JP2007165649A - 半導体基板の露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光性材料に適した波長および照度に設定し、半導体基板上に効率的にかつ安定したパターンニングを行うことができ、複数種の感光性材料のパターンニングに対応して稼動率を向上できる半導体基板の露光装置を提供する。
【解決手段】 露光装置２０は記憶部２３を有し、記憶部には感光性材料１８に応じて定められる光の波長、照度および露光量が格納される。露光装置２０では、可動フィルタ部２１のフィルタを切換えて特定波長の光のみを透過させ、透過させた光の照度を照度センサ部２２で検出し、照度差演算部９で検出照度と記憶部から読出される照度との差を演算し、差に基づく補正値を求める。制御部１０は、補正値に応じて感光性材料に対応する照度になるように光源２の光出力動作を制御し、記憶部から読出される露光量に基づき感光性材料に対応する露光量になるように、シャッタ部１１の開閉動作を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体基板の露光装置および露光方法に関する。

半導体基板の上に集積回路を形成したいわゆるチップは、家電製品、産業機器などを初めとして種々の装置、機器の部品として汎用されている。この半導体基板に集積回路を形成するのに、レチクルとも呼ばれるマスクのパターンを半導体基板上に転写する露光装置が用いられている。

図５は、従来の半導体基板の露光装置１の構成を簡略化して示す系統図である。以下、図５を参照して従来の半導体基板の露光装置１（以後、露光装置１と略称する）による半導体基板の露光方法について説明する。

光源２から出射された光Ｌ（たとえば紫外光）は第１反射ミラー３を経て固定フィルタ４に照射される。固定フィルタ４は、露光装置１に固有の波長、たとえば波長４３６ｎｍ（ｇ線相当波長）のみを透過させるフィルタである。

固定フィルタ４を透過した光は、光学レンズ５を通ってハーフミラー６へ照射される。ハーフミラー６は、個体固有の比率で、入射した光を反射および透過して分岐させる。ハーフミラー６によって反射された光Ｌａは、集光レンズ７で集光されて、光Ｌの波長に対応した照度センサ８に照射され、照度センサ８によって照度が測定される。

照度センサ８によって測定された照度は、照度差演算部９に与えられ、照度差演算部９は、与えられた測定照度と、露光装置１ごとに予め設定されている照度との差を演算し、その差に基づいて得られる補正値を制御部１０へ出力する。制御部１０は入力された補正値に応答し、光源２に対して印加する電圧または電流を制御し、光源２が出射する光の照度を調整する。

ハーフミラー６を透過した光Ｌｂは、光路を遮断し、また開放するように開閉自在に設けられるシャッタ部１１が開いているとき、シャッタ部１１を通過してリレーレンズ１２に入射する。リレーレンズ１２を出射した光Ｌｂは、第２反射ミラー１３を経てコンデンサレンズ１４に照射され、コンデンサレンズ１４によって投影面の全域においてほぼ均一な平行光となる。平行とされた光Ｌｂは、マスク（レチクル）１５に形成されているパターンを、ステージ１７の上に固定されてその表面に感光性材料１８が塗布される半導体基板１６に転写する。

半導体基板１６に塗布される感光性材料１８に対して照射される露光量に関しては、シャッタ部１１が開放された時刻からの経過時間と照度との積によって積算露光量を算出し、感光性材料１８に応じて予め定める露光量に到達した時刻においてシャッタ部１１を閉じることによって制御する。

従来の露光装置１には、以下のような問題がある。露光装置１では、コンデンサレンズ１４によって感光性材料に照射する光を投影面の全域においてほぼ均一な光にするけれども、光源２の経時的な照度の劣化や光源２の交換などに起因して、照射野における光強度分布の変化が生じた場合、コンデンサレンズ１４では充分に修正することができず、解像度の劣化によるパターン形成不良を惹起するという問題がある。

このような問題に対処する従来技術として、露光装置において、フライアイレンズの単一レンズから透過する露光光の光強度を測定する照度センサと、フライアイレンズの各単一レンズと照度センサとを位置合わせする機構とを備え、照度センサの測定結果に基づいてアパーチャ絞りを調整することによって光強度分布を修正してから感光性材料に露光光を照射することが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１の技術によれば、１つの波長の光を用いて照射する照射野内における光強度分布を修正し、解像度の劣化等を抑止することができる。

また、半導体デバイスの高機能化および小型化の要請に応じ、半導体基板上に形成される回路の集積度が高められるのに伴って、パターン転写に際してより高い解像度が求められている。解像度の向上に用いられる１つの手段として、露光転写に用いられる光の波長を短くすることが挙げられる。このことから、露光装置に用いられる光線源も、順次波長の短い光を出射することができるもの、たとえば、ｇ線（波長：４３６ｎｍ）からｉ線（波長：３６５ｎｍ）、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）へと変遷しつつある。しかしながら、光線源として波長の短い光、たとえば２５０ｎｍ以下のものを、単純に従来の露光装置１に使用すると、投影光学系内の光学素子の透過率がダイナミックに変動するという問題がある。

この問題に対処する従来技術として、露光装置において、投影光学系の物体面と像面との間に形成されるフーリエ変換面内の少なくとも一部分に配置され、投影光学系の物体面側から入射する露光用エネルギ、または投影光学系の像面側から入射する露光用エネルギに対して反射性を有する反射部材を配置し、反射部材からの反射エネルギの強度に基づいて、半導体基板に対する露光条件を設定することが提案される（特許文献２参照）。

特許文献２では、投影光学系内の光学素子の透過率変動は、投影光路内の空間に存在する気体中の不純物、有機物質の気体分子などによるものとし、上記反射部材を設け、反射部材からの反射エネルギの強度に基づいて光源の光出力を制御することによって、投影光学系の減衰率変動に起因する露光量の制御精度劣化を低減することができるというものである。

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されるいずれの従来技術も、１つの波長の光を用いて半導体基板上の感光性材料を露光する場合の問題点を解決するに過ぎない。半導体基板上にパターンを形成することに用いられる感光性材料は、多種多様であるにも関わらず、従来技術による露光装置および該露光装置を用いる露光方法においては、露光される感光性材料の種類にかかわらず一定の波長と照度で露光する。したがって、種々の感光性材料を使用するとき、感光性材料が良好な感度を有する波長の違いによっては、照射された露光量の中で感光性材料を感光させてパターンニングに寄与することのできる光量の割合が低下し、パターンニングに必要な露光量に到達せず、感光性材料が露光不足で、パターンニングすることができないという不具合を生じる問題がある。

また、使用できる波長が１波長のみの場合、露光装置ごとに波長が固定化されてしまうので、露光装置において使用できる感光性材料も当該波長に対する感度が良好なものに限定されてしまい、広範な感光性材料の使用に対応することができず、露光装置の稼働率が低下するという問題がある。

特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、これらの問題を解決するべき課題とする思想は無く、また解決するための手段については全く言及していない。

特開平８−２２７８４４号公報 国際公開第９８／４８４５１号パンフレット

本発明の目的は、使用される感光性材料に適した波長および照度に設定し、半導体基板上に効率的にかつ安定したパターンニングを行うことができるとともに、複数種の感光性材料のパターンニングに対応して稼動率を向上することができる半導体基板の露光装置および露光方法を提供することである。

本発明は、半導体基板上に塗布された感光性材料にマスクを介して光を照射してパターンニングを行う半導体基板の露光装置において、
光を出射する光源と、
光源から出射される光のうち特定の波長の光を選択的に透過させることができるようなフィルタに切換え可能な可動フィルタ部と、
光源から出射される光の照度を検出する照度センサ部と、
光源とマスクとの間に設けられ、光源から出射されてマスクに至る光路を遮断し、また光路を開放するように開閉動作するシャッタ部と、
感光性材料に応じて予め定められる光の波長、照度および露光量が格納される記憶部と、
照度センサ部で検出される照度と記憶部から読出される照度との差を演算し、差に基づく補正値を出力する照度差演算部と、
記憶部から読出される波長に基づいて感光性材料に対応する波長の光を透過させるように可動フィルタ部の切換動作を制御し、照度差演算部からの出力に応じて感光性材料に対応する照度になるように光源の光出力動作を制御し、記憶部から読出される露光量に基づいて感光性材料に対応する露光量になるように、シャッタ部の開閉動作を制御する制御部とを含むことを特徴とする半導体基板の露光装置である。

また本発明は、可動フィルタ部に設けられるフィルタが、干渉フィルタであることを特徴とする。

また本発明は、可動フィルタ部を透過した光の波長を検出する波長センサ部をさらに含み、
制御部は、波長センサ部の検出出力に応じて可動フィルタ部の切換動作を制御することを特徴とする。

また本発明は、照度センサ部は、波長が異なる光の種類に対応して複数個が設けられ、
制御部は、
照度差演算部が、各波長の光ごとにその光に対応して設けられる照度センサ部によって検出される照度と予め定められる照度との差に基づいて出力する補正値に応じ、光源の光出力動作を制御することを特徴とする。

また本発明は、マスクの種類を識別するマスク識別部をさらに含み、
制御部は、
マスク識別部による識別結果に応じて、マスクの種類に対応する波長の光を透過するように可動フィルタ部の切換動作を制御することを特徴とする。

また本発明は、記憶部には、感光性材料に応じて予め定められる光の波長、照度および露光量に関するデータベースが予め格納され、
制御部は、
記憶部に格納されるデータベースに基づき、感光性材料の種類に応じた波長の光を透過させるように可動フィルタ部の切換動作を制御し、感光性材料の種類に応じた照度と露光量とになるように光源の光出力動作およびシャッタ部の開閉動作を制御することを特徴とする。

本発明は、半導体基板上に感光性材料を塗布し、塗布した感光性材料にマスクを介して光を照射してパターンニングを行う半導体基板の露光方法において、
記憶部に予め格納されている光の波長、照度および露光量に関するデータを読出すステップと、
光源から光を出射するステップと、
記憶部から読出される光の波長データに基づいて、光源から出射される光のうち予め定められる波長の光を選択的に透過させるように可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えるステップと、
光源から出射される光の照度を検出するステップと、
検出される照度と記憶部から読出される照度との差を演算し、差に基づく補正値を求めるステップと、
前記補正値に基づいて、光源から出射される光の照度が予め定められる照度になるように光源の光出力を調整するステップと、
記憶部から読出される露光量のデータに基づいて、感光性材料に照射される光量が予め定められる露光量になるように制御するステップとを含むことを特徴とする半導体基板の露光方法である。

また本発明は、予め定められる波長の光を選択的に透過させる可動フィルタ部のフィルタとして、干渉フィルタが用いられることを特徴とする。

また本発明は、予め定められる波長の光を選択的に透過させるように可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えるステップでは、
光源から出射される光の波長を検出し、検出される光の波長に応じて可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えることを特徴とする。

また本発明は、予め定められる波長の光を選択的に透過させるように可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えるステップでは、
マスクの種類を識別し、識別されたマスクの種類に応じた波長の光を透過するように可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えることを特徴とする。

また本発明は、記憶部に予め格納される光の波長、照度および露光量に関するデータは、感光性材料に関するデータベースとして格納されることを特徴とする。

本発明の半導体基板の露光装置によれば、使用する感光性材料が有する感度波長に最適な波長の光を透過するようなフィルタを選択し、使用する感光性材料に対応する照度および露光量になるように設定することができるので、感光性材料に照射される光を効率よくパターンニングに寄与させることができ、また半導体基板に対して安定したパターンニングを行うことができる。また特定の波長の光を透過させるフィルタを、選択的に切換え可能な可動フィルタに設けるとともに、記憶部に予め格納されているデータの中から、使用する感光性材料に対応する光の波長、照度および露光量を読出し、当該波長の光、照度および露光量に設定してパターンニングすることができるので、１台の装置で多種類の感光性材料に対する露光処理をすることが可能になり、装置の稼動率を簡便に向上することができる。

また本発明によれば、可動フィルタ部に設けられるフィルタが干渉フィルタで構成されるので、選択される波長の光に対して高い透過率を実現することができる。

また本発明によれば、可動フィルタ部を透過した光の波長を検出する波長センサ部をさらに含み、制御部は波長センサ部の検出出力に応じて可動フィルタ部の切換動作を制御するので、可動フィルタ部の切換動作の精度を向上し、使用される感光性材料に応じた波長の光を透過させるフィルタへと確実に切換えることができる。

また本発明によれば、照度センサ部は波長が異なる光の種類に対応して複数個が設けられ、制御部は、各波長の光ごとに設けられる照度センサ部から検出される照度に基づいて光源の光出力動作を制御するので、所定の照度になるように調整する制御精度を著しく向上することができる。

また本発明によれば、マスクの種類を識別するマスク識別部をさらに含み、制御部は、マスク識別部による識別結果に応じて、マスクの種類に対応する波長の光を透過するように可動フィルタ部の切換動作を制御するので、可動フィルタ部の切換動作の精度を向上し、使用されるマスクに応じた波長の光を透過させるフィルタへと確実に切換えることができる。

また本発明によれば、記憶部に予め格納されている光の波長、照度および露光量に関するデータは、感光性材料に関してデータベース化されたものである。したがって、制御部は、データベースに基づいて、使用される感光性材料に対応する条件を迅速かつ正確に選択し、選択した条件に従って光源、可動フィルタ部およびシャッタ部の動作を高精度で制御することが可能になる。

本発明によれば、感光性材料に照射される光を効率よくパターンニングに寄与させ、半導体基板に対して安定したパターンニングを行うことができるとともに、１台の装置で多種類の感光性材料に対する露光処理をすることが可能で、装置の稼動率を簡便に向上することができる半導体基板の露光方法が実現される。

図１は、本発明の実施の第１形態である半導体基板の露光装置２０の構成を簡略化して示す系統図である。本実施形態の半導体基板の露光装置２０（以後、単に露光装置と略称する）は、前述の図５に示す露光装置１に類似するので、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略するか、または説明を簡略化することがある。露光装置２０は、半導体基板１６上に塗布された感光性材料１８にマスク１５を介して光を照射してパターニングを行うことに用いられる。

露光装置２０は、光源２と、第１反射ミラー３と、可動フィルタ部２１と、光学レンズ５と、ハーフミラー６と、集光レンズ７と、照度センサ部２２と、照度差演算部９と、制御部１０と、記憶部２３と、入力部２４と、シャッタ部１１と、リレーレンズ１２と、第２反射ミラー１３と、コンデンサレンズ１４と、マスク１５と、ステージ１７とを含んで構成される。

光源２には、紫外光を発光し出射できるものが用いられる。本実施形態では、波長４３６ｎｍ（ｇ線相当波長）の光と、波長３６５ｎｍ（ｉ線相当波長）の光とを含んで出射することができる水銀灯が用いられる。第１反射ミラー３は、光源２から出射される光Ｌを反射し、その光路を略９０度曲げるように設けられる。

可動フィルタ部２１は、光源２から出射される光のうち特定の波長の光を選択的に透過、すなわち波長４３６ｎｍの光（以後、この光を第１光と呼ぶ）と、波長３６５ｎｍの光（以後、この光を第２光と呼ぶ）とのいずれかを選択して透過させることができるようなフィルタに切換え可能に構成される。

可動フィルタ部２１は、２つのフィルタ２５，２６が設けられるフィルタ搭載部２７と、フィルタ搭載部２７を光路に対して垂直な方向（矢符２９方向）に進退させるフィルタ駆動部２８とを含んで構成される。フィルタ搭載部２７には、第１光を選択的に透過させる第１フィルタ２５と、第２光を選択的に透過させる第２フィルタ２６とが、光路に対して垂直な方向に並ぶようにして設けられる。

本実施形態では、第１および第２フィルタ２５，２６は、いずれも干渉フィルタで構成される。干渉フィルタは、光の波長程度の厚さの透明膜で生じる光の干渉を利用して、所要の波長領域の光を透過させるフィルタであり、選択される波長の光に対して高い透過率を実現することができる。

フィルタ駆動部２８は、たとえばラックアンドピニオンと、ピニオンを回転駆動させる電動機などを含んで構成される。フィルタ駆動部２８のラックの端部にフィルタ搭載部２７が接続され、フィルタ駆動部２８は、制御部１０からの動作制御信号に従って、フィルタ搭載部２７を矢符２９方向に進退させ、第１フィルタ２５または第２フィルタ２６のいずれか一方が光路上に位置するように、フィルタを切換える。

可動フィルタ部２１を透過した光Ｌは、光学レンズ５を透過し、ハーフミラー６でその一部が反射されて９０度光路が曲がった反射光Ｌａとなり、残部は透過されて透過光Ｌｂとなる。

透過光Ｌｂは、シャッタ部１１に照射される。シャッタ部１１は、光源２とマスク１５との間に設けられ、光源２から出射されてマスク１５に至る光路を遮断し、また光路を開放するように開閉動作することができる。シャッタ部１１を開閉することによって、光源２から出射される光を通過させる時間を調整することができ、マスク１４を介して感光性材料１８に照射される露光量を調整することができる。このシャッタ部１１の開閉動作は、制御部１０によって制御される。

開状態にあるシャッタ部１１を通過した透過光Ｌｂは、リレーレンズ１２を透過し、第２反射ミラー１３で反射されて光路を略９０度曲げ、さらにコンデンサレンズ１４を透過してマスク１５に入射される。

マスク１５は、たとえばガラスなどに半導体基板１６の上に形成するべき回路パターンが描かれた原版であり、レチクルとも呼ばれる。マスク１５を透過した光は、半導体基板１６上に塗布された感光性材料１８に照射され、感光性材料１８を感光させて回路パターンを転写する。

パターンニングが行われる半導体基板１６として、たとえばシリコンウエハなどが挙げられ、感光性材料１８としては、たとえばポジレスト、感光性ポリイミド樹脂などが挙げられる。

半導体基板１６を保持するステージ１７は、１次元ないし３次元方向に移動可能なテーブルであることが望ましい。ステージ１７は、たとえば真空吸引装置などが接続され、真空吸引装置を動作させることによって半導体基板１６をその面上に保持し、保持する半導体基板１６を移動させることができる。

ハーフミラー６で反射された反射光Ｌａは、集光レンズ７に入射する。集光レンズ７に入射した光は、集光レンズ７で集光されて照度センサ部２２に入射する。

本実施形態の照度センサ部２２は、たとえば光電変換素子などからなる第１および第２照度センサ３１，３２と、不図示のセンサ駆動部とを含んで構成される。第１照度センサ３１は、第１光の照度を測定することに用いられ、第１光の受光感度に優れ、照度を精度高く測定することができる。第２照度センサ３２は、第２光の照度を測定することに用いられ、第２光の受光感度に優れ、照度を精度高く測定することができる。

第１および第２照度センサ３１，３２は、照度センサ部２２に照射される光の軸に対して垂直な方向（矢符３３方向）に並ぶように配置される。センサ駆動部は、たとえばフィルタ駆動部２８と類似に構成され、制御部１０からの動作制御信号に従って、第１および第２照度センサ３１，３２を矢符３３方向に進退させ、第１照度センサ３１または第２照度センサ３２のいずれか一方によって、対応する波長の光の照度を測定することができるようにする。

照度差演算部９は、たとえば集積回路（ＩＣ）からなる処理回路である。照度差演算部９は、照度センサ部２２で検出される照度と記憶部２３から読出される照度との差を演算し、差に基づく補正値を求め、制御部１０に対して出力する。ここで、補正値は、照度センサ部２２で検出された照度と記憶部２３から読出された照度との差と、光源２の電流値もしくは電圧値と照度との相関曲線から求められ、光源２に与えられる電流もしくは電圧を調整することにより補正される。

なお、第１照度センサ３１によって測定された第１光の照度は、第１光に関して予め定められて記憶部２３に格納される照度値との差が演算され、第２照度センサ３２によって測定された第２光の照度は、第２光に関して予め定められて記憶部２３に格納される照度値との差が演算される。

記憶部２３は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）またはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などによって構成されるメモリである。記憶部２３には、露光装置２０の全体動作を制御するためのプログラム、装置に備わる各部の動作条件などが格納される。特に注目すべきは、感光性材料に応じて予め定められる光の波長、照度および露光量が、感光性材料に関してデータベース化されて記憶部２３に格納されることである。

感光性材料に応じて定められる光の波長とは、パターンニングに使用される感光性材料が優れた受光感度を有する光の波長である。感光性材料に応じて定められる光の照度および露光量とは、パターンニングに使用される感光性材料が感光されるのに好適な光強度であり、また好適な積算照射光量である。データベースは、感光性材料の種類ごとに、好適な波長の光が第１光と第２光とのいずれであるか、また好適照度および露光量が、たとえばテーブルデータの形で作成される。上記のプログラムまた感光性材料に関するデータベースは、たとえばキーボードなどの入力部２４から記憶部２３に入力されてもよく、また予めプログラムやデータベースが入力し格納されている上位コンピュータを入力部として利用し、上位コンピュータから入力されるようにしてもよい。

制御部１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を備える処理回路であり、たとえばマイクロコンピュータなどによって実現される。

制御部１０は、入力部２４からパターンニングに使用される感光性材料１８の種類が入力されるとき、以下のような制御を実行する。

まず、制御部１０は、入力された感光性材料１８に対応する波長のデータを記憶部２３から読出し、その波長のデータに基づいて、感光性材料１８に対応する波長の光（第１光または第２光）を透過させるように可動フィルタ部２１の切換動作を制御し、第１フィルタ２５または第２フィルタ２６のいずれかを光路上に位置させる。

次に、制御部１０は、照度差演算部９が、各波長の光ごとにその光に対応して設けられる照度センサ部２２の第１照度センサ３１または第２照度センサ３２によって検出される照度と、第１および第２光の光ごとに予め定められる照度との差に基づいて出力する補正値に応じて、光源２に対して印加する電圧および／または電流値を調整することによって光出力動作を制御する。

光源２から出射される光の照度を調整した後、さらに制御部１０は、記憶部２３から読出される露光量のデータに基づいて、使用する感光性材料１８に対応する露光量になるように、シャッタ部１１が開いている時間が上記露光量に対応する時間になるように、その開閉動作を制御する。

以下、露光装置２０による半導体基板の露光方法について説明する。簡単のために、感光性材料１８の種類が特定され、その感光体材料１８が優れた受光感度を有する光を、波長が４３６ｎｍの第１光であるとして、露光方法を例示する。図２は、露光方法を説明するフローチャートである。

スタートでは、感光性材料１８が塗布された半導体基板１６がステージ１７上に保持され、所望の回路パターンの形成されたマスク１５が所定位置にセットされ、露光装置２０が電源オンされて稼動できる状態である。

ステップｓ１では、入力部２４から使用する感光性材料１８の種類が入力される。ステップｓ２では、入力された感光性材料１８の種類に応じ、記憶部２３に格納される感光性材料に関するデータベースから、感光性材料１８に対応する光の波長、照度および露光量のデータを読出す。

ステップｓ３では、光源２から紫外光を出射する。このときシャッタ部１１は閉状態にある。ステップｓ４では、感光性材料１８の種類に応じ、記憶部２３から第１光の波長である４３６ｎｍを読出し、第１光を選択的に透過させる第１フィルタ２５が光路上に位置するように、可動フィルタ部２１の切換動作を制御する。

ステップｓ５では、照度センサ部２２を駆動制御して第１照度センサ３１が光路上に位置するようにし、第１照度センサ３１によって第１光の照度を検出する。ステップｓ６では、照度差演算部９が、検出される照度と、記憶部２３から読出された予め定める照度との差を演算し、差に基づく補正値を求めて制御部１０へ出力する。

ステップｓ７では、補正値に応答し、光源２から出射される光の照度が、記憶部２３から読出された予め定める照度になるように、光源２の光出力を調整する。なお、光源２の光出力の調整については、差分法などを利用し、ステップｓ５〜ｓ７を繰返し行うことによって、出射光の照度を目標値（差分が限界値以下になる値）に設定するようにしてもよい。

ステップｓ８では、シャッタ部１１を開き、ハーフミラー６を透過した透過光Ｌｂを、マスク１５を介して感光性材料１８に対して照射する。ステップｓ９では、シャッタ部１１を開いてから所定時間経過したか否かが判定される。ここで、所定時間とは、記憶部２３から読出した露光量に対応する時間のことである。露光量は、照度と時間との積で与えられるので、所定時間は、記憶部２３から読出した露光量を、上記の調整後の照度で除した値によって得られる。この時間は、シャッタ部１１に対して開状態とする信号を発信した時刻を起点とし、制御部１０に付設されているクロック部により計時することができる。

所定時間が経過していなければ、シャッタ部１１を開のまま計時を継続し、所定時間が経過して所定の露光量に達すれば、ステップｓ１０へ進み、シャッタ部１１を閉じて感光性材料１８に対する露光を終了する。

パターンニングを続けて行う場合、ステージ１７上の感光性材料が塗布された半導体基板を、未処理のものに置換え、ステップｓ１もしくは感光性材料が同じものである場合はステップｓ５から以降の動作を繰返す。続けてパターンニングを行わない場合、エンドへ進み一連の露光操作を終了する。

図３は、本発明の実施の第２形態である露光装置４０の構成を簡略化して示す系統図である。本実施形態の露光装置４０は、実施の第１形態の露光装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

露光装置４０において注目すべきは、ハーフミラー６と集光レンズ７との間の光路上に、可動フィルタ部２１を透過した光の波長を検出する波長センサ部４１を含むことである。波長センサ部４１は、たとえば入射する光の波長により変化する素子の出力電圧特性を利用することによって光の波長を検出するものであり、検出出力は制御部１０に入力される。

制御部１０は、基本的には記憶部２３から読出されるデータであって、パターンニングに使用する感光性材料に対応して記憶部２３に予め格納されている光の波長データに応じて、当該波長の光を透過させるフィルタが光路上に位置するように、可動フィルタ部２１のフィルタ切換動作を制御する。

しかしながら、可動フィルタ部２１のフィルタを透過した後の光の波長を波長センサ部４１で検出し、検出結果を制御部１０へ入力することによって、制御部１０は、フィルタ透過後の光の波長を実際に検出し確認した結果に基づいて、可動フィルタ部２１のフィルタ切換動作を制御することができるので、所定の波長の光を透過させることができるように、可動フィルタ部２１のフィルタが所定のものになるように、確実に切換制御することが可能になる。

図４は、本発明の実施の第３形態である露光装置５０の構成を簡略化して示す系統図である。本実施形態の露光装置５０は、実施の第１形態の露光装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

露光装置５０において注目すべきは、マスク１５の近傍にマスク１５の種類を識別するマスク識別部５１を含むことである。

回路パターン形成の原版であるマスク１５は、一般的にパターンニングに使用される感光性材料と対応付けられる。回路パターンは、パターンニングする回路によって千差万別であるけれども、回路の集積度が高まり高精細化されるのに伴って、パターンの回路幅および回路間隔が小さくなる。回路パターンが高精細化することに対応し、感光性材料も、たとえば高感度で、よりエッチング性能に優れるものが望まれる結果、パターンニングに使用する回路パターン、すなわちマスクが決まれば、それに対応してパターンニングに用いられる感光性材料も定められる。したがって、マスク１５の種類を識別することができれば、パターンニングに使用される感光性材料１８も特定することが可能である。

本実施形態のマスク識別部５１は、たとえばレーザ読取装置などであり、マスクごとに予め定められ、マスク１５に付される記号を読取ることによってマスク１５の種類を識別する。マスク識別部５１によるマスク識別結果は、制御部１０に与えられる。本実施形態では、記憶部２３に格納される感光性材料に関するデータベースは、マスク１５に付される記号と、当該マスク１５を用いてパターンニングする感光性材料の種類とを対応付けするように構築される。

したがって、制御部１０は、マスク識別部５１による識別結果に応じて、マスク１５の種類に対応する感光性材料を特定し、その感光性材料のパターンニングに用いる波長の光を記憶部２３から読出し、読出した波長の光を選択的に透過するように可動フィルタ部２１のフィルタ切換動作を制御する。

マスク識別部５１がマスク１５の種類を識別し、その識別結果が制御部１０に与えられることによって、マスクとそれにペアリングされる感光性材料と感光性材料に対応する波長の光とが自動的に特定されるので、たとえばパターンニングする露光操作の途中において、マスクおよび感光性材料が変更された場合でも、その都度入力部２４から感光性材料の種類を入力する煩雑さから解放される。

以上に述べたように、本実施の形態では、可動フィルタ部に備えられるフィルタは干渉フィルタであるけれども、これに限定されることなく、回折を利用する回折フィルタや分光プリズムフィルタなどの他のフィルタであってもよい。

また、光源２には水銀灯が用いられ、可動フィルタ部に設けられるフィルタは２種類であるけれども、これに限定されることなく、さらに波長が短い紫外光を出射することのできるＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）などが光源として付加され、可動フィルタ部に設けられるフィルタの種類が３つ以上になるように構成されてもよい。

本発明の実施の第１形態である半導体基板の露光装置２０の構成を簡略化して示す系統図である。 露光方法を説明するフローチャートである。 本発明の実施の第２形態である露光装置４０の構成を簡略化して示す系統図である。 本発明の実施の第３形態である露光装置５０の構成を簡略化して示す系統図である。 従来の半導体基板の露光装置１の構成を簡略化して示す系統図である。

符号の説明

２０，４０，５０ 露光装置
２ 光源
３ 第１反射ミラー
５ 光学レンズ
６ ハーフミラー
７ 集光レンズ
９ 照度差演算部
１０ 制御部
１１ シャッタ部
１２ リレーレンズ
１３ 第２反射ミラー
１４ コンデンサレンズ
１５ マスク
１６ 半導体基板
１７ ステージ
１８ 感光性材料
２１ 可動フィルタ部
２２ 照度センサ部
２３ 記憶部
２４ 入力部
４１ 波長センサ部
５１ マスク識別部

Claims (11)

1. 半導体基板上に塗布された感光性材料にマスクを介して光を照射してパターンニングを行う半導体基板の露光装置において、
   光を出射する光源と、
   光源から出射される光のうち特定の波長の光を選択的に透過させることができるようなフィルタに切換え可能な可動フィルタ部と、
   光源から出射される光の照度を検出する照度センサ部と、
   光源とマスクとの間に設けられ、光源から出射されてマスクに至る光路を遮断し、また光路を開放するように開閉動作するシャッタ部と、
   感光性材料に応じて予め定められる光の波長、照度および露光量が格納される記憶部と、
   照度センサ部で検出される照度と記憶部から読出される照度との差を演算し、差に基づく補正値を出力する照度差演算部と、
   記憶部から読出される波長に基づいて感光性材料に対応する波長の光を透過させるように可動フィルタ部の切換動作を制御し、照度差演算部からの出力に応じて感光性材料に対応する照度になるように光源の光出力動作を制御し、記憶部から読出される露光量に基づいて感光性材料に対応する露光量になるように、シャッタ部の開閉動作を制御する制御部とを含むことを特徴とする半導体基板の露光装置。
2. 可動フィルタ部に設けられるフィルタが、干渉フィルタであることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の露光装置。
3. 可動フィルタ部を透過した光の波長を検出する波長センサ部をさらに含み、
   制御部は、波長センサ部の検出出力に応じて可動フィルタ部の切換動作を制御することを特徴とする請求項１または２記載の半導体基板の露光装置。
4. 照度センサ部は、波長が異なる光の種類に対応して複数個が設けられ、
   制御部は、
   照度差演算部が、各波長の光ごとにその光に対応して設けられる照度センサ部によって検出される照度と予め定められる照度との差に基づいて出力する補正値に応じ、光源の光出力動作を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体基板の露光装置。
5. マスクの種類を識別するマスク識別部をさらに含み、
   制御部は、
   マスク識別部による識別結果に応じて、マスクの種類に対応する波長の光を透過するように可動フィルタ部の切換動作を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体基板の露光装置。
6. 記憶部には、感光性材料に応じて予め定められる光の波長、照度および露光量に関するデータベースが予め格納され、
   制御部は、
   記憶部に格納されるデータベースに基づき、感光性材料の種類に応じた波長の光を透過させるように可動フィルタ部の切換動作を制御し、感光性材料の種類に応じた照度と露光量とになるように光源の光出力動作およびシャッタ部の開閉動作を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体基板の露光装置。
7. 半導体基板上に感光性材料を塗布し、塗布した感光性材料にマスクを介して光を照射してパターンニングを行う半導体基板の露光方法において、
   記憶部に予め格納されている光の波長、照度および露光量に関するデータを読出すステップと、
   光源から光を出射するステップと、
   記憶部から読出される光の波長データに基づいて、光源から出射される光のうち予め定められる波長の光を選択的に透過させるように可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えるステップと、
   光源から出射される光の照度を検出するステップと、
   検出される照度と記憶部から読出される照度との差を演算し、差に基づく補正値を求めるステップと、
   前記補正値に基づいて、光源から出射される光の照度が予め定められる照度になるように光源の光出力を調整するステップと、
   記憶部から読出される露光量のデータに基づいて、感光性材料に照射される光量が予め定められる露光量になるように制御するステップとを含むことを特徴とする半導体基板の露光方法。
8. 予め定められる波長の光を選択的に透過させる可動フィルタ部のフィルタとして、干渉フィルタが用いられることを特徴とする請求項７記載の半導体基板の露光方法。
9. 予め定められる波長の光を選択的に透過させるように可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えるステップでは、
   光源から出射される光の波長を検出し、検出される光の波長に応じて可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えることを特徴とする請求項７または８記載の半導体基板の露光方法。
10. 予め定められる波長の光を選択的に透過させるように可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えるステップでは、
    マスクの種類を識別し、識別されたマスクの種類に応じた波長の光を透過するように可動フィルタ部に備えられるフィルタを切換えることを特徴とする請求項７または８記載の半導体基板の露光方法。
11. 記憶部に予め格納される光の波長、照度および露光量に関するデータは、感光性材料に関するデータベースとして格納されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の半導体基板の露光方法。

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