JP2011049296A

JP2011049296A - マスクレス露光方法

Info

Publication number: JP2011049296A
Application number: JP2009195538A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Shibata; 浩匡柴田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-10

Abstract

【課題】本発明は、マスクを用いることなく投影パターンをデジタル的に生成して露光するマスクレス露光方法に関し、複雑なプロセスや機構要素を付加することなく、分解能を向上することを目的とする。
【解決手段】露光パターンを生成し縮小させた該露光パターンで基板を露光するマスクレス露光方法であって、前記露光時に、前記露光パターンのエッジを強調処理することを特徴とする。また、前記露光パターンの高照射部分の端部近傍の露光量増大により前記強調処理を行っていることを特徴とする。また、前記露光パターンの低照射部分の端部近傍の露光量減少により前記強調処理を行っていることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、マスクを用いることなく露光パターンをデジタル的に生成して露光するマスクレス露光方法に関する。

近時、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)を用いて露光パターンを生成し、この露光パターンを対物レンズにより縮小投影して基板を露光するマスクレス露光装置が開発されている。このような露光装置は、マスクを制作する必要がないため、多種少量生産に適しており、研究開発機関での使用に適している。

特開２００４−３０３９５１号公報

しかしながら、従来のマスクレス露光装置では、例えば、露光波長が４０５ｎｍ、対物レンズのＮＡ(開口数)が０．９５の場合には、２点間の理論分解能は、例えば２６０ｎｍとなる。そして、理論分解能近傍のパターンを露光すると、回折等の影響により現像後のレジストパターンプロファイルがなまり易くなる。

本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、複雑なプロセスや機構要素を付加することなく、分解能を向上することができるマスクレス露光方法を提供することを目的とする。

第１の発明のマスクレス露光方法は、露光パターンを生成し縮小させた該露光パターンで基板を露光するマスクレス露光方法であって、前記露光時に、前記露光パターンのエッジを強調処理することを特徴とする。

第２の発明のマスクレス露光方法は、第１の発明のマスクレス露光方法において、前記露光パターンの高照射部分の端部近傍の露光量増大により前記強調処理を行っていることを特徴とする。

第３の発明のマスクレス露光方法は、第１または第２の発明のマスクレス露光方法において、前記露光パターンの低照射部分の端部近傍の露光量減少により前記強調処理を行っていることを特徴とする。

第４の発明のマスクレス露光方法は、第１ないし第３のいずれか１の発明のマスクレス露光方法において、前記エッジの強調処理は該当個所の前記露光パターンの照射時間と非照射時間との調整により行っていることを特徴とする。

第５の発明のマスクレス露光方法は、第１ないし第４のいずれか１の発明のマスクレス露光方法において、前記露光パターンを、反射角変更制御可能なマイクロミラーを複数有するＤＭＤにより形成することを特徴とする。

本発明では、理論分解能以下のパターンのプロファイルを向上することができる。

本発明の露光方法に使用されるマスクレス露光装置を示す説明図である。図１のＤＭＤの詳細を示す説明図である。通常の露光時におけるＤＭＤの露光パターンの変化を示す説明図である。通常の露光方法を示す説明図である。トップエッジを強調する露光時におけるＤＭＤの露光パターンの変化を示す説明図である。トップエッジを強調するための露光パターンを示す説明図である。通常露光された基板とトップエッジ強調露光された基板を比較して示す説明図である。通常露光された基板とトップエッジ強調露光された基板のプロファイルを比較して示す説明図である。ボトムエッジを強調する露光時におけるＤＭＤの露光パターンの変化を示す説明図である。ボトムエッジを強調するための露光パターンを示す説明図である。

以下、本発明のマスクレス露光方法の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明のマスクレス露光方法に使用されるマスクレス露光装置を示している。

マスクレス露光装置は、露光光学系１１、観察光学系１３、オートフォーカス光学系１５を有している。そして、対物レンズ１７が、露光光学系１１と観察光学系１３に共用されている。

露光光学系１１は、露光照明光学系１９、ＤＭＤ２１、第２の対物レンズ２３、ダイクロイックミラー２５，２７，２９、対物レンズ１７を有している。

露光照明光学系１９は、露光光源３１、コレクタレンズ３３を有している。露光光源３１には、ＬＤ、ＬＥＤ、水銀ランプ等が使用される。より具体的には、ｉ線(３６５ｎｍ)、ｇ線(４３６ｎｍ)等の露光光が使用される。コレクタレンズ３３は、露光光源３１からの露光光を集光し、平行光をＤＭＤ(Digital Micromirror Device)２１に照射する。ＤＭＤ２１は、反射角変更可能であり２次元に配列された多数のマイクロミラーを有している。ＤＭＤ２１は露光光学系において基板Ｋと光学的に共役な位置に配置されており、マイクロミラーを駆動して反射角を変えることで、種々な形状の露光パターンを生成することが可能である。

ＤＭＤ２１で反射された露光パターンを有する露光光は、第２の対物レンズ２３を通りダイクロイックミラー２５で反射される。反射された露光光は、ダイクロイックミラー２７，２９、対物レンズ１７を通り、基板Ｋ上に照射され、基板Ｋに塗布されたレジストが露光される。対物レンズ１７は、例えば１００倍程度の拡大倍率を有しており、対物レンズ１７を通過した露光パターンは、基板Ｋ上に１／１００程度に縮小投影される。なお、対物レンズ１７は、レボルバに支持されており、レボルバを回転することで倍率の異なる複数の対物レンズに交換可能とされている。この実施形態では、１０倍と１００倍の対物レンズを有している。

観察光学系１３は、観察照明光学系３５、対物レンズ１７、ダイクロイックミラー２５，２７，２９、第２の対物レンズ３７、ビームスプリッタ３９、接眼レンズ４１、テレビカメラ４３を有している。

観察照明光学系３５は、光源４４、コレクタレンズ４５、開口絞り(ＡＳ)４７、視野絞り(ＦＳ)４９、コンデンサレンズ５１を有している。光源４４には、白色光を発生する白色光源が使用される。より具体的には、基板Ｋのレジストを感光しない、例えば波長が５００ｎｍ以上の可視光が使用される。光源からの光は、コレクタレンズ４５、開口絞り(ＡＳ)４７、視野絞り(ＦＳ)４９、コンデンサレンズ５１を通りダイクロイックミラー２９で反射される。反射された光は、対物レンズ１７を通り、基板Ｋを照明する。基板Ｋで反射した照明光は、ダイクロイックミラー２５，２７，２９、第２の対物レンズ３７を通りビームスプリッタ３９に導かれる。

ビームスプリッタ３９で反射した光は、接眼レンズ４１に導かれる。従って、接眼部を覗くことで、基板Ｋを拡大観察することができる。ビームスプリッタ３９を通過した光は、テレビカメラ４３の撮像素子(例えばＣＣＤ)５３に導かれる。観察光学系において基板Ｋと共役な位置に配置された撮像素子５３で取得された基板Ｋの拡大画像は、表示装置６１の画面に表示される。この表示により基板Ｋを拡大観察することができる。

オートフォーカス(ＡＦ)光学系５７は、撮像素子(例えばＣＣＤ)５５、結像レンズ５７、ダイクロイックミラー２７を有している。基板Ｋの像が対物レンズ１７、ダイクロイックミラー２７，２９を介して結像レンズ５７に入射され、撮像素子５５上に結像される。そして、撮像素子５５上への結像状態（例えば画像のコントラスト）に基づいて対物レンズ１７のオートフォーカスが行われる。

テレビカメラ４３には、表示装置６１が接続されている。表示装置６１は、テレビカメラ４３で取得された画像を表示する。

制御装置６３は、メモリ６５、ＣＰＵ６７等を有している。制御装置６３には、入力部６９が接続されている。制御装置６３は、駆動部７１を介してＺθステージ７３を駆動する。また、駆動部７５を介してＸ−Ｙステージ７７を駆動する。制御装置６３は、テレビカメラ４３のオン，オフを制御する。

制御装置６３は、ＤＭＤ駆動部７９を介してＤＭＤ２１を駆動制御する。制御装置６３のメモリ６５には、露光すべき露光パターンが記憶されている。

本発明のマスクレス露光方法の第１の実施形態は、上述したマスクレス露光装置を用いて行われる。

図２(ａ)は、上述したＤＭＤ２１の詳細を示している。ＤＭＤ２１は、例えば横幅Ａが４０×１００μｍ、縦幅Ｂが３０×１００μｍ程度の寸法とされている。ＤＭＤ２１を拡大すると、図２(ｂ)に示すように多数のマイクロミラーＭが２次元的に配列されている。各マイクロミラーＭは矩形形状をしており、一辺の長さが例えば７０×１００ｎｍとされている。各マイクロミラーＭは、反射角変更可能であり、マイクロミラーＭを駆動して反射角を変えることで、種々な形状の露光パターンを生成することが可能である。本実施形態では信号を入力したマイクロミラー素子が所定の向きに駆動され、信号を非入力の時に初期状態となるＤＭＤを用いている。また、信号を入力されたマイクロミラー素子の駆動精度が初期状態のマイクロミラー素子の向きの精度よりも高いため、本実施形態では露光パターン中の露光する部分に対応するマイクロミラー素子を駆動状態としている。（露光パターン中の露光しない部分に対応するマイクロミラー素子は初期状態であるため、多少向きがずれている可能性があるが、露光に寄与しないため問題はないため）このＤＭＤ２１を例えば１００倍の対物レンズを通して基板に縮小投影すると、全体の寸法が横４０μｍ、縦３０μｍの寸法になる。また、各マイクロミラーＭの一辺の長さが７０ｎｍの寸法になる。

図３(ａ)は、基板Ｋにライン状のパターンを露光する時にＤＭＤ２１に生成される露光パターンを示している。図３(ａ)の黒い部分に位置するマイクロミラーＭで反射した光により基板Ｋが露光される。図３(ｂ)は、図３(ａ)の黒い部分の一部Ｄを拡大して示している。この部分には、横方向に例えば７つ(７ピクセル)のマイクロミラーＭが配置されている。

図４(ａ)は、縦軸がショット回数、横軸が図３（ａ）の横１行のマイクロミラー素子の一部を示している。図４（ａ）を用いて、通常の露光方法により基板Ｋにライン状のパターンを露光する方法を説明する。

(１)先ず、ＤＭＤ２１の全てのマイクロミラーＭに駆動信号を入力して基板Ｋに光を反射する状態(反射状態)とする。この露光パターンＰ１で例えば２４ｍＳｅｃの間露光が行われる。この実施形態では、６ｍＳｅｃ(１ショット)毎にＤＭＤ２１の露光パターンを変更可能とされている。従って、２４ｍＳｅｃは４ショットとなる。なお、この４ショットは必ずしも行う必要はない。

(２)次に、４ショットが終了した所で、ＤＭＤ２１の露光パターンが図３(ａ)に示すような露光パターンに変更される。この露光パターンＰ２では、黒い部分に位置する横方向７つのマイクロミラーＭに駆動信号を入力して基板Ｋに光を反射する状態(反射状態)としている。そして、この状態で例えば２４０ｍＳｅｃ(４０ショット)の間露光が行われる。なお、図４(ａ)では図３(ａ)に示すマイクロミラー素子Ｍの横１行の一部を示しているが、行内の他の部分及び他の行についても同様に制御される。

次に現像後のウエハ(基板)上に形成されるホトレジストの形状を図４(ｂ)を用いて説明する。なお、本実施形態では露光した部分が現像後にパターンとして残る所謂ネガ型のホトレジストを用いている。図４(ｂ)はウエハ上に形成したホトレジストをパターンの延在方向に対して垂直に切断した断面図を示している。前述のようにしてライン状のパターンを露光すると、露光、現像した後のホトレジストのプロファイルのトップエッジ(高照射部分の端部)Ｅ１およびボトムエッジ(低照射部分の端部)Ｅ２が、曲線状になる所謂なまり現象が発生する。図４(ｂ)において、曲線部分の寸法Ｃは、例えば７０ｎｍ程度である。これは、理論分解能近傍のパターンを露光したために生じる現象である。例えば、露光波長が４０５ｎｍ、対物レンズのＮＡ(開口数)が０．９５の場合には、２点間の理論分解能は２６０ｎｍとなる。

この実施形態では、トップエッジＥ１がなまるのを防止するため図５(ａ)に示すような露光方法が用いられる。図５(a)は図４(a)と同様に縦軸がショット回数、横軸が図３(a)の横１行のマイクロミラー素子の一部を示している。

(１)先ず、ＤＭＤ２１の全てのマイクロミラーＭに駆動信号が入力され基板Ｋに光を反射する状態(反射状態)とする。この露光パターンＰ１で例えば２４ｍＳｅｃ(４ショット)の間露光が行われる。

(２)次に、４ショットが終了した所で、ＤＭＤ２１の露光パターンが図３(ａ)に示すような露光パターンに変更される。この露光パターンＰ２では、黒い部分に位置する横方向７つのマイクロミラーＭに駆動信号が入力され基板Ｋに光を反射する状態(反射状態)としている。そして、この状態で例えば２４０ｍＳｅｃ(４０ショット)の間露光が行われる。

(３)次に、４０ショットの露光が終了した所で、ＤＭＤ２１の露光パターンが図５(ａ)のＰ３に示すような露光パターンに変更される。この露光パターンＰ３では、トップエッジＥ１に位置する横方向２つのマイクロミラーＭが基板Ｋに光を反射する状態(反射状態)に駆動される。そして、この状態で例えば６ｍＳｅｃ(１ショット)の間露光が行われる。

(４)次に、１ショットの露光が終了した所で、ＤＭＤ２１の露光パターンが図５(ａ)のＰ４に示すような露光パターンに変更される。この露光パターンＰ４では、トップエッジＥ１に位置する横方向１つのマイクロミラーＭが基板Ｋに光を反射する状態(反射状態)に駆動される。図６は、この時にＤＭＤ２１に生成される露光パターンを示している。図６の黒い部分に位置するマイクロミラーＭで反射した光により基板Ｋが露光される。そして、この状態で例えば１２ｍＳｅｃ(２ショット)の間露光が行われる。

このようにしてウエハ上に形成したホトレジストの形状は、図５(ｂ)に示すようにトップエッジのなまり現象が発生せずシャープなエッジ形状を得ることができる。

上述したＤＭＤ２１の露光パターンは、制御装置６３のメモリ６５に記憶されている。そして、ＤＭＤ駆動部７９を介してＤＭＤ２１のマイクロミラーＭを駆動することで露光パターンが実現される。メモリ６５への記憶は、例えば入力部６９を介して例えばパーソナルコンピュータからの露光パターンを入力することにより行われる。露光パターンは、トップエッジＥ１近傍のプロファイルを向上できる最適なパターンであり、例えば基板Ｋへの露光、現像実験を繰り返すことにより求められる。この場合、実験だけに頼らず、例えば逆ラプラシアン変換を用いて最適なパターンを予想しても良い。

この実施形態の露光方法では、露光パターンのトップエッジＥ１近傍の露光量が増大するように、ＤＭＤ２１の露光パターンをデジタル的に変化するようにしたので、複雑なプロセスや機構要素を付加することなく、理論分解能以下のパターンのトップエッジＥ１近傍のプロファイルを向上することができる。

図７(ａ)は、図４に示す通常の露光を行った基板Ｋをテレビカメラ撮像した画面である。図７(ｂ)は、図５に示すトップエッジＥ１を強調した露光を行った基板Ｋをテレビカメラ撮像した画面である。各画面の白い部分は、露光された部分である。トップエッジＥ１を強調した露光を行った基板Ｋでは、通常の露光を行った基板Ｋに比較してトップエッジＥ１が鮮明になっているのがわかる。

図８は、図７(ａ)と図７(ｂ)のプロファイルを比較した図である。横軸には基板Ｋの横方向の位置が、縦軸にはコントラストがとられている。曲線ａは、図５に示すトップエッジＥ１を強調した露光を行った基板Ｋのプロファイル、曲線ｂは、図４に示す通常の露光を行った基板Ｋのプロファイルである。トップエッジＥ１を強調した露光を行った基板Ｋでは、通常の露光を行った基板Ｋに比較してトップエッジＥ１が明瞭になっているのがわかる。
(第２の実施形態)
この実施形態では、ボトムエッジＥ２がなまるのを防止するため図９(ａ)に示すような露光方法が用いられる。

(１)先ず、ＤＭＤ２１の全てのマイクロミラーＭが基板Ｋに光を反射する状態(反射状態)に駆動される。この露光パターンＰ１で例えば６ｍＳｅｃ(１ショット)の間露光が行われる。

(２)次に、１ショットの露光が終了した所で、ＤＭＤ２１の露光パターンが図９(ａ)のＰ５に示すような露光パターンに変更される。この露光パターンＰ５では、ボトムエッジＥ２に位置する横方向１つのマイクロミラーＭが基板Ｋに光を反射しない状態(非反射状態)に駆動される。図１０は、この時にＤＭＤ２１に生成される露光パターンを示している。図１０の黒い部分に位置するマイクロミラーＭで反射した光により基板Ｋが露光される。そして、この状態で例えば１２ｍＳｅｃ(２ショット)の間露光が行われる。

(３)次に、２ショットの露光が終了した所で、ＤＭＤ２１の露光パターンが図９(ａ)のＰ６に示すような露光パターンに変更される。この露光パターンＰ６では、ボトムエッジＥ２に位置する横方向２つのマイクロミラーＭが基板Ｋに光を反射しない状態(非反射状態)に駆動される。そして、この状態で例えば６ｍＳｅｃ(１ショット)の間露光が行われる。

(４)次に、１ショットの露光が終了した所で、ＤＭＤ２１の露光パターンが図９(ａ)のＰ２に示すような露光パターンに変更される。そして、この露光パターンＰ２で例えば２４０ｍＳｅｃ(４０ショット)の間露光が行われる。

この実施形態の露光方法では、露光パターンのボトムエッジＥ２近傍の露光量が減少するように、ＤＭＤ２１の露光パターンをデジタル的に変化するようにしたので、複雑なプロセスや機構要素を付加することなく、理論分解能以下のボトムエッジＥ２近傍のパターンのプロファイルを向上することができる。

(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。

(１)上述した実施形態では、ＤＭＤ２１により露光パターンを生成した例について説明したが、例えば、画面を細かくデジタル的に分割し透過率を制御する液晶表示素子等の空間変調器を用いても良い。

(２)上述した実施形態では、トップエッジＥ１近傍のなまり、または、ボトムエッジＥ２近傍のなまりを軽減した例について説明したが、トップエッジＥ１近傍およびボトムエッジＥ２近傍のなまりを同時に軽減するようにしても良い。

(３)上述した実施形態では、直線状のラインのエッジ近傍のなまりを軽減した例について説明したが、曲線状のライン等のエッジ近傍のなまりを軽減するようにしても良い。

１７…対物レンズ、２１…ＤＭＤ、Ｅ１…トップエッジ、Ｅ２…ボトムエッジ、Ｋ…基板、Ｍ…マイクロミラー、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６…露光パターン。

Claims

露光パターンを生成し縮小させた該露光パターンで基板を露光するマスクレス露光方法であって、
前記露光時に、前記露光パターンのエッジを強調処理することを特徴とするマスクレス露光方法。
請求項１記載のマスクレス露光方法において、
前記露光パターンの高照射部分の端部近傍の露光量増大により前記強調処理を行っていることを特徴とするマスクレス露光方法。
請求項１または請求項２記載のマスクレス露光方法において、
前記露光パターンの低照射部分の端部近傍の露光量減少により前記強調処理を行っていることを特徴とするマスクレス露光方法。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のマスクレス露光方法において、
前記エッジの強調処理は該当個所の前記露光パターンの照射時間と非照射時間との調整により行っていることを特徴とするマスクレス露光方法。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のマスクレス露光方法において、
前記露光パターンを、反射角変更制御可能なマイクロミラーを複数有するＤＭＤにより形成することを特徴とするマスクレス露光方法。