JP2012199383A

JP2012199383A - 露光装置、半導体装置の製造方法、及び、パターン形成方法

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Publication number: JP2012199383A
Application number: JP2011062414A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Tanaka; 雄介田中
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-10-18

Abstract

【課題】ウエハ面上での照度低下や光学像劣化の度合いを軽減すること。
【解決手段】露光波長の光を発する光源部と、照明の形状を可変に構成された照明光学系部、及び、ＥＵＶマスク２０のパターン像をウエハ４０上に形成する投影光学系を備えた露光装置であって、投影光学系の瞳面を通過する光の一部を遮蔽する中心遮蔽５０と、一端側を介して中心遮蔽５０と繋がり、中心遮蔽５０から放射状に延伸するスポーク５１と、スポーク５１の他端側と繋がり、中心遮蔽５０及びスポーク５１を支持する支持部材５２と、を有する遮蔽部材が瞳面近傍に位置し、遮蔽部材は、中心遮蔽５０の中心を、中心遮蔽５０と垂直に通過する軸を回転軸として、回転可能に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、半導体装置の製造方法、及び、パターン形成方法に関する。

半導体デバイスを製造するにはマスクパターンをウエハ上に転写するリソグラフィ工程が必要である。この工程でパターン転写に用いられる装置は、一般に露光装置と呼ばれている。

露光装置の光源としては紫外線（ＵＶ：Ultra Violet）、深紫外線（ＤＵＶ：Deep Ultra Violet）が一般的であるが、最近では、パターンの微細化に伴い、より波長の短い極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultra Violet）を用いる露光装置も開発されている。ＵＶもしくはＤＵＶを用いる露光装置の光学系は主に透過型レンズを用いて構成されていた。しかし、ＥＵＶ露光装置のような短波長光源を用いる露光装置では、光の波長が短いため高い透過率をもつ材料が無く、そのため投影光学系は全て反射型ミラーで構成される。

図８にＥＵＶ露光装置の投影光学系の一例を模式的に示す。図示する例の場合、照明アパーチャー１００を介して入射されたＥＵＶ光は、反射型ミラー３１０及び反射型ミラー３２０をこの順に反射後、ＥＵＶマスク２００に照射される。そして、ＥＵＶマスク２００を反射したＥＵＶ光は、反射型ミラー３４０に設けられた穴を通過し、反射型ミラー３３０に到達して反射する。次いで、ＥＵＶ光は、反射型ミラー３４０を反射後、反射型ミラー３３０に設けられた穴を通過して、ウエハ４００に照射される。なお、瞳面近傍には、ＥＵＶ光の一部を遮蔽する中心遮蔽５００が設けられている。中心遮蔽５００により、ＥＵＶマスク２００を反射したＥＵＶ光が、反射型ミラー３３０及び反射型ミラー３４０での反射を経ずに、反射型ミラー３３０に設けられた穴を通過してウエハ４００に照射されることを抑制している。

図８に示すように、反射型ミラー３３０及び３４０で構成される投影光学系では、入射光と反射光の光軸が重ならないように、光軸を傾けて各反射型ミラー３３０及び３４０を配置する必要がある。このような投影光学系で解像性能を向上させるために開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）をある程度以上大きくしようとすると、図示するように、瞳面近傍に中心遮蔽５００を配置する必要がある。非特許文献１（Proceeding of SPIE, vol.7636, pp.763603-1〜11 (2010)）には、ＮＡが０．３２より大きいＥＵＶ露光装置では、ミラー枚数を８枚以上に増やすか、または、中心遮蔽の導入が必要になると記載されている。

ところで、図８には、中心遮蔽５００及び中心遮蔽５００を保持する構造を拡大した模式図を示している（非特許文献２：Proceeding of SPIE, vol.6921, pp.69212V-1〜8 (2008)）。当該構造では、中心遮蔽５００と繋がった１本のスポーク５１０と、スポーク５１０と繋がった支持部材５２０により、中心遮蔽５００を支持している。ＥＵＶ露光装置のような短波長光源を用いる露光装置では、高い透過率をもつ材料が無いため、中心遮蔽には最低でも１本のスポークが必要となる。なお、非特許文献３（Proceeding of SPIE, vol.5374, pp.881〜891 (2004)）には、４本のスポーク５１０で中心遮蔽５００を保持する例が開示されている。

その他、関連する技術が特許文献１乃至３に開示されている。

特許文献１（特開２００１−１８５４８０号公報）には、上述のような中心遮蔽を設けることを特徴とする露光装置が開示されている。

特許文献２（特開平６−１８１１５９号公報）には、投影光学系の瞳面近傍に交換可能な透過率フィルタを具備した露光装置が開示されている。

特許文献３（特開平５−２７５３１５号公報）には、光源から発した光をマスクに照射させる照明光学系レンズと、マスクを通過した光をウエハ表面に集光させる投影光学系レンズと、光源と照明光学系レンズとの間に配置されるアパーチャー部材とを備え、アパーチャー部材は光源から発した光を成形するための透過領域と透過領域内を横切るように帯状に形成された遮光部材とを有する投影露光装置が開示されている。

特開２００１−１８５４８０号公報特開平６−１８１１５９号公報特開平５−２７５３１５号公報

Proceeding of SPIE, vol.7636, pp.763603-1〜11 (2010) Proceeding of SPIE, vol.6921, pp.69212V-1〜8 (2008) Proceeding of SPIE, vol.5374, pp.881〜891 (2004)

図８に示すように、中心遮蔽５００と繋がったスポーク５１０を用いて中心遮蔽５００を支持する場合、スポーク５１０が不要にＥＵＶ光を遮蔽してしまい、ウエハ４００面上での照度の低下や、光学像の劣化を招く恐れがある。

本発明者は、特に、以下のような場合に、当該不都合が顕著になることを発見した。

最近の露光装置では、解像性能を高めるために、変形照明という手法がよく使われている。これは、マスクに入射する光を特定の方向からの光のみに制限することで、転写パターンの解像性を向上させる手法である。変形照明の代表的な例としては、輪帯照明、二重極照明、四重極照明等がある。

短波長光源を用いる中心遮蔽５００を備えた露光装置において、照明領域を小さく絞ったこれらの変形照明を用いる場合、ＥＵＶ光がスポーク５１０により遮蔽されると、変形照明を用いない場合に比べて、ＥＵＶ光全体におけるスポーク５１０で遮蔽された光の割合は相対的に大きくなり、照度低下や光学像劣化の度合いは大きくなってしまう。

本発明によれば、露光波長の光を発する光源部と、照明の形状を可変に構成された照明光学系部、及び、マスクのパターン像を感光性基板上に形成する投影光学系を備えた露光装置であって、前記投影光学系の瞳面を通過する光の一部を遮蔽する中心遮蔽と、一端側を介して前記中心遮蔽と繋がり、前記中心遮蔽から放射状に延伸するスポークと、前記スポークの他端側と繋がり、前記中心遮蔽及び前記スポークを支持する支持部材と、を有する遮蔽部材が前記瞳面近傍に位置し、前記遮蔽部材は、前記中心遮蔽の中心を前記中心遮蔽と垂直に通過する軸を回転軸として、回転可能に支持されている露光装置が提供される。

また、本発明によれば前記露光装置を用いて、感光性基板上にマスクのパターン像を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。

また、本発明によれば前記露光装置を用いて、感光性基板上にマスクのパターン像を形成する工程を有するパターン形成方法が提供される。

本発明によれば、照明形状や転写パターンのレイアウトに応じて遮蔽部材を回転させることで、スポークによってＥＵＶ光が遮蔽される不都合を軽減することができる。

本発明によれば、ウエハ面上での照度低下や光学像劣化の度合いを軽減することができる。

本実施形態の露光装置の一例を模式的に示す図である。本実施形態の変形照明及び遮蔽部材の一例を模式的に示す図である。本実施形態の変形照明及び遮蔽部材の一例を模式的に示す図である。本実施形態の変形照明及び遮蔽部材の一例を模式的に示す図である。本実施形態の変形照明及び遮蔽部材の一例を模式的に示す図である。本実施形態の遮蔽部材、筺体、及び、回転レバーの関係の一例を模式的に示す図である。本実施形態の露光方法の工程の流れを示すフローチャートである。露光装置の一例を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号およびハッチングを付し、適宜説明を省略する。

図１に、本実施形態の露光装置の一例を模式的に示す。

図示するように本実施形態の露光装置は、ＥＵＶ光を発する光源部（不図示）及び照明アパーチャー１０を有する照明光学系部と、複数の反射型ミラー３３及び３４と、中心遮蔽５０、スポーク５１及び支持部材５２を含む遮蔽部材と、ＥＵＶマスク２０を保持するマスク保持部（不図示）と、ウエハ４０を保持するウエハ保持部（不図示）とを有する。そして、一部の反射型ミラーと遮蔽部材は筺体６０内に位置する。

筺体６０は、筺体６０内へのＥＵＶ光の入射、及び、筺体６０内からのＥＵＶ光の出射が可能に構成されている。例えば、筺体６０には、ＥＵＶ光の通路となる穴が設けられている。このような筺体６０の構成は特段制限されず、従来のあらゆる技術を利用することができる。

複数の反射型ミラー３３及び３４、マスク保持部、ウエハ保持部の構成は特段制限されず、従来のあらゆる技術を利用することができる。すなわち、反射型ミラーの数、及び、配置方法等は図示するものに限定されず、設計的事項である。

ＥＵＶ光を発する光源の構成は特段制限されず、従来のあらゆる技術を利用することができる。光源が発する光の波長は、例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

照明アパーチャー１０は、発する光の形状を可変に構成されている。変形照明の例としては、例えば、図３（Ａ）に示すような二重極照明１２が考えられる。この二重極照明１２では、円形の互いに分離した２つの照明領域が形成される。この２つの照明領域は、各照明領域の中心同士を結ぶ線分の中心が、照射対象全域（例えば、図中最大円で囲まれた斜線のハッチングがなされた領域）の中心にくるように位置している。

変形照明のその他の例としては、例えば、図２（Ａ）に示すような四重極照明１１が考えられる。この四重極照明１１では、円形の互いに分離した４つの照明領域が形成される。この４つの照明領域は、各照明領域の中心を結ぶと１つの正方形が形成されるよう位置し、当該正方形の中心が、照射対象全域（例えば、図中最大円で囲まれた斜線のハッチングがなされた領域）の中心にくるように位置している。

なお、図２及び３に示す照明領域の形状（円形）はあくまで一例であり、当該形状は特段制限されない。参考までに、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に、照明領域の形状が円形と異なる四重極照明１３を示す。

変形照明のその他の例としては、図示しないが輪帯照明等が考えられる。

本実施形態の照明アパーチャー１０が実現する変形照明の形状は特段制限されないが、少なくとも、二重極照明１２及び四重極照明１１を実現可能に構成される。照明領域の形状は特段制限されない。なお、照明アパーチャー１０は、輪帯照明等その他の形状を実現できてもよい。

照明アパーチャー１０から発せられる二重極照明１２及び四重極照明１１の平面視での位置関係は、次のようになっている。すなわち、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すように、そのままの状態（照明アパーチャー１０から発せられる際の状態）では、二重極照明１２の２つの照明領域の中心どうしを結ぶ線と、四重極照明１１の４つの照明領域の中心どうしを結んで形成される四角形の対角線のいずれかとが、平行になることはない。そして、二重極照明１２を、２つの照明領域の中心同士を結ぶ線分の中心を紙面に対して垂直に通る軸を回転軸として４５度回転させると、二重極照明１２の２つの照明領域の中心どうしを結ぶ線と、四重極照明１１の４つの照明領域の中心どうしを結んで形成される四角形の対角線のいずれかとが、略平行になる。

このような照明アパーチャー１０は、従来技術に準じて実現することができる。

中心遮蔽５０は、瞳面を通過するＥＵＶ光の一部を遮蔽する。例えば、中心遮蔽５０は、瞳面を通過するＥＵＶ光の束の中の、略中心付近のＥＵＶ光を遮蔽する。中心遮蔽５０は、平面形状が回転対称形状になるよう構成される。回転対称形状としては、例えば円形などが考えられる。このような中心遮蔽５０は、従来技術に準じて実現することができる。

スポーク５１は、例えば棒状に構成され、一端側を介して中心遮蔽５０と繋がり、他端側を介して支持部材５２と繋がる。スポーク５１は、ＥＵＶ光をできるだけ透過させ、かつ、中心遮蔽５０を保持可能な強度を要求される。このようなスポーク５１を実現する材料は従来技術に準じたあらゆるものを採用できる。

スポーク５１の本数は特段制限されないが、本実施形態では４本とする。スポークの太さは、４本のスポーク５１で中心遮蔽５０を保持できる範囲で、可能な限り細くするのが好ましい。４本のスポーク５１は、図１に示すように、平面視で、隣り合う２本のスポーク５１どうしが９０度の角をなすよう構成される。

支持部材５２は、スポーク５１と繋がり、スポーク５１及び中心遮蔽５０を保持する。支持部材５２の平面形状は特段制限されないが、例えば、回転対称形状であってもよい。支持部材５２の材料についても特段制限されないが、スポーク５１及び中心遮蔽５０を保持可能なものとする。

このような中心遮蔽５０、スポーク５１及び支持部材５２を含む遮蔽部材は、中心遮蔽５０の中心を、中心遮蔽５０と垂直（図１において、紙面と垂直）に通過する軸を回転軸として、回転可能に支持されている。当該回転を実現する構成は特段制限されず、例えば、モータ等を利用して自動で回転可能に構成してもよい。

モータ等を利用して自動で回転する例としては、例えば、図１に示すように、筺体６０内で回転可能に支持された遮蔽部材に回転レバー５３を接続し、回転レバー５３の一端を、筺体６０の外部に突出させておく。図６は、遮蔽部材（支持部材５２）、回転レバー５３及び筺体６０の関係を示す断面模式図である。図６に示すように、回転レバー５３は、一端が遮蔽部材（支持部材５２）と接続している。そして、回転レバー５３は、筺体６０の側面に設けられた穴を通過し、他端が筺体６０の外部に突出している。当該状態で、回転レバー５３の先端にモータ等の駆動部を接続し、図中、紙面と垂直な方向に円弧を描くように移動させることで、遮蔽部材を回転させるよう構成されてもよい。

次に、本実施形態の露光方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。本実施形態の露光方法は、本実施形態の露光装置を用い、感光性基板（ウエハ４０）上にＥＵＶマスク２０のパターン像を形成する工程を有する。

例えば、まず、パターン等に応じて、露光に用いる照明形状を選択（変更）する（第１工程：Ｓ１０）。ここでは、図３（Ａ）に示す二重極照明１２を選択したとする。

次に、選択した照明形状に応じて、遮蔽部材を所定角度回転させる（第２工程：Ｓ２０）。具体的には、遮蔽部材のスポーク５１が、照明領域と重ならないように、遮蔽部材を回転させる。ここでは、遮蔽部材を回転させて図３（Ｂ）に示す状態とする。なお、遮蔽部材の状態があらかじめ図３（Ｂ）に示す状態となっている場合には、当該工程を省略することができる。

その後、遮蔽部材の状態を維持したまま、露光を行う（第３工程：Ｓ３０）。すなわち、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すような二重極照明１２及び遮蔽部材の状態を維持したまま、露光を行う。かかる場合、スポーク５１が照明領域と重なる不都合を軽減できる。

次に、第１工程で、図２（Ａ）に示すような四重極照明１１を選択したとする。かかる場合、第２工程では、図３（Ｂ）に示す遮蔽部材を所定角度、例えば４５度回転させて、図２（Ｂ）に示す状態とする。

その後、遮蔽部材の状態を維持したまま、露光を行う（第３工程）。すなわち、図２（Ａ）に示すような四重極照明１１、及び、図２（Ｂ）に示す遮蔽部材の状態を維持したまま、露光を行う。かかる場合、スポーク５１が照明領域と重なる不都合を軽減できる。

次に、図４及び５を用いて、本実施形態の変形例を説明する。

本変形例では、図４（Ａ）及び図５（Ａ）両方の変形照明を実現する。すなわち、照明領域を所定角度、回転（例えば４５度）移動可能に構成されている。そして、例えば、露光処理の際、パターン形状に応じて、１ショットに対して２種類の照明条件（図４（Ａ）及び図５（Ａ））で計２回の二重露光を行うことができる。

かかる場合の露光方法は、例えば以下のようなものである。ここでは、二重露光を行うものとする。

まず、図４（Ａ）に示すような四重極照明１３を選択し（第１工程）、遮蔽部材を必要に応じて回転させて図４（Ｂ）に示す状態とした後（第２工程）、当該状態を維持したまま、１回目の露光を行う（第３工程）。かかる場合、スポーク５１が照明領域と重なる不都合を軽減できる。

次に、露光に用いる照明形状を、図５（Ａ）に示すような四重極照明１３に変更する（第１工程）。その後、図４（Ｂ）に示す遮蔽部材を所定角度（例：４５度）回転させて図５（Ｂ）に示す状態とした後（第２工程）、当該状態を維持したまま、２回目の露光を行う（第３工程）。かかる場合、スポーク５１が照明領域と重なる不都合を軽減できる。

以上説明してきたように、本実施形態によれば、照明形状や転写パターンのレイアウトに応じて遮蔽部材を回転させることで、スポーク５１によってＥＵＶ光が遮蔽される不都合を軽減することができる。この結果、転写パターンのＬＷＲ（Line width roughness）が小さくなる効果や、あるいは露光裕度が広がる効果が期待できる。また転写パターンの忠実度が向上する効果も期待できる。すなわち、光学像の劣化を最小限に抑えることができる。

なお、上記では、二重極照明及び四重極照明の場合を例に説明したが、輪帯照明を用いる場合でも、転写パターンのレイアウトに応じてスポーク位置を変更することで、解像しにくい箇所の露光裕度を広げることが出来る。

また、本実施形態の場合、遮蔽部材の回転角度を４５度に制限することもできる。このように回転角度、すなわち遮蔽部材の動きの自由度を制限することで、露光装置の投影光学系の機械的強度を高めて精度劣化を抑制することができる。なお、露光装置の構成が、（１）図１に示すように４本のスポーク５１で中心遮蔽５０を支持し、（２）４本のスポーク５１は、平面視で、隣り合う２本のスポーク５１どうしが９０度の角をなすよう構成され、（３）光源部は少なくとも二重極照明及び四重極照明を実現可能であり、（４）二重極照明及び四重極照明の照明領域は平面視で図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すような位置関係をとる場合、遮蔽部材が４５度まで回転可能であれば、十分に、本実施形態の作用効果を実現することができる。これは、上記説明からも明らかである。

さらに、本実施形態の半導体装置の製造方法は、上記本実施形態の露光方法を含んだ構成とすることができる。このため、露光処理精度の高い半導体装置の製造を実現することができる。

さらに、本実施形態のパターン形成方法は、上記本実施形態の露光方法を含んだ構成とすることができる。このため、露光処理精度の高いパターン形成を実現することができる。

１０照明アパーチャー
１１四重極照明
１２二重極照明
１３四重極照明
２０ＥＵＶマスク
３１反射型ミラー
３２反射型ミラー
３３反射型ミラー
３４反射型ミラー
４０ウエハ
５０中心遮蔽
５１スポーク
５２支持部材
５３回転レバー
６０筺体

Claims

露光波長の光を発する光源部と、照明の形状を可変に構成された照明光学系部、及び、マスクのパターン像を感光性基板上に形成する投影光学系を備えた露光装置であって、
前記投影光学系の瞳面を通過する光の一部を遮蔽する中心遮蔽と、
一端側を介して前記中心遮蔽と繋がり、前記中心遮蔽から放射状に延伸するスポークと、
前記スポークの他端側と繋がり、前記中心遮蔽及び前記スポークを支持する支持部材と、を有する遮蔽部材が前記瞳面近傍に位置し、
前記遮蔽部材は、前記中心遮蔽の中心を前記中心遮蔽と垂直に通過する軸を回転軸として、回転可能に支持されている露光装置。
請求項１に記載の露光装置において、
前記中心遮蔽の平面形状は、回転対称形状である露光装置。
請求項３に記載の露光装置において、
前記中心遮蔽の平面形状は、円形である露光装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の露光装置において、
前記スポークは４本であり、平面視で隣り合う２本の前記スポークどうしは９０度の角をなす露光装置。
請求項４に記載の露光装置において、
前記遮蔽部材の回転角度は４５度に制限されている露光装置。
請求項４または５に記載の露光装置において、
露光に用いる照明には二重極照明と四重極照明とが含まれ、前記二重極照明を４５度回転させると、前記二重極照明の２つの照明領域の中心どうしを結ぶ線と、前記四重極照明の４つの照明領域の中心どうしを結んで形成される四角形の対角線のいずれかとが、略平行になる露光装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の露光装置において、
露光波長は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である露光装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、感光性基板上にマスクのパターン像を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
請求項１から７のいずれか１項に記載の露光装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
露光に用いる照明形状を選択する第１工程と、
前記第１工程の後、選択した前記照明形状に応じて、前記遮蔽部材を所定角度回転させる第２工程と、
前記第２工程の後、露光を行い、感光性基板上にマスクのパターン像を形成する第３工程を有する半導体装置の製造方法。
請求項１から７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、感光性基板上にマスクのパターン像を形成する工程を有するパターン形成方法。
請求項１から７のいずれか１項に記載の露光装置を用いたパターン形成方法であって、
露光に用いる照明形状を選択する第１工程と、
前記第１工程の後、選択した前記照明形状に応じて、前記遮蔽部材を所定角度回転させる第２工程と、
前記第２工程の後、露光を行い、感光性基板上にマスクのパターン像を形成する第３工程を有するパターン形成方法。