JP2005108892A - 調節フィルタ、露光装置、及び、露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光光の照度むらを抑えて正確なパターン転写を行う。
【解決手段】 露光において、露光装置における露光光を透過する基板と、基板に設けられ、かつ、基板の露光光の透過率よりも透過率が低い低透過率部とを有する調節フィルタを用いる。この調節フィルタの低透過率部は、露光光の照度の高い部分に、その高さの度合いに合せて、露光光の透過率を低くするように設けられ、照度の高さを相殺して露光光の照度を概ね一律にする。露光の際には、露光光から発振した光を、マスクに照射する前に、この調節フィルタに通過させ、これにより、照度むらを抑えた露光光が照射されるようにする。
【選択図】 図１

Description

この発明は調節フィルタ、露光装置及び露光方法に関する。更に具体的には、露光装置において用いられる、露光光の照度調節用の調節フィルタ及びこれを用いた露光装置並びに露光方法に関するものである。

近年、半導体素子パターンの微細化に伴い、光リソグラフィ技術における解像力の向上と、パターン転写精度の向上とが要求されている。また、解像力を向上させ、パターン精度を向上させるためには、ウェーハに塗布されたフォトレジストを、適正な露光量で露光する必要がある。このため、マスクパターンに照射される露光光量が均一になるよう、照度むらを抑える必要がある。

図５は、従来の露光装置において、露光光源から発振した露光光を、照明光学系を介して、レジストの塗布されたウェーハに照射した結果を示す図である。
図５に示すように、マスクステージにマスクを介さない状態で、単に、露光光をレジストに照射した場合にも、レジストに照射される露光光には、照度むらが存在する。照度むらについては、さまざまな要因に起因するものであるが、大きな要因として、照明光学系の光学レンズの不均一性が考えられる。

光学レンズの不均一性の原因としては、レンズ材料に起因するものとして、クォーツ等の光学レンズを構成する原子の密度や化学構造が、１つの光学レンズ内で一律ではないこと、また、これにより、レンズの屈折率が一律ではないこと等が考えられる。また、光学レンズには、一般に反射防止膜が塗布されるが、この反射防止膜の膜厚が不均一な場合も、光学レンズの不均一性の原因になるものと考えられる。更に、後発的に、光学レンズの均一性（Lens Uniformity）を損なう原因として、光学レンズの汚染等による劣化が考えられる。光学レンズの劣化は、露光装置内において光学レンズが繰り返し使用された場合に、露光装置内の水分、レジストの成分等が光学レンズに付着することにより起こるものと考えられる。

ところで、図５に示した例においては、照度むらは、約４．８８%程度に抑えられている。しかしながら、光学レンズの不均一性に起因する照度むらが、パターンに与える影響は、他の露光条件が同じ場合には、露光光の波長が短い程大きくなる。具体的に、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ（波長248nm）においては、その不均一性を約１%以下にする必要があり、これが、約３〜４%程度を超えると、この照明光学系を用いた場合の照度むらによるパターンのＣＤ（Critical Dimension）差は、無視できない程度にまで大きくなってしまう。現在、パターン微細化に伴い、露光光の短波長化が進んでいることから、上記のような光学レンズの不均一性による照度むらを改善する対策が必要である。

そこで、照度むらの改善のため、種種の対応策が、考えられている。具体的に、例えば、照度むらを検出し、この照度むらに合わせて、あらかじめ、パターンの設計サイズを調整しておく方法などがある。即ち、この方法においては、照度が強い露光光が透過する部分については、パターン設計サイズを、実際より小さくし、照度が弱い露光光が透過する部分については、パターン設計サイズを、実際のパターン寸法より大きくする。

あるいは、マスクのパターン面とは反対側に、照度むらに合わせて、マスクの光透過率を変更する膜を形成する方法も考えられている。また、例えば、露光光のスキャンエネルギーを調整する方法もある。更に、後発的なレンズの汚染等に対しては、定期的に、あるいは、必要に応じて、レンズの洗浄を行う方法もある（例えば、非特許文献１参照）。

Correction method for radial effect caused by spin process, Proc.SPIE, Vol. 2884, P466

しかし、例えば、照度むらを検出して、これに合わせてパターン設計を行う場合、各パターンごとに、かつ、露光に用いる装置に合わせて変更した設計パターンが必要となる。従って、半導体製造における処理工程が増加し、製造遅延や、製造費用の増大を招くことが考えられる。また、この場合、光学レンズの汚染等による劣化等、後発的に生じる照度むらに対応するためには、その都度、照度むらに合わせて設計パターンの補正が必要となる。

また、露光装置のスキャンエネルギーの調節は、複雑であり、照度むらに合わせてスキャンエネルギーを厳密に調整することは、困難である。また、この場合にも、後発的な光学レンズの劣化に対応するためには、スキャンエネルギーの調節プログラムを、その都度変更させなければならない。

更に、マスクパターン面とは反対側に、照度むらを調節する膜を形成する場合、後発的なレンズの劣化に対応するためには、マスク自体、あるいは、調節膜自体を形成し直す必要があり、マスクの生産コストの増大、ひいては半導体装置の製造費用の増大に繋がってしまうことが考えられる。

従って、この発明は、以上の問題を解決し、より簡便な方法で、照度むらを抑え、かつ、光学レンズの劣化等の原因による後発的な照度むらに対しても、容易に対応できるようにした調節フィルタ及びこれを用いた露光装置並びに露光方法を提供するものである。

この発明における調節フィルタは、露光装置における露光光を透過する基板と、
前記基板に設けられ、かつ、前記基板の前記露光光の透過率よりも透過率が低い低透過率部と、
を備え、
前記低透過率部は、前記露光光の照度の高い部分に、その高さの度合いに合せて、前記露光光の透過率を低くするように設けられ、前記照度の高さを相殺して前記露光光の照度を概ね一律にするものである。

また、この発明における露光装置は、
露光光源と、
前記露光光源からの露光光が入射される位置に配置された照明光学系と、
前記光学系を通過した光が照射される位置に配置されたマスクステージと
前記マスクステージに配置されたマスクを透過した光が入射される位置に配置された投影光学系と、
前記露光光源と、前記マスクステージとの間の、露光光の光路のいずれかの位置に配置された、この発明の調節フィルタと、
を備えるものである。

また、この発明の露光方法は、露光光源から発射した光を、照明光学系を介してマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを、基板に転写する露光方法であって、
前記露光光源と、前記マスクとの間に、前記露光光の照度の強さの度合いに合せて、その照度の強さを相殺するように低透過率部を設けた調節フィルタを配置して、
前記露光光の照度を調節した後、
前記マスクに、前記調節フィルタにより概ね一律の照度に調節された露光光を、照射して露光するものでる。

この発明においては、露光光源と、マスクステージとの間に載置できる調節フィルタを用いることにより、基板に照射される露光光の照度むらを抑えることができる。これにより、基板により正確にパターンを転写することができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における調節フィルタ１００を説明するための模式図である。
調節フィルタ１００は、露光光の照度むらを調節するフィルタである。調節フィルタ１００においては、クォーツ基板２の中央部付近に、クロムドットパターン部４が設けられている。また、クォーツ基板２の外周部には、クォーツ基板を支持するため、フレーム６が設けられている。

クォーツ基板２は、露光光を９９．５%以上の透過率で一律に透過する。また、クロムは、露光光を遮断することができる材料であるが、ここでは、ドットパターンとして、ドットの数を調整することで、クォーツ基板２よりも、露光光の透過率が低くなるように設定されている。この透過率は、露光光の照度むらを相殺するように、露光光の照度が強い部分においては、透過率が低くなるようにし、照度が弱い部分においては、透過率が高くなるように設定されている。具体的には、この実施の形態１においては、クロムドットパターン部４の透過率は、中央部付近で、約９５%程度、外側に行くにつれて、９９．５%に近づくようになっている。即ち、単位面積当たりのクロムのドット数は、中央部付近が最も多く、外側に行くにつれて少なくなっている。
フレーム６は、メタルフレームであり、表面には低反射防止膜が設けられている。

図２は、この発明の実施の形態１における露光装置２００を説明するための模式図である。
露光装置２００は、従来の露光装置と類似するものである。露光装置２００において、露光光源１０としては、Ｆ２エキシマレーザ等が用いられる。露光光源１０から発振した露光光が入射する位置に、照明光学系１２、１４が配置されている。また、照明光学系１４を通過した露光光が入射する位置に、レチクルステージ１６が設けられている。また、レチクルステージ１６を透過した露光光が入射する位置に、投影光学系１８が設けられている。投影光学系１８を通過した光が入射する位置には、ウェーハステージ２０が設けられている。

実施の形態１の露光装置２００においては、上述したような従来の露光装置の各部材に加えて、更に、照明光学系１２と、照明光学系１４との間に、調節フィルタ１００が設置されている。調節フィルタ１００は、容易に取り外しができるようになっている。

実際に露光を行う場合には、レチクルステージ１６上には、所望のパターンの形成されたレチクルが載置される。また、ウェーハステージ２０上には、感光剤としてレジストが塗布されたウェーハ２４が載置される。

この状態で、露光光源１０から発振した露光光は、まず、照明光学系１２に入射し、調節フィルタ１００を通過した後、照明光学系１４に入射する。調節フィルタ１００は、露光装置２００の、照明光学系１２、１４に起因する照度むらを調節するため、予め、中央部分にクロムドットパターン部４が形成されて、その部分の透過率は、中央部で、約９５%、外側に行くにつれて、約９９．５%に近くなっている。この調節フィルタ１００を通過することにより、マスクステージ上のマスクに照射される露光光は、照度むらが調節され、均一された照度を有する。

照明光学系１４を通過した光は、レチクルステージ１６上のレチクルに入射する。レチクルを透過した光は、その後、投影光学系１８に入射し、ここで、縮小され、その後、ウェーハステージ２０上のウェーハ２４上に結像する。これによって、ウェーハ２４上のレジストが感光しパターンが転写される。

以上説明したように、実施の形態１によれば、照明光学系１２、１４に起因する露光光の照度むらを調節する調節フィルタ１００が設置されている。これにより、レチクルには、均一な照度を有する光が照射される。

図３は、この発明の実施の形態１における露光装置２００の、露光光の照度を示す図である。即ち、図３は、レチクルステージ１６上にレチクルを載置させず、露光光源１０から発した光を、そのまま、照明光学系１２、調節フィルタ１００、照明光学系１４、投影光学系１８を介して、レジストに照射した場合の感光状態を示している。

図３に示すように、レジストに照射される露光光の照度は、全体にほぼ均一した状態であることがわかる。具体的に、この実施の形態においては、照度むらは、約１%以下に抑えられている。

以上説明したように、この実施の形態１によれば、調節フィルタ１００の挿入により簡単に露光光の照度むらを抑えることができる。従って、マスクに均一な照度の露光光を照射することができ、正確なパターンの転写を行うことができる。

また、調節フィルタ１００は、露光装置２００に取り外し可能であり、他の透過率に設定した調節フィルタに、容易に交換することができる。従って、透過率の異なる調節フィルタを準備することにより、後発的な光学レンズの劣化等による照度むらの発生にも、容易に対応することができる。具体的に、例えば、露光装置２００の露光回数が増加して照明光学系のレンズが劣化し、照度むらが大きくなった場合には、上述の調節フィルタ１００より、低い透過率で設定した調節フィルタに交換すればよい。

なお、実施の形態１においては、調節フィルタ１００を、照明光学系１２と、照明光学系１４との間に配置する場合について説明した。しかし、この発明において、調節フィルタ１００は、この位置に配置するものに限るものではない。調節フィルタ１００は、露光光源１０と、レチクルステージ１６との間に配置されるものであれば、他の部分であってもよく、例えば、照明光学系１２の上部や、照明光学系１４下部と、レチクルステージ１６との間等であってもよい。また、可能であれば、照明光学系１２、１４の中に装填したものであってもよい。

また、実施の形態１においては、クォーツ基板２より透過率の低い低透過率部として、クロムドットパターン部４を設けた。しかし、この発明において、低透過率の部分を形成する材料は、クロムに限るものではない。低透過率部は、例えば、透過率９５%程度の膜を中央部全体に設けるものや、あるいは、他の材料によりドットパターンを設けたもの等であってもよい。

また、実施の形態１においては、調節フィルタ１００の基板として、クォーツ基板２を用いる場合について説明した。これは、この発明においては、基板は、露光光の光量の無駄な低下を抑えるため、光をある程度高い率で透過する材料を用いる必要があるためである。しかし、基板としては、クォーツ基板に限るものではなく、他の基板であってもよい。他の基板材料としては、例えば、他の構造の石英基板、石英ガラス、弗化カリウムなども考えられる。

また、実施の形態１においては、クロムのドットを中央部に多く設け、中央部の透過率が低くなるようした調節フィルタ１００について説明した。これは、一般に、露光装置における照度は、中央部分において強く、外周部分付近においては、弱くなる傾向がある。従って、実施の形態１においては、このような場合に対応するよう、中央部分付近での透過率を低く、外周付近での透過率を高くした調節フィルタ１００について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、その露光装置等に応じて、露光光の照度が強い部分に、透過率を低くする低透過率部を設けたものであればよい。

その他の部分においても、この発明は、この実施の形態に限るものではなく、この発明の範囲内で、適宜変更しうるものである。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における調節フィルタ３００を説明するための模式図であり、図４（ａ）は、透過率の異なる二つのフィルタを組み合わせた状態を表し、図４（ｂ）は、透過率の低い中央部のフィルタのみを取り外した状態を表す。
図４（ａ）、４（ｂ）に示すように、調節フィルタ３００は、第１のフィルタ３０と、第２のフィルタ３２とが組み合わされて構成されている。

第１のフィルタ３０は、円形のクォーツ基板３４と、その外周部に取りつけられたフレーム３６により構成されている。クォーツ基板の透過率は、約９９．５％である。フレーム３６は、メタルフレームであり、その表面には、低反射防止膜が形成されている。

また、第２のフィルタ３２においては、クォーツ基板３８に、クロムからなるドットパターン４０が点在している。第２のフィルタ３２は、フィルタ３２中心部分の透過率が約９５%、外周部に近づくにつれて、徐々に、約９９．５%に近い透過率となっている。即ち、ドットパターン４０のドット数は、中央部付近に近づくにつれて多く、外周部付近では少なくなっている。また、第２のフィルタ３２には、第２のフィルタ３２を、第１のフィルタ３０に取りつけるためのフレーム４２が形成されている。フレーム４２は、透過率約９９．５%のクォーツにより構成される。フレーム４２は、第２のフィルタ３２のクォーツ基板３８の外周を取り囲む円形状の部分と、更に、この直径位置に繋がるように、円の外側に２本に伸びた棒形状の部分とを備える。この棒形状の部分の両端が、第１のフィルタ３０のフレーム３６に取り外しできるようになっている。

このような調節フィルタ３００を露光に用いる場合、実施の形態１の露光装置２００における調節フィルタ１００に代えて、調節フィルタ３００を装填すればよい。この調節フィルタ３００によっても、照度むらを抑えることができ、正確な露光を行うことができる。

また、この場合、露光装置２００の劣化等により、レンズの均一性が落ち、照度むらが大きくなった場合には、第２のフィルタ３２を、第１のフィルタ３０から取り外し、第２のフィルタ３２とは異なる透過率有する同様の形状のフィルタを、第１のフィルタ３０に取りつけることができる。従って、照度むらの変化に合わせて、透過率の異なる複数の第２のフィルタ３２を準備すれば、後発的な照度むらや、さまざまな照度むらの露光装置にも、容易に対応することができる。また、第２のフィルタ３２のみを準備すればよく、生産コストを抑えることができる。

なお、実施の形態２においては、円形の第１のフィルタ３０の中央部に、円形の第２のフィルタ３２を設ける場合について説明した。しかし、この発明はこの形状や、この位置に限るものではなく、露光装置の照度むらの位置に合わせて、透過率の低い第２のフィルタを設置できるようにしたものであればよい。
その他の部分は、実施の形態１と同様であるから説明を省略する。

なお、たとえば、実施の形態１のクロムドットパターン部４、実施の形態２の第２のフィルタ３２は、この発明における低透過率部に該当し、実施の形態２の第２のフィルタのフレーム４２は、この発明の支持部に該当する。

この発明の実施の形態１における調節フィルタを説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における露光装置を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における調節フィルタを介した場合の、露光光の照度むらを説明するための図である。 この発明の実施の形態２における調節フィルタを説明するための模式図である。 従来の露光装置における露光光の照度むらを説明するための図である。

符号の説明

１００ 調節フィルタ
２００ 露光装置
３００ 調節フィルタ
２ クォーツ基板
４ クロムドットパターン部
６ フレーム
１０ 露光光源
１２ 照明光学系
１４ 照明光学系
１６ レチクルステージ
１８ 投影光学系
２０ ウェーハステージ
２４ ウェーハ
３０ 第１のフィルタ
３２ 第２のフィルタ
３４ クォーツ基板
３６ フレーム
３８ クォーツ基板
４０ ドットパターン
４２ フレーム

Claims (7)

1. 露光装置における露光光を透過する基板と、
   前記基板に設けられ、かつ、前記基板の前記露光光の透過率よりも透過率が低い低透過率部と、
   を備え、
   前記低透過率部は、前記露光光の照度の高い部分に、その高さの度合いに合せて、前記露光光の透過率を低くするように設けられ、前記照度の高さを相殺して前記露光光の照度を概ね一律にすることを特徴とする調節フィルタ。
2. 前記低透過率部は、前記露光光を遮断する材料からなるドットパターンを含み、
   前記遮断材料のドット数により、前記露光光の透過率を調節することを特徴とする請求項１に記載の調節フィルタ。
3. 前記ドットパターンの材料は、クロムであることを特徴とする請求項２に記載の調節フィルタ。
4. 前記低透過率部は、
   前記基板と同程度の透過率を有する材料で形成され、かつ、前記基板に、取り外し可能な状態で取りつけられる支持部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の調節フィルタ。
5. 前記基板は、石英、合成石英ガラス、あるいは、弗化カリウムのいずれかであること特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の調節フィルタ。
6. 露光光源と、
   前記露光光源からの露光光が入射される位置に配置された照明光学系と、
   前記光学系を通過した光が照射される位置に配置されたマスクステージと
   前記マスクステージに配置されたマスクを透過した光が入射される位置に配置された投影光学系と、
   前記露光光源と、前記マスクステージとの間の、露光光の光路のいずれかの位置に配置された、請求項１から５のいずれに記載の調節フィルタと、
   を備えることを特徴とする露光装置。
7. 露光光源から発射した光を、照明光学系を介してマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを、基板に転写する露光方法であって、
   前記露光光源と、前記マスクとの間に、前記露光光の照度の強さの度合いに合せて、その照度の強さを相殺するように低透過率部を設けた調節フィルタを配置して、
   前記露光光の照度を調節した後、
   前記マスクに、前記調節フィルタにより概ね一律の照度に調節された露光光を、照射して露光することを特徴とする露光方法。

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