JP2007305611A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工後のパターン寸法にバラツキが生ずることを効率的に防止し、スループットを向上する。
【解決手段】レーザー光源３１が照射したレーザー光のスペクトル幅をスペクトル幅測定部６１が測定する。そして、そのスペクトル幅測定部６１によって測定されたスペクトル幅の測定値に基づいて投影光学系５１の開口数を開口数調整部７１が調整する。ここでは、レーザー光源３１から照射されるレーザー光のスペクトル幅の変動によって生ずるＩＤＢの変動を補正するように投影光学系５１の開口数を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置に関し、特に、マスクパターンが形成されたフォトマスクを照明し、その照明によって生ずるマスクパターン像をウエハ上に形成されたフォトレジスト膜に露光する露光装置に関する。

半導体装置を製造する際においては、リソグラフィ技術を用いて、微細なパターンを加工している。

ここでは、たとえば、パターン加工を施す面に、感光性材料からなるフォトレジスト膜を形成した後に、設計パターンに基づいてマスクパターンが形成されたフォトマスクを照明し、その照明によって生ずるマスクパターン像をウエハ上に形成されたフォトレジスト膜に露光して転写する。その後、そのマスクパターン像が転写されたフォトレジスト膜を現像し、ウエハの表面にレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンを、マスクとして、エッチング処理を実施することによってパターン加工する。

リソグラフィ技術においては、デバイスの高集積化や、動作速度の高速化の要求に対応するため、より高い解像度でパターンを微細加工することが求められている。この解像度Ｒは、光源からフォトマスクへ照射する光の波長λと、そのフォトマスクのマスクパターン像をレジスト膜に投影する投影レンズの開口数ＮＡとによって、以下の数式（１）にて示されるように、レイリ−の式によって定められる。ここで、ｋは、定数であり、プロセスに応じて定められる。

［数１］
Ｒ＝ｋ・λ／ＮＡ ・・・（１）

この数式（１）にて示されるように、解像度Ｒは、レーザー光源からの光の波長λが短く、また、投影レンズの開口数ＮＡが大きくなるに伴って高くなる。このため、光源からの光の波長λを短波長化すると共に、投影レンズの開口数ＮＡを大きくすることによって、解像度を向上させている。

たとえば、光源については、波長が２４８ｎｍであるＫｒＦエキシマレーザーを、波長が１９３ｎｍであるＡｒＦエキシマレーザーへ移行することで、解像度の向上を実現させている。

しかし、リソグラフィ工程においては、加工されるパターンにおいて寸法のバラツキが発生する場合がある。具体的には、粗（Ｉｓｏｌａｔｅｄ）なパターンと、密（Ｄｅｎｓｅ）なパターンとの間において、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）差が大きくなり、いわゆる、「Ｉｓｏ Ｄｅｎｓｅ Ｂｉａｓ（ＩＤＢ）」が生ずる場合がある。

これは、レーザー光源から照射されるレーザー光において、半値幅やＥ９５％などのスペクトル幅が変動することによって、転写されるマスクパターン像の結像位置にバラツキが生ずることに、主に、起因する。たとえば、レーザー光源におけるフッ素ガス濃度の低下が原因で、レーザー光のパワーが低下して、スペクトル幅の変動が生ずるために、このような不具合が発生する。このため、製品歩留まりが低下して、スループットを向上することが困難な場合があった。なお、「Ｅ９５％」とは、スペクトルにおいて、９５％のエネルギーが含まれる幅を示している。

このような不具合を改善するために、レーザー光源からのレーザー光のスペクトル幅を測定し、その測定結果に基づいて、レーザーガス成分をレーザー光源に供給する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、ウエハに形成されたレジストパターンの形状情報を取得し、その形状情報を用いて露光条件を補正する技術が提案されている。ここでは、たとえば、レジストパターンの線幅を測定し、その測定値と基準値との変動値に基づいて、フォーカス位置を補正している（たとえば、特許文献２参照）。

特許第２６６８４８９号明細書 特開２００３−３１８０９２号公報

しかしながら、上記のように、レーザー光源からのレーザー光のスペクトル幅の測定結果に基づいて、レーザーガス成分をレーザー光源に供給する場合には、この動作に多くの時間を要する。また、ウエハに形成されたレジストパターンの形状情報を取得し、その形状情報を用いて露光条件を補正する場合についても、同様である。このため、たとえば、ショットごとに上記動作を実施した場合には、スループットが低下する不具合が顕在化する。

よって、加工後のパターン寸法にバラツキが生ずることを効率的に防止し、スループットを向上することが困難であった。

したがって、本発明は、加工後のパターン寸法にバラツキが生ずることを防止して、スループットを向上可能な露光装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の露光装置は、マスクパターンが形成されたフォトマスクを支持するフォトマスク支持部と、フォトレジスト膜が形成されたウエハを支持するウエハ支持部と、レーザー光を照射するレーザー光源と、前記フォトマスク支持部によって支持された前記フォトマスクへ、前記レーザー光源から照射された前記レーザー光を照明する照明光学系と、前記ウエハ支持部によって支持された前記ウエハに形成された前記フォトレジスト膜へ、前記照明光学系によって前記レーザー光が照明された前記フォトマスクによって生ずるマスクパターン像を投影する投影光学系とを含む露光装置であって、前記レーザー光源が照射した前記レーザー光のスペクトル幅を測定するスペクトル幅測定部と、前記スペクトル幅測定部によって測定された前記スペクトル幅の測定値に基づいて、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方の開口数を調整する開口数調整部とを有する。

本発明によれば、加工後のパターン寸法にバラツキが生ずることを防止して、スループットを向上可能な露光装置を提供することができる。

＜実施形態１＞
以下より、本発明にかかる実施形態１について説明する。

図１は、本発明にかかる実施形態１において、露光装置１を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の露光装置１は、フォトマスク支持部１１と、ウエハ支持部２１と、レーザー光源３１と、照明光学系４０と、投影光学系５１と、スペクトル幅測定部６１と、開口数調整部７１とを有する。各部について、順次、説明する。

フォトマスク支持部１１は、図１に示すように、ステージを含み、マスクパターンが形成されたフォトマスクＰＭを支持する。フォトマスク支持部１１は、マスク搬送系（図示なし）によって装置外部から搬送されたフォトマスクＰＭを、たとえば、真空吸着によって固定する。また、フォトマスク支持部１１は、反射鏡（図示なし）が設けられており、その反射鏡に対応するように設置されたレーザー干渉計（図示なし）によって、位置および傾きが検出される。そして、フォトマスク支持部１１は、駆動モータ（図示なし）を含み、その支持しているフォトマスクＰＭの表面に沿ったｘ方向と、そのフォトマスクＰＭの表面においてｘ方向に直交するｙ方向と、そのフォトマスクＰＭの表面に垂直なｚ方向とのそれぞれの方向へ駆動モータによって移動する。そして、そのフォトマスクＰＭを駆動モータによって回転移動させて、そのフォトマスクＰＭの表面の傾きが調整される。ここでは、レーザー干渉計によって検出されたフォトマスク支持部１１の位置および傾きに基づいて制御部（図示なし）が駆動モータを制御して、フォトマスク支持部１１の位置および傾きが調整される。

ウエハ支持部２１は、図１に示すように、ステージを含み、フォトレジスト膜ＰＲが形成されたウエハＷを、そのステージで支持する。具体的には、ウエハ支持部２１は、レジスト塗布装置（図示なし）にてフォトレジスト液が塗布され、加熱処理装置（図示なし）にてプリベーク処理されることによってフォトレジスト膜ＰＲが形成されたウエハＷがウエハ搬送系（図示なし）によって外部から搬送される。そして、そのフォトレジスト膜ＰＲが形成されたウエハＷを、たとえば、真空吸着によってステージに固定する。また、ウエハ支持部２１は、反射鏡（図示なし）が設けられており、その反射鏡に対応するように設置されたレーザー干渉計（図示なし）によって、位置および傾きが検出される。そして、ウエハ支持部２１は、駆動モータ（図示なし）を含み、その支持しているウエハＷの表面に沿ったｘ方向と、そのウエハＷの表面においてｘ方向に直交するｙ方向と、そのウエハＷの表面に垂直なｚ方向とのそれぞれの方向へ駆動モータによって移動する。そして、駆動モータによって、ｘ方向，ｙ方向，ｚ方向の各軸の回転方向へ、そのウエハＷを回転移動させて、そのウエハＷの表面の傾きが調整される。ここでは、前述のレーザー干渉計によって検出されたウエハ支持部２１の位置および傾きに基づいて制御部（図示なし）が駆動モータを制御して、ウエハ支持部２１の位置および傾きが調整される。

レーザー光源３１は、図１に示すように、レーザー光を照射する。レーザー光源３１は、たとえば、ＡｒＦエキシマレーザー光源を含み、波長が１９３ｎｍであるレーザー光を照明光学系４０へ出射する。なお、レーザー光源３１は、この他に、ＫｒＦレーザー，Ｆ_２レーザーなどの光源にて構成されていてもよい。

照明光学系４０は、図１に示すように、ビームスプリッタ４１と、ビーム整形光学系４２と、第１ミラー４３と、オプティカルインテグレータ４４と、コンデンサレンズ４５と、開口絞り４７と、第２ミラー４８と、結像レンズ４９とを有しており、レーザー光源３１から照射されたレーザー光を、フォトマスク支持部１１によって支持されたフォトマスクＰＭへ照明する。具体的には、レーザー光源３１から照射されたレーザー光を、ビームスプリッタ４１が、ビーム整形光学系４２の側と、スペクトル幅測定部６１の側とに、それぞれ分割する。ここでは、ビームスプリッタ４１は、ハーフミラーとして構成されており、レーザー光源３１から照射されたレーザー光を透過して、ビーム整形光学系４２の側へ射出すると共に、レーザー光源３１から照射されたレーザー光を反射してスペクトル幅測定部６１の側へ射出する。そして、そして、そのビームスプリッタ４１から射出されたレーザー光については、ビーム整形光学系４２が整形してインコヒーレント化する。そして、そのビーム整形光学系４２からのレーザー光を、第１ミラー４３が反射して、オプティカルインテグレータ４４へ射出する。オプティカルインテグレータ４４は、フライアレイレンズを含み、その入射したレーザー光を２次光源化して、コンデンサレンズ４５へ射出する。そして、そのオプティカルインテグレータ４４からのレーザー光をコンデンサレンズ４５が集光し、開口絞り４７の側へ射出する。そして、そのレーザー光を開口絞り４７が一部を遮光して成形し、第２ミラー４８へ射出する。そして、その開口絞り４７を介したレーザー光を第２ミラー４８が反射して、結像レンズ４９へ射出する。そして、その第２ミラー４８からのレーザー光を、フォトマスク支持部１１によって支持されたフォトマスクＰＭへ、結像レンズ４９が照明する。また、照明光学系４０の各部は、駆動系（図示なし）を備えており、制御部（図示なし）からの指令に基づいて、その駆動系が各部を駆動する。たとえば、オプティカルインテグレータ４４と、コンデンサレンズ４５とのそれぞれは、光軸に沿った方向と、その光軸を垂線にする面に沿った方向とに駆動される。また、開口絞り４７は、遮光板によって区画される開口の大きさを可変するように、遮光板が駆動される。

投影光学系５１は、図１に示すように、投影レンズ群５２と、開口絞り５３とを有しており、ウエハ支持部２１によって支持されたウエハＷに形成されたフォトレジスト膜ＰＲへ、照明光学系４０によってレーザー光が照明されたフォトマスクＰＭによって生ずるマスクパターン像を投影する。ここでは、投影レンズ群５２は、複数の投影レンズ（図示なし）を含んでいる。また、開口絞り５３は、投影レンズ群５２の入射瞳の位置であって、照明光学系４０の開口絞り４７と工学的に共役になるように配置されている。

スペクトル幅測定部６１は、光センサ（図示なし）と演算器（図示なし）とを含み、レーザー光源３１が照射したレーザー光を受光し、その受光したレーザー光のスペクトル幅を測定する。本実施形態においては、図１に示すように、スペクトル幅測定部６１は、照明光学系４０のビームスプリッタ４１が反射したレーザー光を光センサで受け、その光センサが出力するデータを演算器がスペクトル解析してスペクトル幅を演算する。ここでは、スペクトル幅測定部６１は、スペクトル幅として、半値幅を測定する。たとえば、スペクトル幅測定部６１は、ショット単位、ウエハ単位、ロット単位など、予め定めた所定単位ごとに、このスペクトル幅を測定する。なお、スペクトル幅測定部６１は、スペクトル幅として、Ｅ９５％の値を測定してもよい。

開口数調整部７１は、コンピュータと、このコンピュータを所定手段として機能させるプログラムとを有しており、スペクトル幅測定部６１によって測定されたスペクトル幅の測定値に基づいて、投影光学系５１の開口数を調整する。ここでは、開口数調整部７１は、スペクトル幅測定部６１によって測定された半値幅の測定値と予め定められた半値幅の基準値との差分値に関連付けて、投影光学系５１の開口数を変動させる値をルックアップテーブルとして記憶しており、そのルックアップテーブルから、半値幅の測定値と基準値との差分値に対応する開口数の補正値を抽出する。そして、その抽出した補正値に対応するように、照明光学系４０と投影光学系５１との各部を駆動する駆動信号を開口数調整部７１が生成する。そして、その生成した駆動信号を投影光学系５１に出力して、投影光学系５１の開口数を調整する。たとえば、投影光学系５１の開口絞り５３を調整する。つまり、レーザー光源３１から照射されるレーザー光のスペクトル幅の変動によって生ずるＩＤＢの変動を補正するように、開口数調整部７１は、投影光学系５１の開口数を調整する。たとえば、開口数調整部７１は、ショット単位、ウエハ単位、ロット単位のように、予め定めた所定単位ごとに本調整を実施する。

以下より、本実施形態の露光装置１の動作について説明する。

図２は、本発明にかかる実施形態１において、露光装置１の動作の要部を示すフロー図である。

まず、図２に示すように、露光を実施する（Ｓ１１）。

ここでは、レーザー光源３１がレーザー光を照射し、そのレーザー光源３１から照射されたレーザー光を、フォトマスク支持部１１によって支持されたフォトマスクＰＭへ、照明光学系４０が照明する。そして、その照明光学系４０によってレーザー光が照明されたフォトマスクＰＭによって生ずるマスクパターン像を、ウエハ支持部２１によって支持されたウエハＷに形成されたフォトレジスト膜ＰＭへ投影光学系５１が投影する。このようにして、１ショットの露光を実施する。そして、このとき、スペクトル幅測定部６１が、そのレーザー光を受光する。

つぎに、図２に示すように、スペクトル幅の測定を実施する（Ｓ２１）。

ここでは、受光したレーザー光に基づいて、スペクトル幅測定部６１がスペクトル幅を測定する。本実施形態においては、スペクトル幅として、半値幅を測定する。

つぎに、図２に示すように、スペクトル幅の測定値が基準値と異なっているか否かを判断する（Ｓ３１）。

ここでは、スペクトル幅測定部６１によって測定されたスペクトル幅の測定値と、予め定められた基準値とを、開口数調整部７１が比較処理することで、本判断を実施する。ここで、スペクトル幅測定部６１によって測定されたスペクトル幅の測定値が、予め定められた基準値と異なっていない場合には、本処理を終了する。そして、さらに、露光を実施する場合には、その条件にて露光を実施する。

一方で、スペクトル幅測定部６１によって測定されたスペクトル幅の測定値が、予め定められた基準値と異なっている場合には、図２に示すように、投影光学系５１の開口数とを調整する（Ｓ４１）。

ここでは、投影光学系５１の開口数を開口数調整部７１が調整する。本実施形態においては、前述したように、レーザー光源３１から照射されるレーザー光のスペクトル幅の変動によって生ずるＩＤＢの変動を補正するように、開口数調整部７１が投影光学系５１の開口数を調整する。

図３は、本発明にかかる実施形態において、投影光学系５１の開口数ＮＡを調整する様子を説明するための図である。図３において、図３（ａ）は、レーザー光の半値幅ＦＷＨＭと、形成されるレジストパターンのＩＤＢ（ｎｍ）との関係を示す図である。また、図３（ｂ）は、形成されるレジストパターンのＩＤＢ（ｎｍ）と、投影光学系５１の開口数ＮＡとを示す図である。

図３（ａ）に示すように、半値幅ＦＷＨＭの測定値Ｍｆが基準値Ｓｆと異なる場合には、ＩＤＢが基準値ＳＩから異なる値ＭＩで測定される。このため、図３（ｂ）に示すように、この変動したＩＤＢの値ＭＩが基準値ＳＩになるように、測定された半値幅ＦＷＨＭの測定値Ｍｆに対応する開口数ＭＮを、その基準値ＳＮへ変動させる補正値ＮＨを求める。そして、さらに、露光を実施する場合には、その補正値ＮＨに対応するように調整された開口数の条件にて露光を実施する。

そして、この露光によってマスクパターン像が転写されたフォトレジスト膜ＰＲを現像し、ポストベーク処理することによってウエハＷの表面にレジストパターンを形成した後に、そのレジストパターンをマスクとしてエッチング処理を実施することによってパターン加工する。

以上のように、本実施形態は、レーザー光源３１が照射したレーザー光のスペクトル幅をスペクトル幅測定部６１が測定する。そして、そのスペクトル幅測定部６１によって測定されたスペクトル幅の測定値に基づいて、投影光学系５１の開口数を開口数調整部７１が調整する。ここでは、レーザー光源３１から照射されるレーザー光のスペクトル幅の変動によって生ずるＩＤＢの変動を補正するように、開口数調整部７１が投影光学系５１の開口数を調整する。したがって、本実施形態は、加工後のパターン寸法にバラツキが生ずることを効率的に防止し、スループットを向上することができる。

＜実施形態２＞
以下より、実施形態２について説明する。

図４は、本発明にかかる実施形態２において、露光装置１ｂを示すブロック図である。

図４に示すように、本実施形態の露光装置１ｂは、実施形態１と異なり、レジストパターン形状情報取得部９１を有する。この点および開口数調整部７１の動作が異なることを除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する個所については説明を省略する。

レジストパターン形状情報取得部９１は、投影光学系５１によってマスクパターン像が投影されたフォトレジスト膜ＰＲが現像されることによってウエハＷに形成されたレジストパターンの形状情報を取得する。たとえば、レジストパターン形状情報取得部９１は、ウエハＷに形成されたレジストパターンにおいて形成されたライン・アンド・スペース・パターンのように、ウエハＷの面から凸状に突き出たラインパターンがスペースを挟んで所定の周期で繰り返された繰り返しパターンや、レジストパターンにおいて孤立するように形成されたラインパターンの線幅を測定する。レジストパターン形状情報取得部９１は、たとえば、イメージセンサ（図示なし）を有しており、ウエハＷに形成されたレジストパターンをイメージセンサで撮像し、その撮像結果に基づいて、上記のように、レジストパターンの形状情報を取得する。

開口数調整部７１は、レジストパターン形状情報取得部９１によって取得されたレジストパターンの形状情報に基づいて、投影光学系５１の開口数を調整する。具体的には、開口数調整部７１は、孤立したラインパターンの線幅の測定値と、その基準値との誤差値、および、ライン・アンド・スペース・パターンの線幅の測定値と、その基準値との誤差値を求め、それぞれが基準値になるように投影光学系５１の開口数を調整する。たとえば、開口数調整部７１は、各線幅の誤差値に関連付けて、照明光学系４０の開口数と投影光学系５１の開口数とを変動させる値をルックアップテーブルとして記憶しており、そのルックアップテーブルから、その算出された誤差値に対応する開口数の補正値を抽出する。そして、その抽出した補正値に対応するように投影光学系５１を駆動する駆動信号を、開口数調整部７１が生成する。そして、その生成した駆動信号を投影光学系５１に出力して、投影光学系５１の開口数を調整する。つまり、レーザー光源３１から照射されるレーザー光のスペクトル幅の変動によって生ずるＩＤＢの変動を補正するように、開口数調整部７１は投影光学系５１の開口数を調整する。たとえば、開口数調整部７１は、ショット単位、ウエハ単位、ロット単位のように、予め定めた所定単位ごとに本調整を実施する。

以上のように、本実施形態は、ウエハＷに形成されたレジストパターンの形状情報をレジストパターン形状情報取得部９１が取得する。そして、そのレジストパターン形状情報取得部９１によって取得されたレジストパターンの形状情報に基づいて投影光学系５１の開口数を開口数調整部７１が調整する。ここでは、実施形態１と同様に、レーザー光源３１から照射されるレーザー光のスペクトル幅の変動によって生ずるＩＤＢの変動を補正するように調整を実施する。したがって、本実施形態は、加工後のパターン寸法にバラツキが生ずることを効率的に防止し、スループットを向上することができる。

なお、本発明の実施に際しては、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。

たとえば、上記の実施形態においては、開口数調整部７１が投影光学系５１の開口数を調整する場合について説明したが、これに限定されない。ここでは、照明光学系４０の開口数を調整するように構成してもよい。この場合には、たとえば、照明光学系４０の開口絞り４７の開口の大きさを調整する。つまり、照明光学系４０と投影光学系５１との少なくとも一方についての開口数を調整するように構成しても、上記と同様な効果を得ることができる。

図１は、本発明にかかる実施形態１において、露光装置１を示すブロック図である。 図２は、本発明にかかる実施形態１において、露光装置１の動作の要部を示すフロー図である。 図３は、本発明にかかる実施形態において、投影光学系５１の開口数ＮＡを調整する様子を説明するための図である。 図４は、本発明にかかる実施形態２において、露光装置１ｂを示すブロック図である。

符号の説明

１…露光装置、
１１…フォトマスク支持部、
２１…ウエハ支持部、
３１…レーザー光源、
４０…照明光学系、
５１…投影光学系、
６１…スペクトル幅測定部、
７１…開口数調整部
９１…レジストパターン形状情報取得部

Claims (4)

1. マスクパターンが形成されたフォトマスクを支持するフォトマスク支持部と、フォトレジスト膜が形成されたウエハを支持するウエハ支持部と、レーザー光を照射するレーザー光源と、前記フォトマスク支持部によって支持された前記フォトマスクへ、前記レーザー光源から照射された前記レーザー光を照明する照明光学系と、前記ウエハ支持部によって支持された前記ウエハに形成された前記フォトレジスト膜へ、前記照明光学系によって前記レーザー光が照明された前記フォトマスクによって生ずるマスクパターン像を投影する投影光学系とを含む露光装置であって、
   前記レーザー光源が照射した前記レーザー光のスペクトル幅を測定するスペクトル幅測定部と、
   前記スペクトル幅測定部によって測定された前記スペクトル幅の測定値に基づいて、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方の開口数を調整する開口数調整部と
   を有する
   露光装置。
2. 前記スペクトル幅測定部は、前記スペクトル幅として、半値幅を測定する
   請求項１に記載の露光装置。
3. 前記スペクトル幅測定部は、前記スペクトル幅として、Ｅ９５％を測定する
   請求項１に記載の露光装置。
4. 前記投影光学系によって前記マスクパターン像が投影された前記フォトレジスト膜が現像されることによって前記ウエハに形成されたレジストパターンの形状情報を取得するレジストパターン形状情報取得部
   を有し、
   前記開口数調整部は、前記レジストパターン形状情報取得部によって取得された前記レジストパターンの形状情報に基づいて、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方の開口数を調整する
   請求項１に記載の露光装置。
   

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