制御し、光源
手段１から所定の波長のパルスレーザ光が発するように
している。
【００２２】本実施例においてレチクルＲ面上の回路パ
ターンをウエハＷ面上に投影露光する際のプロセス条件
を設定するときには、まずオペレータは投影露光での必
要な解像度、ウエハＷに設けたレジスト感度等から計算
される必要なパルスエネルギとパルス数をコントローラ
９に入力する。コントローラ９は入力されたプロセス条
件に基づいて最適、或いは必要な光源手段１からのレー
ザ光の発振条件を決定する。
【００２３】ここでいう発振条件とはレーザ光の１パル
ス当たりのエネルギ、発振周波数、発振中心波長等であ
る。発振するレーザ光の中心波長はレーザコントローラ
１１で設定された波長か或いはコントローラ９で設定さ
れ、レーザコントローラ１１に送られた設定値である。
レーザコントローラ１１はエキシマレーザ１からの発振
波長が設定された発振波長になるように波長計３を用い
て発振されたレーザ光を絶えずモニタしている。そして
狭帯域化ユニット２の内部にある狭帯域化素子（不図
示）の制御を行い、設定された波長となるようにコント
ロールしている。
【００２４】ここでコントローラ９で設定する波長は、
露光装置で用いる光源手段１がＫｒＦエキシマレーザの
場合、連続発振するアルゴンイオンレーザ（波長４９
６．５ｎｍ）の２倍高調波の発振波長である２４８．２
５ｎｍと設定している。アルゴンイオンレーザはいくつ
もの発振線が存在しているが、比較的出力の強い４９
６．５ｎｍの２倍高調波の波長がＫｒＦエキシマレーザ
の発振波長と近い。そして、その波長に露光装置での露
光光としての波長を合わせている。
【００２５】狭帯域化ユニット２で狭帯域化されたエキ
シマレーザ１からの最大出力が得られる波長はゲインの
中心である２４８．３５ｎｍ付近である。即ちエキシマ
レーザ１からの発振波長を２４８．２５ｎｍと設定する
ことは最大出力が得られる波長と０．１ｎｍ程度離れて
いることになる。しかしながら本発明者が行った実験に
よれば、レーザの発振波長と出力との関係が図２のよう
になった。
【００２６】狭帯域化されたＫｒＦエキシマレーザにお
いては、０．１ｎｍ程度の最大出力が得られる波長から
設定する発振中心波長をずらしても、数％程度得られる
出力が落ちる程度であった。一般に露光装置において大
きな出力の低下は像面照度の低下及び解像力の低下につ
ながり、大きな問題となる。しかしながら、本実施例に
おけるこの程度の出力の低下は光学系を適切に設定すれ
ば十分吸収でき何んら問題とならない。
【００２７】本実施例では露光装置に使用するパルス光
を発する光源手段１からの発振波長を可干渉性の高い連
続発振のレーザ光源、例えばアルゴンイオンレーザの２
倍波からのレーザ光の２倍高調波の波長に合わせてい
る。即ち連続発振するレーザ光として安定したアルゴン
イオンレーザからの光を用いて、エキシマレーザからの
発振波長を合わせている。このときの波長の合わせ方法
は種々な方法が適用可能である。例えば分光器にアルゴ
ンイオンレーザとエキシマレーザの両方の光を入射し、
その差を比較し、一致させる方法が適用できる。この
他、図３に示す構成を用いる方法も適用可能である。
【００２８】図３においてはアルゴンイオンレーザ２９
からのレーザ光を波長変換素子２８を介して波長変換し
てミラー３０ａと３０ｂで反射させて波長計３に入射さ
せて、これよりアルゴンイオンレーザ２９からのレーザ
光の波長を測定してエキシマレーザ１からのレーザ光の
波長を合わせている。
【００２９】図４では露光装置に使用するパルス光を発
する光源手段からの発振波長を可干渉性の高い連続発振
のアルゴンイオンレーザ２９の２倍高調波の波長に合わ
せている。そしてアルゴンイオンレーザ２９からのレー
ザ光を用いて投影光学系６の光学特性を種々と測定する
場合を示している。図４においてはアルゴンイオンレー
ザ２９から出たレーザ光は波長変換素子２８で波長変換
して２倍高調波とし、パルス光源手段と同一またはほぼ
同一の波長のレーザ光としてコリメータレンズ２６で所
望のビーム径に整形し、ハーフミラー２５に入射してい
る。
【００３０】ハーフミラー２５に入射したレーザ光の一
部は反射してコリメータレンズ２１で集光し、投影光学
系６に入射させている。そして該入射光を投影光学系６
で集光した後に球面ミラー２０で反射し、元の光路を戻
り、ハーフミラー２５を通過して結像レンズ２３により
カメラ（ＣＣＤカメラ）２４面上に測定光として入射さ
せている。一方ハーフミラー２５に入射したレーザ光の
一部は透過し、参照ミラー２２で反射し、元の光路を戻
り、ハーフミラー２５で反射して結像レンズ２３により
カメラ２４面上に参照光として入射している。
【００３１】カメラ２４に結像された光束に基づく像
（例えば干渉縞）は投影光学系６の収差等の情報を含ん
だ干渉縞となる。この干渉縞を画像処理装置２７で解析
することにより、投影光学系の各種の収差等を検出し
て、光学性能を測定している。そしてこのように安定し
たレーザ光を用いて十分良く光学特性を調整した投影光
学系を用いることにより高解像度のパターン撮影を可能
にしている。
【００３２】次に上記説明した露光装置を利用した半導
体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００３３】図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。
【００３４】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【００３５】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【００３６】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【００３７】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００３８】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。
【００３９】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００４０】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００４１】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造
することができる。
【００４２】
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、露光装置に用いる投影
光学系の性能測定用の光源に安定した連続発振のレーザ
を使用でき、光学性能が正確に測定された高性能な投影
光学系を搭載した露光装置が提供できる。又本露光装置
を用いて、ＩＣ，ＬＳＩ，ＣＣＤ，液晶パネル，磁気ヘ
ッドなどの各種デバイスを正確に製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の露光装置の実施例１の要部ブロック
図
【図２】 本発明に係るレーザ光源の発振波長と出力と
の関係を示す説明図
【図３】 本発明に係る一部分の要部ブロック図
【図４】 本発明に係る一部分の要部ブロック図
【図５】 本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
【図６】 本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
【符号の説明】
１ 光源手段 ２ 狭帯域化ユニット ３ 波長計 ４ ビーム整形光学系 ５ 照明光学系 ６ 投影光学系 ７ ウエハステージ ９ コントローラ １０ レチクルステージ １１ レーザコントローラ Ｒ レチクル Ｗ ウエハ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パルス光を発するレーザと、該レーザか
    らの前記パルス光で第１物体を照明する照明光学系と、
    前記パルス光で照明された前記第１物体のパターンを第
    ２物体上に投影する投影光学系とを有する露光装置にお
    いて、前記投影光学系の光学性能は連続発振するレーザ
    からの光を波長変換して得た測定用の光で前記投影光学
    系の収差の情報を含む干渉縞を形成して該干渉縞を解析
    することにより測定してあり、前記パルス光の中心波長
    を前記測定用の光の波長に一致させてあることを特徴と
    する露光装置。
  2. 【請求項２】 前記パルス光を発するレーザは狭帯域化
    されたエキシマレーザであ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】 前記連続発振するレーザはガスレーザで
    あることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  4. 【請求項４】 ＫｒＦエキシマレーザと、該ＫｒＦエキ
    シマレーザからのパルス光でマスクを照明する照明光学
    系と、前記パルス光で照明された前記マスクのパターン
    をウエハ上に投影する投影光学系とを有する露光装置に
    おいて、前記投影光学系の光学性能はアルゴンイオンレ
    ーザからの光の２倍高調波で前記投影光学系の収差の情
    報を含む干渉縞を形成して該干渉縞を解析することによ
    り測定してあり、前記パルス光の中心波長を前記２倍高
    調波の波長に一致させてあることを特徴とする露光装
    置。
  5. 【請求項５】 前記ＫｒＦエキシマレーザは狭帯域化さ
    れていることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
  6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５のいずれか1項に記
    載の露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光す
    る段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含むこ
    とを特徴とするデバイス製造方法。
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