JP2000012451A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光露光単体ではなしえない高解像度を実現で
き、かつ高スループットをねらうことのできる露光装置
を提供する。 【解決手段】 本発明の露光装置１は、荷電粒子ビーム
及び光の両方に感度を有するレジストを塗布したウエハ
３１を載置するステージ３５と、同ウエハ上にパターン
を形成するための荷電粒子ビーム光学系３及び光光学系
５を具備する。そして、荷電粒子ビーム露光と光露光を
同時並行的に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク（レチクル
含む）上に形成した半導体デバイスや液晶デバイス等の
パターンを感応基板（以下例示としてウエハともいう）
上に形成するための露光装置に関する。特には、光露光
単体ではなしえない高解像度を実現でき、かつ高スルー
プットをねらうことのできる露光装置に関する。なお、
本明細書にいう光には可視光、紫外光を含み、荷電粒子
ビームには電子ビーム及びイオンビームを含む。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップの露光を例に採って従来技
術を説明する。現在のところ、半導体チップの量産工程
における露光は、可視光あるいは紫外光を用いるいわゆ
るステッパーによるのが主流である。しかし、デバイス
の最小線幅が小さくなるにしたがって露光光の波長は短
くなっており、それに伴い使用できる光学材料が限られ
てきている。また、さらなる高解像度への要求に対応す
るためにも、光学系の視野が狭くならざるをえなくなっ
ている。一方半導体チップの寸法は、高集積化に伴い少
しずつ大きくなっており、一回の露光で半導体チップ全
体をパターン形成できない場合も生じている。そこで、
注目されているのが、いわゆるスキャン方式のようにレ
チクルとウエハを同期スキャンさせながら露光する方式
である。

【０００３】一方、紫外光を用いる露光よりも高解像度
が得られる電子ビーム露光はスループットが低いのが欠
点とされており、その欠点を解消すべく様々な技術開発
がなされてきた。現在では、セルプロジェクション等と
呼ばれる図形部分一括露光方式が実用化されているが、
この方式も、本格的な半導体チップの量産におけるウエ
ハ露光に応用するにはスループットが１桁程度低い。

【０００４】図形部分一括露光方式よりも飛躍的に高ス
ループットをねらう電子ビーム転写露光方式として、一
個の半導体チップ全体の回路パターン（チップパター
ン）を備えたレチクルに電子ビームを照射し、その照射
範囲のパターンの像を投影レンズにより縮小転写する電
子ビーム縮小転写装置が提案されている（例えば特開平
５−１６００１２号参照）。この種の装置の光学系で
は、レチクル上のチップパターンの全範囲に一括して電
子ビームを照射して一度にチップパターン全体を転写で
きるほどに広い低収差の視野は得られないので、チップ
パターンを小領域に分割し、各小領域毎に電子ビーム光
学系の条件を変えながらパターンを順次転写し、ウエハ
上では各パターン小領域の像をつなげて配列することに
より全回路パターンを転写する、との提案もなされてい
る（分割転写方式、例えば米国特許第５２６０１５１号
参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、高スルー
プットの電子ビーム露光装置が開発されつつある。しか
し、従来用いられてきた光の露光装置に比較すると未だ
スループットは十分ではない。電子ビームの特徴である
高解像を維持するためには、前項に記した分割転写方式
でも、クーロン効果によるボケや歪みを減らすために照
射電流を低くしなければならず、例えば、最小線幅０．
１μm の半導体デバイスパターンを１２インチウエハに
露光した場合、スループットは２０枚／時と光露光に比
べると半分以下である。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、光露光単体ではなしえない高解像度を実現
でき、かつ高スループットをねらうことのできる露光装
置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】上記課題を解決するた
め、本発明の露光装置は、 荷電粒子ビーム及び光の両
方に感度を有するレジストを塗布した感応基板を載置す
るステージと、該感応基板に荷電粒子ビームを照射して
パターン形成する荷電粒子ビーム光学系と、該感応基板
に光を照射してパターン形成する光光学系と、を具備
し； 上記感応基板上に荷電粒子ビーム露光と光露光を
同時並行的に行えることを特徴とする。ここで同時並行
的とは、両露光が完全に同時に行われる場合のみを指す
ものではなく、若干の時間差をおいて両露光が行われる
ものも含む意味である。

【０００８】本発明の露光装置を用いた露光プロセスに
おいては、露光図形を２通りに分離する。荷電粒子ビー
ムは、高解像である特徴を生かして、小さくて高解像が
要求される図形を露光する。光露光では残りの比較的大
きく高解像が要求されない図形を露光する。なお、元々
一つの大きい図形でも、中央部は光で露光し、周辺部は
電子ビームで露光してもよい。この場合、図形の輪郭を
クッキリと形成できる。また、荷電粒子ビーム露光も、
光露光もマスク転写方式によることができる。なお、電
子ビーム露光における可変成形露光方式やセルプロジェ
クション方式もマスク転写露光に含む。これにより、従
来の光露光のスループットと変わらず、高解像を達成で
きる露光装置が得られる。

【０００９】高い解像が要求される図形は荷電粒子ビー
ムで露光し、それ以外の図形は光で露光することによ
り、全パターンを荷電粒子ビームで露光する場合に比べ
て電流が少なくてすむ。このため、大図形の電子ビーム
露光時に問題となるクーロン効果による像のボケや小領
域像の歪が実質的になくなるため、電流密度を大きくで
きる。したがって、高解像でスループットの高い露光装
置が実現できる。光露光を、荷電粒子ビーム露光の近接
効果を補正するためのゴースト露光としてもよく、近接
効果補正のための荷電粒子ビームによるゴースト露光が
不用となるためトータルスループットが向上する。

【００１０】なお、荷電粒子ビームの一種である電子ビ
ームと光（例えば波長１９３nmの光）の両方に良好な感
度を有するレジストとしては、 社製のＳＡＬ６
０１等を用いることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る露光装
置は、感応基板を載置するステージと、該感応基板に荷
電粒子ビームを照射してパターン形成する荷電粒子ビー
ム光学系と、該感応基板に光を照射してパターン形成す
る光光学系と、荷電粒子ビーム露光マスクを載置するス
テージと、光露光マスクを載置するステージと、を具備
する。そして、上記各マスク上のパターンは複数の露光
領域に分割されて形成されており、上記感応基板ステー
ジ並びに両マスクステージをステップ・アンド・リピー
ト式あるいは連続スキャン式に移動させながら、感応基
板上の同一領域に、転写するマスク上の領域を、同時並
行的に荷電粒子ビーム露光及び光露光を行う。

【００１２】この態様において特に高スループットをね
らえる方式は、次のような方式である。荷電粒子ビーム
露光用マスク及び光露光用マスクともに、自己の露光担
当分についてのデバイス全体の回路パターンを有する。
また、上記回路パターンが、いくつかのストライプ
（帯）に分割されてマスク上に形成されている。そし
て、上記マスクステージと感応基板ステージとを同期連
続スキャンさせながら、荷電粒子ビーム露光は分割転写
方式で、光露光はスキャン露光式で、同一ストライプ
を、同時並行的に荷電粒子ビーム露光及び光露光を行
う。この場合、ストライプの幅は、通常、荷電粒子ビー
ム光学系のビーム偏向走査可能な視野の広さによって決
定される。光露光にとっては、そのように決定されたス
トライプの幅を光学系内の視野に収めることは比較的楽
であり、本方式の露光装置における光光学系の技術的制
約は緩和されたものとなる。

【００１３】以下、図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明の１実施例に係る露光装置の構成を模式的に
示す光学配置図である。この露光装置１は、並んで配置
された電子ビーム光学系３と光光学系５を備える。両光
学系の露光対象物であるウエハ３１は１枚であり、その
ウエハ３１を載せるウエハステージ３５も１台である。

【００１４】まず、電子ビーム光学系３について説明す
る。電子ビーム光学系３は、その最上流部に電子銃１１
を有する。電子銃１１は、下方に向けて電子ビームを放
射する。電子銃１１の下方には２段のコンデンサレンズ
１３が備えられている。コンデンサレンズ１３の下に
は、矩形開口１５が備えられている。この矩形開口１５
は、レチクル１９の一つの露光１単位領域を照明する照
明ビームのみを通過させる。具体的には、開口１５は、
照明ビームをレチクルサイズ換算で１mm角強の寸法の正
方形に成形する。この開口１５の像は、レンズ１７によ
ってレチクル１９に結像される。

【００１５】開口１５の下方には、照明ビーム走査用偏
向器１６が配置されている。この偏向器１６は、主に照
明ビームを図１に示すＸ方向に順次走査して、照明光学
系の視野内にあるレチクルの各小領域の照明を行う。偏
向器１６の下方には、コンデンサレンズ１７が配置され
ている。コンデンサレンズ１７は、電子ビームを平行ビ
ーム化してレチクル１９に当て、レチクル１９上に開口
１５を結像させる。

【００１６】レチクル１９は、図１では、光軸上の１小
領域のみが示されているが、実際には光軸垂直面内（Ｘ
−Ｙ方向）に広がっている。レチクル１９上には、全体
として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チ
ップパターン）が形成されている。また、レチクル１９
は、ＸＹ方向に移動可能なレチクルステージ２１上に載
置されている。そして、感応基板であるウエハ３１もＸ
Ｙ方向に移動可能なウエハステージ３５上に載置されて
いる。これらのレチクルステージ２１とウエハステージ
３５とを、互いに逆のＹ方向に（レンズ２３がＳＭＤレ
ンズの場合）同期走査することにより、チップパターン
内にＹ方向に多数配列された各パターン小領域を連続的
に露光することができる。なお、両ステージ２１、３５
には、レーザ干渉計を用いた正確な位置測定システムが
装備されており、ウエハ３１上でレチクル１９上のパタ
ーン小領域の縮小像が正確に繋ぎ合わされる。

【００１７】レチクル１９の下方には投影光学系２３及
び偏向器（図示されず）が設けられている。そして、レ
チクル１９のある小領域に照明ビームが当てられ、レチ
クル１９を通過してパターン化された電子ビームは、投
影光学系２３によって縮小されるとともに、偏向器によ
り偏向調節されてウエハ３１上の所定の位置に結像され
る。ウエハ３１上には、電子ビームにも感度を有するレ
ジストが塗布されており、レジストに電子ビームのドー
ズが与えられてレチクル像の縮小パターンがウエハ３１
上に転写される。ウエハ３１は、前述のように、光軸直
角方向に移動可能なウエハステージ３５上に載置されて
いる。

【００１８】次に、光光学系５について説明する。光光
学系５の最上流側には光源４１が配置されている。この
光源４１は、本例では、水銀ランプである。光源５は、
図示されてはいないが、光を平行光束に変換するインプ
ットレンズや、光をＯＮ−ＯＦＦするシャッター等も有
している。また、オプティカルインテグレータとしての
フライアイレンズや可変開口絞りも含んでいる。なお、
水銀ランプの他に、ＫｒＦエキシマレーザー等のパルス
レーザー光源又はその他の光源を使用できる。

【００１９】光源より射出された露光光は、リレーレン
ズ４３を経て主コンデンサレンズ４５に入射する。主コ
ンデンサレンズ４５により適度に集光された露光光は、
ほぼ均一な照度でレチクル４９を照明する。なお、照明
光学系中には、図示されていないが、可変レチクルブラ
インドやビームスプリッター等も適宜配置される。

【００２０】レチクル４９のパターン領域を通過した露
光光は、ミラー５３で図の左方向に反射され、真空窓５
５を通過して電子ビーム光学系鏡筒内に入る。なお、真
空窓５５は、真空となっている電子ビーム光学系鏡筒と
大気部分を遮る窓である。真空窓５５を通過した露光光
は、電子ビーム光学系の光軸上に斜めに配置されている
ミラー５７に当って下方に反射される。なお、ミラー５
７の中央部は電子ビームの通る孔が開いている。ミラー
５７で反射された露光光は、投影光学系５９によりウエ
ハ３１上の露光領域に集束され、これによりレチクル４
９のパターンがウエハ３１のその領域に所定の縮小倍率
で転写される。なお、投影光学系５９の中央部も電子ビ
ームの通る孔が開いている。

【００２１】本実施例の露光装置の光光学系でスキャン
露光を行う場合には、光レチクルのステージ５１とウエ
ハステージ３５を互いに逆方向に縮小率倍比で同期させ
ながら走査する。なお、ウエハステージ３５は、電子ビ
ームレチクル１９のステージ２１とも同期する。なお、
スキャン露光方式の光露光装置のより具体的な詳細につ
いては特開平８−６４５０６号等を参照できる。

【００２２】本実施例の露光装置は、上記のように構成
されているので、露光図形を２通りに分離して、小さく
て高解像が要求される図形は荷電粒子ビームで露光し、
残りの比較的大きく高解像が要求されない図形は光で露
光できる。これにより、従来の光露光に対抗できるスル
ープットを有し、かつ高解像が達成できる露光装置が得
られる。

【００２３】次に、本実施例の露光装置を用いて行う転
写露光の概要について説明する。図２は、光露光で電子
ビーム露光の近接効果補正をする場合のプロセス概要を
説明するための図である。この露光に用いる電子ビーム
露光レチクルパターン７１は、電子ビームが散乱をあま
り受けずに透過するパターン７１ａを有する。一方、光
露光レチクルパターン７３は、電子ビーム露光パターン
７１を反転させたパターンである。両パターン７１、７
３を、ウエハ上の共通の領域７５に転写する。このと
き、電子ビーム露光パターンはフォーカスの合った像を
ウエハ上に結像させ、光露光は少しボケた像をウエハ上
に結像させる。両露光のドーズ比は、電子ビーム露光の
近接効果補正に適した所定のドーズ量比とする。このよ
うに露光すれば、同時に電子ビームパターン露光と光に
よる近接効果補正露光を行うことができる。

【００２４】図３は、ステップ・アンド・リピート方式
に電子ビーム露光と光露光を同時に行う例を示す図であ
る。この例では、電子ビーム露光レチクル８１及び光露
光レチクル８５ともに、半導体デバイス１チップ（ダ
イ）分のパターンが、多数の露光領域８３−１、２、
３、８７−１、２、３に分割されて配置されている。各
領域は、ほぼ正方形で、レンズ上に碁盤の目状に並んで
いる。これらの露光領域をウエハ９１上の１つのダイ９
３上に転写する。その際、電子ビームパターンの１つの
領域８３−１と光露光パターンの１つの領域８７−１
を、ウエハ９１上の１つの領域９５−１に同時に重ねて
露光する。そして、露光を、順次８３−２、８７−２、
９５−２とステップ・アンド・リピート式に進めてい
く。

【００２５】図４は、連続スキャン式に電子ビーム露光
と光露光を同時に行う例を示す図である。この例では、
電子ビーム露光レチクル１０１及び光露光レチクル１０
５ともに、図の上下に延びる帯状の領域１０３−１、
２、…、１０５−１、２、…が配置されている。各領域
１０３、１０５内では、電子ビーム露光も光露光も連続
スキャン式に行う。各領域１０３、１０５のパターン
は、ウエハ１１１上の１つのダイ１１３内の１つの帯状
領域１１５に同時に重ねて露光される。そして、一つの
領域の露光が終って次の領域に進むときは、露光を停止
してステージを送る。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光露光単体ではなしえない高解像度を実現で
き、かつ高スループットをねらうことのできる露光装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る露光装置の構成を模式
的に示す光学配置図である。

【図２】光露光で電子ビーム露光の近接効果補正をする
場合のプロセス概要を説明するための図である。

【図３】ステップ・アンド・リピート方式に電子ビーム
露光と光露光を同時に行う例を示す図である。

【図４】連続スキャン式に電子ビーム露光と光露光を同
時に行う例を示す図である。

【符号の説明】

１ 露光装置 ３ 電子ビーム光
学系 ５ 光光学系 １１ 電子銃 １３ コンデンサレンズ １５ 照明ビーム
成形開口 １６ 偏向器 １７ 照射レンズ １９ 電子ビーム露光レチクル ２１ レチクルス
テージ ２３ 電子ビーム投影光学系 ３１ ウエハ ３５ ウエハステージ ４１ 光源 ４３ リレーレンズ ４５ 主コンデン
サレンズ ４９ 光露光レチクル ５１ レチクルス
テージ ５３ ミラー ５５ 真空窓 ５７ ミラー ５９ 光投影光学
系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H097 AA12 AA13 AB09 BA01 BB01 CA16 FA07 GA43 GB01 LA10 LA12 5C034 BB05 BB07 BB09 BB10 5F056 AA22 AA27 AA29 AA31 CB15 CB32 CC09 CC12 CC13 DA04 DA22 FA03 FA08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビーム及び光の両方に感度を有
   するレジストを塗布した感応基板を載置するステージ
   と、該感応基板に荷電粒子ビームを照射してパターン形
   成する荷電粒子ビーム光学系と、該感応基板に光を照射
   してパターン形成する光光学系と、を具備し；上記感応
   基板上に荷電粒子ビーム露光と光露光を同時並行的に行
   えることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 上記光露光が、上記荷電粒子ビーム露光
   の近接効果を補正するゴースト露光であることを特徴と
   する請求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】 上記光露光で比較的大きいパターン図形
   の露光を行い、上記荷電粒子ビーム露光で比較的小さい
   パターン図形の露光を行うことを特徴とする請求項１記
   載の露光装置。
4. 【請求項４】 上記光露光及び荷電粒子ビーム露光とも
   に、マスク上に形成したパターンを転写する転写露光で
   あることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 【請求項５】 感応基板を載置するステージと、該感応
   基板に荷電粒子ビームを照射してパターン形成する荷電
   粒子ビーム光学系と、該感応基板に光を照射してパター
   ン形成する光光学系と、荷電粒子ビーム露光マスクを載
   置するステージと、光露光マスクを載置するステージ
   と、を具備し；上記各マスク上のパターンは複数の露光
   領域に分割されて形成されており、 上記感応基板ステージ並びに両マスクステージをステッ
   プ・アンド・リピート式に移動させながら、感応基板上
   の同一フィールドに、転写するマスク上のフィールド
   を、同時並行的に荷電粒子ビーム露光及び光露光を行う
   ことを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 感応基板を載置するステージと、該感応
   基板に荷電粒子ビームを照射してパターン形成する荷電
   粒子ビーム光学系と、該感応基板に光を照射してパター
   ン形成する光光学系と、荷電粒子ビーム露光マスクを載
   置するステージと、光露光マスクを載置するステージ
   と、を具備し；上記各マスク上のパターンは一つ又は複
   数の露光領域に分割されて形成されており、 上記感応基板ステージ並びに両マスクステージを連続ス
   キャン式に移動させながら、感応基板上の同一領域に、
   転写する各マスク上の領域を、同時並行的に荷電粒子ビ
   ーム露光及び光露光を行うことを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 上記荷電粒子ビーム露光用マスク及び光
   露光用マスクともに、自己の露光担当分についてのデバ
   イス全体の回路パターンを有し、 上記回路パターンが、いくつかのストライプ（帯）に分
   割されてマスク上に形成されており、 上記各マスクステージと感応基板ステージとを同期連続
   スキャンさせながら、荷電粒子ビーム露光は分割転写方
   式で、光露光はスキャン露光式で、同一ストライプを同
   時並行的に荷電粒子ビーム露光及び光露光を行うことを
   特徴とする請求項６記載の露光装置。