JP2008117866A - 露光装置、露光装置用レチクル、露光方法およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの周辺においてもフレアの影響を考慮して露光精度を向上させる露光装置を提供する。
【解決手段】本発明による露光装置は、感応基板（４０１）上の露光領域の位置に応じて、露光領域内の少なくとも一部の露光量を変化させるさせる露光量制御部（５０１）を有することによって、隣接露光領域の少なくとも一部が存在しないウエハの周辺においても、露光量が、隣接露光領域のフレアの影響を受ける、端部以外の領域と同じになるように露光領域内の少なくとも一部の露光量を変化させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、感応基板上にパターンを露光する露光装置、当該露光装置用レチクル、当該露光装置を使用する露光方法および当該露光装置を使用するデバイス製造方法に関するものである。特に、ウエハ上の複数のショット領域にパターンを露光する場合に、ウエハの端部のショット領域においても露光量を一定とするように、感応基板上にパターンを露光する露光装置、当該露光装置用レチクル、当該露光装置を使用する露光方法および当該露光装置を使用するデバイス製造方法に関するものである。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代えてこれより短い波長（１１〜１４ｎｍ）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている。この技術は、最近ではＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）リソグラフィと呼ばれており、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。

ＥＵＶ露光装置においては、露光光の、露光対象領域周囲への重なり（カブリ）が問題となる。このような、露光光の、露光対象領域周囲への重なり（カブリ）をフレアと呼称する。

フレアの発生量は投影光学系から元来発生するフレア量とレチクル上に形成された露光パターンとから決まるので、露光パターンからフレアの影響を予測し、マスク上の露光パターンの線幅を補正する方法が実施されている(たとえば、非特許文献１)。
Christof Krautshik, Masaaki Ito, Iwao Nishiyama, and Shinji Okazaki,"Impact of EUV Light Scatter on CD Control as a Result of Mask Density Changes", Emerging Lithographic Technologies VI, Proceedings of SPIE Vol. 4688 (2002)

しかしながら、上記の従来技術では、ウエハの周辺においてフレア量が異なることについては考慮されていなかった。

本発明はウエハの周辺においてもフレアの影響を考慮して露光精度を向上させることを目的とする。

本発明による露光装置は、感応基板上の露光領域の位置に応じて、露光領域内の少なくとも一部の露光量を変化させる露光量制御部を有することを特徴とする。

本発明による露光装置によれば、感応基板上の露光領域の位置に応じて、露光領域内の少なくとも一部の露光量を変化させることにより、ウエハの周辺においても露光精度を向上させることができる。

本発明による露光装置は、隣接露光領域の少なくとも一部が存在しない感応基板の端部においても、露光量が、隣接露光領域のフレアの影響を受ける、端部以外の領域と同じになるように露光領域内の少なくとも一部の露光量を変化させる露光量制御部を有することを特徴とする。

本発明による露光装置によれば、隣接露光領域の少なくとも一部が存在しない感応基板の端部においても、露光量が、隣接露光領域のフレアの影響を受ける、端部以外の領域と同じになるように露光領域内の少なくとも一部の露光量を変化させることにより、ウエハの周辺においても露光精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態による露光装置は、前記露光量制御部が、前記感応基板上に到達する露光光の照明領域の形状あるいは大きさを変化させることを特徴とする。

本実施形態による露光装置によれば、前記感応基板上に到達する露光光の照明領域の形状あるいは大きさを変化させて露光量を制御するので、ウエハの周辺においても露光精度を向上させることができる。

本発明の他の実施形態による露光装置は、前記露光量制御部が、隣接露光領域の少なくとも一部が存在しない感応基板の端部においても、露光量が、隣接露光領域のフレアの影響を受ける端部以外の領域と同じになるように、感応基板の端部の露光領域において、照明領域を形成する固定スリット板の開口領域の大きさまたは形状を変化させることを特徴とする。

本実施形態による露光装置によれば、固定スリットの開口領域の大きさまたは形状を変化させて露光量を制御するので、ウエハの周辺においても露光精度を向上させることができる。

本発明の他の実施形態による露光装置は、レチクルの、露光領域用パターン領域の外側に露光量補正用パターンを設け、露光量制御部が、隣接周囲部分の一部が存在しない感応基板の端部においても、露光量が、隣接周囲部分のフレアの影響を受ける端部以外の領域と同じになるように、感応基板の端部において、非スキャン方向の露光領域を定めるブラインドの開口領域の幅を変化させることを特徴とする。

本実施形態による露光装置によれば、露光領域の外側に露光量補正用パターンを照射して露光量を補正するので、ウエハの周辺においても露光精度を向上させることができる。

本発明による露光装置は、非スキャン方向の開口領域の幅を変化させることができる開口板を、投影光学系と感応基板との間に備え、露光領域の幅に応じて、前記開口板の非スキャン方向の開口領域の幅を変化させることを特徴とする。

本発明による露光装置によれば、投影光学系と感応基板との間に設けた開口部の非スキャン方向の開口領域の幅を変化させて露光中に隣接周囲部にフレアの影響を与えないようにするので、フレアによる露光量の変化が生じることはなく、ウエハの周辺においても露光精度を向上させることができる。

本発明によれば、ウエハの周辺においても露光精度を向上させる露光装置が得られる。

まず、ウエハ上の複数のショット領域（露光領域）にパターンを露光する場合について以下に説明する。

図９は、ウエハ上４０１の複数のショット領域を示す図である。複数のショット領域は、ウエハの端部以外の領域４０１１ａとウエハの端部の領域４０１１ｂとを含む。ウエハの端部の領域４０１１ｂは、外側に隣接ショット領域が存在しないので、当該領域からのフレアの影響を受けない。したがって、ウエハの端部の領域４０１１ｂの露光量は、ウエハの端部以外の領域４０１１ａの露光量よりも小さくなる。

ウエハの端部の領域の露光量を、ウエハの端部以外の領域の露光量と等しくするには以下の方法が考えられる。

図１０は、ウエハ上４０１のダミーショット領域を含むショット領域を示す図である。ウエハの端部の領域４０１１ｂの外側にダミーショット領域４０１１cを設け、パターンを露光する。ダミーショット領域４０１１cの露光光のフレアにより、ウエハの端部の領域４０１１ｂの露光量は、ウエハの端部以外の領域４０１１ａの露光量と等しくなる。このようにして、露光装置の露光精度は向上する。

しかし、上記の方法では、ダミーショット領域にパターンを露光する必要があり、ウエハ処理時間が増大し、露光装置のスループットが低下してしまう。

以下の説明では、上述の方法よりも露光装置のスループットを向上させることの可能な方法を説明する。

図１は、本発明の一実施形態による露光装置の構成を示す図である。露光装置は、レチクルステージ２０１に取り付けられたレチクル２０３と、投影光学系３０１と、ウエハステージ４０３に取り付けられたウエハ４０１と、を備える。露光装置は、さらに、レチクルステージ２０１およびウエハステージ４０３を駆動させる駆動制御部６０１を備える。

レチクル２０３の下方には、固定スリット板１０１、第１のブラインド１０３および第２のブラインド１０５が配置されている。図示しない照明光学系からの光が、固定スリット板１０１、第１のブラインド１０３および第２のブラインド１０５の開口部を通過し、レチクル２０３の下面に細長い円弧状の照明領域を形成する。詳細には、固定スリット板１０１が円弧状の照明領域を形成し、第１のブラインド１０３および第２のブラインド１０５が、露光領域の境界を定める。なお、説明の都合上、固定スリット板１０１、第１のブラインド１０３および第２のブラインド１０５が、レチクル２０３に入射する光束を遮蔽する構成としたが、レチクル２０３から反射した光束を遮光する構成としてもよいし、入射側および反射側の両方で光束を遮蔽する構成としてもよい。最終的に、ウエハ上の露光領域の形状が規定できるような構成であればよい。

露光中に、レチクルステージ２０１に取り付けられたレチクル２０３が、図１の矢印で示す方向に移動することによって、円弧状の照明領域によって照射されたレチクル２０３上のパターンが、投影光学系３０１を介して、ウエハ４０１上に露光される。

ここで、レチクル２０３の移動方向をスキャン方向と呼称し、ウエハ面と平行で、スキャン方向と垂直な方向を非スキャン方向と呼称する。第１のブラインド１０３は、スキャン方向の露光領域の境界を定め、第２のブラインド１０５は、非スキャン方向の露光領域の境界を定める。第１のブラインド１０３は、レチクルステージ２０１に固定されレチクル２０３と共に移動する。

投影光学系３０１とウエハ４０１との間には、開口部を備えた開口板１０７と可動ブラインド１０９を備えてもよい。開口板１０７と可動ブラインド１０９は、後で、本発明の第３の実施形態に関して説明する。

露光装置は、さらに、固定スリット板１０１、第２のブラインド１０５および開口板１０７のいずれかの開口領域を含む開口領域のサイズを操作して露光量を制御する露光量制御部５０１を含む。露光量制御部５０１は、駆動制御部６０１から露光領域の位置などの情報を受け取る。

本発明の第１の実施形態について説明する。

第１の実施形態においては、固定スリット板１０１は、スリットの長手方向に沿って、位置を変更することができる複数のブレードを備え、複数のブレードの位置を別々に制御することによって、スリットの幅を、スリットの長手方向(非スキャン方向)に沿って変更できるように、構成されている。スリットの幅を、スリットの長手方向に沿って変更できるようにする構成は、たとえば、特開2005-167232号公報に記載されている。

図２は、本発明の第１の実施形態による露光装置の、固定スリット板１０１のスリットの形状を示す図である。図２において、スリット１０１１ａのスリットの幅は、スリットの長手方向に沿って一定である。他方、スリット１０１１ｂのスリットの幅は、左側において拡がっている。このように、本実施形態においては、スリットの幅を、スリットの長手方向に沿って変化させることができる。

隣接ショット領域の露光光によるフレアの影響は、隣接ショット領域のパターン密度とフレアの影響から計算される。

図８は、ＥＵＶ光のフレアの影響の一例を示す図である。横軸は、パターンからの距離を示し、縦軸はフレア強度の相対値を表わす。フレア強度は、露光パターンからの距離にしたがって急激に減少するが、その後は減少の仕方が緩やかとなり、露光パターンから数ミリメータの範囲においても無視することのできない強度を有する。したがって、ＥＵＶ露光装置において、露光精度を向上させるには、数ミリメータの範囲におよぶフレアの影響を考慮する必要がある。

図３は、第１の実施形態における、ウエハ端部のショット領域の露光方法を示す図である。図３において、矢印はスキャン方向を示す。端部のショット領域４０１１ｂは、ウエハの外側(図の左側)からのフレアの影響を受けない。したがって、同じように露光した場合に、ショット領域４０１１ｂの左側の露光量は、端部ではないショット領域４０１１ａの左側の露光量に比較して小さくなる。端部ではないショット領域４０１１ａと同様に露光するには、端部のショット領域４０１１ｂにおける左側の露光量を増加させればよい。そこで、露光量制御部５０１は、端部のショット領域４０１１ｂを露光する際に、固定スリット板１０５のスリットの形状を、図２に示すスリット１０１１ｂのように左側のスリット幅を拡げた形状とすることによって左側の露光量を増加させる。

ショット領域のパターン密度がスキャン方向に変化する場合には、露光量制御部５０１は、レチクル２０３を移動させる間に、ショット領域のパターン密度に応じて固定スリット板１０５のスリット幅を変化させてもよい。

図３において、端部ではないショット領域４０１１ａにおいて、固定スリット板１０５のスリットによって露光される領域４０１３ａの幅は、非スキャン方向に沿って一定である。他方、端部のショット領域４０１１ｂにおいて、固定スリット板１０５のスリットによって露光される領域４０１３ｂの幅は、左側において増加している。このようにして、端部のショット領域４０１１ｂが、端部ではない隣接ショット領域４０１１ａと同様に露光される。

本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においては、以下に説明する特徴を有するレチクルが使用される。

図４は、第２の実施形態において使用されるレチクルの構成を示す図である。図４において、レチクル２０３ａは、ショット領域に対応するパターン２０３１ａの外側に、ダミーパターン２０３１ｂを備える。ダミーパターン２０３１ｂのパターン密度は、ショット領域用のパターン２０３１ａの右側の領域２０３１ｃのパターン密度と同様とする。

従来技術において、第２のブラインド１０５は、図４のショット領域に対応するパターン２０３１ａの非スキャン方向(図の水平方向)における幅に対応する幅を有する露光領域を定めるように位置決めされる。本実施形態において、露光量制御部５０１は、ウエハ端部の露光を行う際には、ショット領域の外側の、ウエハ端部に近い領域に、ダミーパターン２０３１ｂによる露光光の照射が行われるように、第２のブラインド１０５の位置をウエハの外側に拡げる。

図５は、第２のブラインド１０５および固定スリット板１０１を、投影光学系側から見た図である。図５において、矢印はスキャン方向を示す。固定スリット板１０１には、露光光が通過する開口部(スリット)１０１１が備わる。第２のブラインド１０５は、遮蔽板１０５１および１０５２、ガイド１０５３ならびに図示しない遮蔽板駆動装置を備える。露光量制御部５０１は、遮蔽板駆動装置に指令を送り、遮蔽板１０５１および１０５２を、ガイド１０５３に沿って移動させることによって、非スキャン方向の露光領域を変えることができる。

図６は、第２の実施形態における、ウエハ端部のショット領域の露光方法を示す図である。図６において、矢印はスキャン方向を示す。端部のショット領域４０１１ｂは、ウエハの外側(図の左側)からのフレアの影響を受けない。したがって、同じように露光した場合に、ショット領域４０１１ｂの左側の露光量は、端部ではないショット領域４０１１ａの左側の露光量に比較して小さくなる。そこで、ウエハ端部の露光を行う際には、ショット領域の外側の、ウエハ端部に近い領域に、ダミーパターン２０３１ｂによる露光光の照射を行うことによって左側の露光量を増加させる。

図６において、ショット領域の外側の、ウエハ端部に近い領域に、ダミーパターン２０３１ｂによる露光光の照射領域４０１３ｂ３が示されている。端部ではないショット領域４０１１ａにおいて、固定スリット板１０５のスリットによって露光される領域４０１３ａの幅、および端部のショット領域４０１１ｂにおいて、固定スリット板１０５のスリットによって露光される領域４０１３ｂ２の幅は、非スキャン方向に沿って一定であり等しい。このようにして、端部のショット領域４０１１ｂが、端部ではない隣接ショット領域４０１１ａと同様に露光される。

第３の実施形態について説明する。

図７は、開口板１０７と可動ブラインド１０９を、ウエハ側から見た図である。開口板１０７は開口部１０７１を備える。可動ブラインド１０９は、図示しない駆動装置によって非スキャン方向(図の水平方向)に駆動される２枚の遮蔽板１０９１および１０９２を備える。固定スリット板１０５のスリットを通過した露光光は、投影光学系３０１を経て、開口部１０７１を通過する。露光量制御部５０１は、２枚の遮蔽板１０９１および１０９２を非スキャン方向に移動させて位置決めすることにより、露光される領域の非スキャン方向における幅を定める。ウエハ４０１に近い位置において、露光される領域の非スキャン方向における幅を定めることによって、露光対象のショット領域以外のショット領域にフレアの影響が及ばないようにすることができる。

本発明によれば、隣接露光領域の一部が存在しない感応基板の端部においても、露光量が、隣接露光領域のフレアの影響を受ける端部以外の領域と同じになるように、露光光が通過する開口領域のサイズを操作して露光量を制御する。

図１１は、本発明の一実施形態によるＥＵＶ露光装置の照明光学系３３および投影光学系３０１を説明するための図である。既に説明した、固定スリット板１０１、第１のブラインド１０３、第２のブラインド１０５および開口板１０７については、ここでは説明しない。

光源３１から放出されたＥＵＶ光は、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡３４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂからなるオプティカルインテグレータ３５に入射する。

こうして、フライアイミラー３５ａの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ３５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は平面反射鏡３６により偏向された後、マスク(レチクル)Ｍ上に細長い円弧状の照明領域を形成する。ここで、円弧状の照明領域を形成するための開口板は、図示していない。マスクＭの表面で反射された光は、その後、投影光学系３７の多層膜反射鏡Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順に反射されて、露光光１として、マスクＭの表面に形成されたパターンの像を、ウエハ２上に塗布されたレジスト３上に形成する。

本実施形態によるＥＵＶ露光装置によって、感応基板(ウエハ)の任意の領域における露光量が一定となるので、露光精度が向上する。

以下、本発明に係わる半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図１２は、本発明の半導体デバイス製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各工程を含む。

（１）ウエハを製造するウエハ製造工程(またはウエハを準備するウエハ準備工程)
（２）露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(またはマスクを準備するマスク準備工程)
（３）ウエハに必要な露光処理を行うウエハプロセッシング工程
（４）ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
（５）できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。

これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウエハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工程は、以下の各工程を含む。

（１）絶縁層となる誘電体膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜などを形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリングなどを用いる）
（２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（３）薄膜層やウエハ基板などを選択的に加工するためにマスク（レクチル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィ工程
（４）レジストパターンにしたがって薄膜層や基板を加工するエッチング工程（たとえばドライエッチング技術を用いる）
（５）イオン・不純物注入拡散工程
（６）レジスト剥離工程
（７）さらに加工されたウエハを検査する検査工程
なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。

本実施形態においては、上記リソグラフィ工程において、本発明によるＥＵＶ光露光装置を使用している。したがって、感応基板(ウエハ)の任意の領域における露光量が一定となるので、露光精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態による露光装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による露光装置の、固定スリット板のスリットの形状を示す図である。 第１の実施形態における、ウエハ端部のショット領域の露光方法を示す図である。 第２の実施形態において使用されるレチクルの構成を示す図である。 第２のブラインドおよび固定スリット板を、投影光学系側から見た図である。 第２の実施形態における、ウエハ端部のショット領域の露光方法を示す図である。 開口板と可動ブラインドを、ウエハ側から見た図である。 ＥＵＶ光のフレアの影響関数の一例を示す図である。 ウエハ上の複数のショット領域を示す図である。 ウエハ上のダミーショット領域を含む複数のショット領域を示す図である。 本発明の一実施形態によるＥＵＶ露光装置の照明光学系および投影光学系を説明するための図である。 本発明の半導体デバイス製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１…固定スリット板、１０３…第１のブラインド、１０５…第２のブラインド、２０３…レチクル、３０１…投影光学系、４０１…ウエハ

Claims (13)

1. 感応基板上の露光領域の位置に応じて、露光領域内の少なくとも一部の露光量を変化させる露光量制御部を有することを特徴とする露光装置。
2. 隣接露光領域の少なくとも一部が存在しない感応基板の端部においても、露光量が、隣接露光領域のフレアの影響を受ける、端部以外の領域と同じになるように露光領域内の少なくとも一部の露光量を変化させる露光量制御部を有することを特徴とする露光装置。
3. 前記露光量制御部が、前記感応基板上に到達する露光光の照明領域の形状あるいは大きさを変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記露光量制御部が、隣接露光領域の少なくとも一部が存在しない感応基板の端部においても、露光量が、隣接露光領域のフレアの影響を受ける端部以外の領域と同じになるように、感応基板の端部の露光領域において、照明領域を形成する固定スリット板の開口領域の大きさまたは形状を変化させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記露光量制御部が、感応基板の端部において、隣接露光領域のパターン密度とフレアの影響に基づいて、前記固定スリット板の開口領域の大きさまたは形状を変化させることを特徴とする請求項３または４に記載の露光装置。
6. 前記固定スリット板の開口領域の非スキャン方向に沿った幅が可変であり、前記露光量制御部が、感応基板の端部において、隣接露光領域のパターン密度とフレアの影響に基づいて、固定スリット板の開口領域の幅を変えることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記露光量制御部が、感応基板の端部において、露光領域をスキャンしながら露光する間に、隣接露光領域のパターン密度とフレアの影響に基づいて、前記固定スリット板の開口領域の大きさまたは形状を変えることを特徴とする請求項５または６に記載の露光装置。
8. レチクルの、露光領域用パターン領域の外側に露光量補正用パターンを設け、前記露光量制御部が、隣接周囲部分の一部が存在しない感応基板の端部においても、露光量が、隣接周囲部分のフレアの影響を受ける端部以外の領域と同じになるように、感応基板の端部において、非スキャン方向の露光領域を定めるブラインドの開口領域の幅を変化させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 非スキャン方向の開口領域の幅を変化させることができる開口板を、投影光学系と感応基板との間に備え、露光領域の幅に応じて、前記開口板の非スキャン方向の開口領域の幅を変化させることを特徴とする露光装置。
10. 前記開口板において、可動遮蔽板によって非スキャン方向の開口領域の幅を調節するように構成したことを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 露光量補正用パターンを、露光領域用パターン領域の外側に設けたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の露光装置に使用されるレチクル。
12. 請求項１から１０のいずれかに記載の露光装置を使用して、レチクルに形成された露光パターンを感応基板上に露光転写することを特徴とする露光方法。
13. 請求項１から１０のいずれかに記載の露光装置を使用して、レチクルに形成された露光パターンを感応基板上に露光転写する工程を有するデバイスの製造方法。

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