JP2013168559A - アパーチャーおよびそれを用いるマスク露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン形状が微細化、複雑化するフォトマスクパターンに対応して、露光照明形状を規定するアパーチャー形状とアパーチャーの開口部透過率を自由に設定し、その設定内容を確実に再現することが可能なフォトマスク露光用のアパーチャーを提供する。
【解決手段】光源から照射される露光光の光路に垂直に設けられるアパーチャーであって、複数の光シャッター部を光路に垂直な同一平面Ａ上に配列した光シャッターアレイと、平面Ａの入射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｂ、および平面Ａの出射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｃ、上のそれぞれに、各光シャッター部と一対一に対応する平面位置にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイＢ、およびマイクロレンズアレイＣと、からなり、前記光シャッターアレイが、構成要素の各光シャッター部の動作を独立に制御されて開閉動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトリソグラフィ法に使用するフォトマスクパターンを露光する際の露光照明形状を規定するアパーチャーに関する。

近年、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体デバイスの微細化に伴い、フォトリソグラフィ技術の微細化に対する要求が高まっている。現在、半導体デバイス構造におけるパターン作製上の難所となる特徴部のサイズは、約２０ｎｍまで微細になっている。これらの特徴部を製造するのに用いられるフォトマスクは、相応に高い精度で製造することが求められている。

フォトマスクを露光する場合の例として、フォトリソグラフィ法によるウェハへの露光工程をステッパ等の露光装置で実施する一般的な使い方の他に、フォトマスクのリソグラフィ条件下での分析及び最終検査を目的とする露光の例がある。
フォトマスクのリソグラフィ条件下での分析及び最終検査において、例えば、カールツァイス社のＡｅｒｉａｌ Ｉｍａｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（登録商標：ＡＩＭＳ）と称する模擬的な手法による空間像分析システムを用いることが公知であり、かつ確立されている。このシステムにおいて、フォトマスクは、後にウェハ加工用のフォトリソグラフィに用いるものと同じ露光設定及び波長を用いて露光されるので、ウェハへの露光を模擬して分析するシステムとして有用である。
フォトマスク構造がウェハ上に大幅に縮小されて結像されるステッパとは対照的に、ＡＩＭＳ（登録商標）では、検出ユニット、例えば、ＣＣＤカメラ上に結像されてデジタル化及び格納される拡大空間像を生成するように用いられる。この場合、空間像は、フォトリソグラフィスキャナにおいてフォトレジスト層上に生成されることになる像に対応する。従って、高価な一連の試験体を露光する必要はなく、ＡＩＭＳ（登録商標）を利用して正しいリソグラフィ挙動を得てフォトマスクパターンを精査し、確認することができる。

フォトマスクを露光する際、ステッパやＡＩＭＳ（登録商標）などのマスク露光装置は、絞りに相当するアパーチャーを用いることにより、露光照明形状を規定している。従来の露光照明形状は、円形、輪体、四重極、二重極などが主流であり、これらを使い分けることにより、露光系の絞り条件を適正に設定し、フォトマスクパターンをウェハに解像することができる。従来の露光装置は、形状の異なるアパーチャーを複数保持していて、アパーチャーを切り替えることで、フォトマスクパターンの形状変更に対しても、対応できていた（特許文献１および特許文献２参照）。

しかしながら、ウェハ上の特徴部のサイズが、約２０ｎｍまで微細になると、ＡｒＦ露光（波長：１９３ｎｍ）で、マスクパターンをウェハに解像させるには、マスクパターンと露光照明形状の組み合わせを最適化する必要がある（非特許文献１参照）。また、フォトマスクパターンには補助パターンが多くなると共に、露光照明はアパーチャー形状が複雑化し、開口部に階調を持つようになる。フォトマスクパターンの形状が複雑化すると、露光照明形状も相応にする必要があることから、フォトマスクパターンに対するアパーチャーの汎用性が低下する。従って、フォトマスクパターンの形状に変更があるたびに、アパーチャーの形状も多種多様になる。それに対し、従来のアパーチャーの製造方法は、フォトマスクと同様であるため、フォトマスクパターン形状が変更されても、従来の固定したアパーチャー形状に変更を加えることは不可能である。従って、フォトマスクパターンの改変に伴い、切り換えのための新規のアパーチャーの種類が増大する一方、その都度、アパーチャー製作に手間を要することになる。

特開２００７−２４３１８２号公報 特開２０１０−２８７８９２号公報

"Ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｆｏｒ ｓｏｕｒｃｅ ｍａｓｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ：ｍａｓｋ ａｎｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ"，Ａｍｉｒ Ｓａｇｉｖ，Ｊｏ Ｆｉｎｄｅｒｓ ｅｔ ａｌ． ＳＰＩＥ ７４８８、７４８８０Ｚ（２００９）

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、パターン形状が微細化、複雑化するフォトマスクパターンに対応して、露光照明形状を規定するアパーチャー形状とアパーチャーの開口部透過率を自由に設定し、その設定内容を確実に再現することが可能なフォトマスク露光用のアパーチャーを提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、フォトマスクパターンを露光する際の光源から照射される露光光の光路に垂直に設けられ露光照明形状を規定するアパーチャーであって、複数の光シャッター部を光路に垂直な同一平面Ａ上に配列した光シャッターアレイと、平面Ａの入射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｂ、および平面Ａの出射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｃ、上のそれぞれに、各光シャッター部と一対一に対応する平面位置にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイＢ、およびマイクロレンズアレイＣと、からなり、前記光シャッターアレイが、構成要素の各光シャッター部の動作を独立に制御されて開閉動作することを特徴とするアパーチャーである。

また、請求項２に記載の発明は、前記光シャッター部が、光源から入射する露光光が通過する孔と、孔を通過する露光光を遮断できる可動式のシャッターユニットとが相対して、配置されることを特徴とする請求項１に記載のアパーチャーである。

また、請求項３に記載の発明は、前記光シャッターアレイが、光源から照射される露光光を規定すべき露光照明形状のデータに基づいて、所望の各光シャッター部の開閉動作を制御され、所望範囲に露光光を照射させることを特徴とする請求項１または２に記載のアパーチャーである。

また、請求項４に記載の発明は、前記光シャッター部の開閉動作が、任意の開口範囲で制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアパーチャーである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のアパーチャーを設置したことを特徴とするマスク露光装置である。

本発明は、フォトマスクパターンを露光する際のアパーチャーが、複数の光シャッター部を光路に垂直な同一平面Ａ上に配列した光シャッターアレイと、平面Ａの入射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｂ、および平面Ａの出射面側に所
定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｃ、上のそれぞれに、各光シャッター部と一対一に対応する平面位置にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイＢ、およびマイクロレンズアレイＣと、からなり、前記光シャッターアレイが、構成要素の各光シャッター部の動作を独立に制御して開閉動作させるので、パターン形状が微細化、複雑化するフォトマスクパターンに対応して、露光照明形状を規定するアパーチャー形状とアパーチャーの開口部透過率を自由に設定し、その設定内容を確実に再現することが可能なフォトマスク露光用のアパーチャーを提供することができる。

本発明のアパーチャーの構成を説明するための模式断面図である。 本発明のアパーチャーの光シャッターアレイ部分の構成を説明するための模式平面図である。 本発明のアパーチャーの構成を詳細に説明するために部分拡大した模式断面図である。 本発明のシャッターユニットの第一の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。 本発明のシャッターユニットの第二の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。 本発明のシャッターユニットの第三の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。

以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明のアパーチャー１の構成を説明するための模式断面図である。
アパーチャー１の構成は、先ず、図の上から下に向かう光路に垂直な同一平面Ａ１２上に、一点鎖線の小枠で囲った一単位の光シャッター部２０を規則的に複数個配列し、一点鎖線の大枠で囲った光シャッターアレイ２として備えるものである。また、光シャッターアレイ２の表裏面から所定の距離だけ離れたところに、平面Ａと平行に、平面Ｂ１３および平面Ｃ１４を設定し、平面Ｂおよび平面Ｃのそれぞれにマイクロレンズアレイ３が配置されている。それぞれのマイクロレンズアレイ３を構成する各マイクロレンズ３０は、各光シャッター部２０と一対一に対応する。レーザー光源（図示なし）から発せられる露光光４の光束は、図の上から下に向かう破線で示すように、平面Ｂ上の入射側のマイクロレンズアレイＢ３１を構成する各マイクロレンズ３０により各光シャッター部２０の孔２２に集光される。光シャッター部２０の孔２２が閉じている場合は、露光光はそこで遮蔽されるが、開口状態の孔２２を抜けて光シャッターアレイ２を通過した光は、光シャッターアレイ基板２１の反対側に設けた平面Ｃ上の出射側のマイクロレンズアレイＣ３２を構成する各マイクロレンズ３０を通過し、フォトマスクを露光するための露光照明形状を規定することができる。

本発明は、上記の構成からなるアパーチャー１において、各光シャッター部２０が独立に制御され、開閉動作することができる。このような機能を有する各光シャッター部２０を構成要素にもつ集合体としての光シャッターアレイ２を備えるとともに、光シャッターアレイ２に対応させて配置した２組のマイクロレンズアレイ３により、透過する光の光量と露光照明形状を適正に規定するアパーチャー１を提供することができる。アパーチャー１は、フォトマスクパターンを露光する際の光源から照射される露光光の光路に垂直に設けられることにより、露光照明形状を正しく規定することができる。

図２は、本発明のアパーチャーの光シャッターアレイ２の部分の構成を平面配置から説明するための模式平面図である。
光シャッターアレイ２の面内には、光源から入射する露光光が通過する孔２２が二次元配
列、例えば、格子状に配列されており、一つの孔に対応して、図の縦横の一点鎖線で仕切った一単位ずつの光シャッター部２０が配列されている。光シャッター部２０には、それぞれの孔２２に相対するように配置される、孔を通過する露光光を遮断できる可動式のシャッターユニット２３が、破線で示す枠で囲った状態で搭載されている。シャッターユニット２３は、柔軟電極２４とそれに連なる遮光板２５とを備え、シャッターユニット２３のそれぞれが独立して対応する遮光板２５の開閉動作ができるように、柔軟電極２４への駆動のための配線（図示せず）を通じて制御される。上記制御は、使用するフォトマスクパターンに応じて決まる、光源から照射される露光光をどのように規定すべきかを与える露光照明形状のデータに基づいて、所望の各光シャッター部の開閉動作を行うことが望ましく、光シャッターアレイ全体として、所望範囲に露光光を照射させることができる。

遮光板２５が孔２２を覆っている状態では、マイクロレンズアレイＢ３１の各マイクロレンズ３０で集光された光は遮断される。一方、図２に示すように、遮光板２５が孔２２を覆っていない状態の光シャッター部２０の領域では、集光された光が光シャッターアレイ２を通過する。さらに、遮光板２５が孔２２を一部覆っている状態を作ることにより、孔２２を通過する光に対する光シャッター部２０の開口率を調節することができる。このように、それぞれの孔２２に対する遮光板２５の位置を調節することにより、光シャッター部の開閉動作を、任意の開口範囲で制御することができ、アパーチャーからの露光照明形状および開口部の光強度を設定することができる。

複雑な露光照明形状を再現するために、孔２２およびシャッターユニット２３の配列数は、多くした方が詳細な形状を再現し易いが、通常は、一辺２００個までで十分とみられる。ＡＩＭＳ（登録商標）等の空間像分析システムやステッパ等のマイクロリソグラフィ装置における一般的なマスク露光装置のアパーチャーは、直径がおよそ２〜５ｍｍ程度の真円であるので、本発明のアパーチャーにおける光シャッターアレイ２およびマイクロレンズアレイ３は一辺２〜５ｍｍ程度の正方形にすれば、マスク露光装置への設置が可能であり、使い勝手がよい。本発明により提案するアパーチャーを、フォトマスクのリソグラフィ条件下での分析および最終検査やステッパによるウェハプロセスの露光に用いる通常のマスク露光装置と同様に、露光装置の光源とフォトマスクとの間に配置し、アパーチャーの中心を含む平面が露光光の光軸に対して垂直となるように組み込むことにより、パターン形状が微細化、複雑化するフォトマスクパターンに対応するマスク露光装置を提供できる。

図３は、２組のマイクロレンズアレイ３、すなわちマイクロレンズアレイＢ３１、マイクロレンズアレイＣ３２と、光シャッターアレイ２の孔２２と、シャッターユニット２３と、柔軟電極２４の一部を拡大した断面図である。マイクロレンズアレイ３を構成するマイクロレンズ３０の材料は、紫外線領域の波長、特にＡｒＦエキシマレーザー（波長：１９３ｎｍ）に対して透過する材料が好ましく、ＳｉＯ_２、ＣａＦ_２などが列挙される。シャッターユニット２３内の遮光板２５の材料は、紫外線領域の波長に対し遮光性および耐光性があり、かつ、エッチング加工性に優れた材料が好ましく、Ｓｉなどが挙げられる。柔軟電極２４の材料は、導電性・柔軟性・機械的強度を兼ね備えた材料が好ましく、カーボンナノチューブが挙げられる。光シャッターアレイ２およびマイクロレンズアレイ３の製作方法は、公知のＭＥＭＳ（微小電気機械システム）プロセス技術を用いれば、実現可能である。現在のＭＥＭＳプロセス技術上、最小寸法に限界がある。それぞれの最小寸法の限界値について、マイクロレンズアレイ３１、３２の厚みｄ２は３００μｍ、孔２２の直径２×ｒ１は１０μｍ、光シャッターアレイ基板２１およびシャッターの遮光板２５の厚みｄ１は５μｍである。シャッターの遮光板２５の寸法は、少なくとも孔２２の直径２×ｒ１以上とする。また、孔の縁から隣接する孔の最短の縁までの距離は、２×（ｒ２−ｒ１）で、かつ、少なくとも３本の柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの幅と可動の範囲を超える寸法が望ましい。また、マイクロレンズアレイは、収差を抑えるために非球面加工をしたものが望ましい。

図４は、本発明のシャッターユニットの第一の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。破線円で示す孔２２や周辺を含めた図で説明すると、シャッターユニット２３は、遮光板２５と３つの要素２４ａ、２４ｂ、２４ｃに分けられる柔軟電極２４によって構成されている。３つの柔軟電極間の静電気力のはたらきにより遮光板２５を変位させることができる。また、電極にかける電圧により遮光板の変位量を変えることができる。本例では、シャッターユニットの第１〜第３柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃのそれぞれに電圧を印加しない場合を示す。図４（ａ）の一点鎖線Ｉ−Ｉ’上の断面図が図４（ｂ）である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１〜第３柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃに電圧を印加しない場合には、第１〜第３柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの各々の中央付近で互いに離隔されている。このとき、孔２２と遮光板２５がオーバーラップされ、シャッターユニット２３は閉じた状態となり、露光光４が遮光される（０％透過）状態となる。

図５は、本発明のシャッターユニットの第二の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。柔軟電極２４とそれにより可動する遮光板２５の状態が図４とは変わっている。本例では、第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂとに所定の第１電圧を印加し、第３柔軟電極２４ｃには電圧を印加しない場合を示す。図５（ａ）の一点鎖線Ｉ−Ｉ’上の断面図が図５（ｂ）である。第１電圧によって第１柔軟電極２４ａおよび第２柔軟電極２４ｂと第３柔軟電極２４ｃとの間に静電気による引力が形成される。ここで、第１電圧は、第３柔軟電極２４ｃを静電気による引力によって第２柔軟電極２４ｂにつなげることができる程度の電圧レベルを有するが、第３柔軟電極２４ｃと第１柔軟電極２４ａとの間の静電気による引力によって柔軟電極２４の３要素全部をつなげることができる程度の電圧レベルには至らない。

すなわち、第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂとに第１電圧が印加されると、遮光板２５に接続された第３柔軟電極２４ｃが静電気による引力によって第２柔軟電極２４ｂにつながり、第３柔軟電極２４ｃの動きに応じて遮光板２５が左へ動く。しかし、第２柔軟電極２４ｂは第１柔軟電極２４ａおよび第３柔軟電極２４ｃより柔軟性が低く、第１電圧は第２柔軟電極２４ｂを動かすことができる程には大きくないので、第２柔軟電極２４ｂは、第３柔軟電極２４ｃが第２柔軟電極２４ｂおよび第１柔軟電極２４ａの両方につなげることを阻むバリアの役割を果たす。したがって、第２柔軟電極２４ｂは第１柔軟電極２４ａとは離隔されたまま、第３柔軟電極２４ｃのみが第２柔軟電極２４ｂにつなげられる。

これによって、図４の第一の状態に較べて、孔２２は遮光板２５が移動した距離だけ開口領域を新たに作ることができる。シャッターユニット２３が完全に開かれた場合の透過率を１００％とすると、図５（ａ）、（ｂ）では孔２２の面積の約５０％が開かれた状態に該当するので、透過率は５０％となる。

図６は、本発明のシャッターユニットの第三の状態を説明するための模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。柔軟電極２４とそれにより可動する遮光板２５の状態が図４および図５とは変わっている。本例では、第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂとに所定の第２電圧を印加し、第３柔軟電極２４ｃには電圧を印加しない場合を示す。図６（ａ）の一点鎖線Ｉ−Ｉ’上の断面図が図６（ｂ）である。
第２電圧は第１電圧より高いレベルの電圧であり、第１柔軟電極２４ａと第３柔軟電極２４ｃとの間の静電気による引力によって第１〜第３柔軟電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの全部をつなげることができる程度の電圧レベルに該当する。すなわち、第２電圧が第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂに印加された場合、第３柔軟電極２４ｃと第１柔軟電極２４ａと第２柔軟電極２４ｂとの間の静電気力は第１電圧が印加された場合より大きい。
この場合の静電気力は第２柔軟電極２４ｂの低い柔軟性によるバリアを克服することができる程度に大きい。その結果、第１柔軟電極２４ａ、第２柔軟電極２４ｂおよび第３柔軟電極２４ｃは全てつながり、第３柔軟電極２４ｃに接続された遮光板２５は第３柔軟電極２４ｃが移動した距離だけ移動する。

このように、遮光板２５の移動によって孔２２は完全にオーバーラップがなくなる。この場合、遮光板２５が１００％開かれた状態に該当するので、透過率は１００％になる。

上述のように、本発明の一実施形態に係るシャッターユニット２３は、孔２２と遮光板２５のオーバーラップの程度によってブラックとホワイト以外の灰色階調も表示することができる。

各光シャッター部２０には、データライン（図示なし）がシャッターユニット２３に電気的に接続される。データラインを介して、ソフトウェア上のアパーチャー形状データに基づいた画像信号を柔軟電極２４に供給することにより、シャッターユニット２３が駆動する。この結果、全体のシャッターユニット２３が光の透過率を独立に変化させることによって、露光照明形状が形成される。

１・・・アパーチャー
２・・・光シャッターアレイ
３・・・マイクロレンズアレイ
４・・・露光光（光束）
１２・・・平面Ａ
１３・・・平面Ｂ
１４・・・平面Ｃ
２０・・・光シャッター部（一単位）
２１・・・光シャッターアレイ基板
２２・・・孔
２３・・・シャッターユニット
２４・・・柔軟電極
２４ａ・・・第１柔軟電極
２４ｂ・・・第２柔軟電極
２４ｃ・・・第３柔軟電極
２５・・・遮光板
３０・・・マイクロレンズ
３１・・・マイクロレンズアレイＢ
３２・・・マイクロレンズアレイＣ

Claims (5)

1. フォトマスクパターンを露光する際の光源から照射される露光光の光路に垂直に設けられ露光照明形状を規定するアパーチャーであって、
   複数の光シャッター部を光路に垂直な同一平面Ａ上に配列した光シャッターアレイと、
   平面Ａの入射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｂ、および平面Ａの出射面側に所定の距離を離して平面Ａと平行に設けた他の異なる平面Ｃ、上のそれぞれに、各光シャッター部と一対一に対応する平面位置にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイＢ、およびマイクロレンズアレイＣと、からなり、
   前記光シャッターアレイが、構成要素の各光シャッター部の動作を独立に制御されて開閉動作することを特徴とするアパーチャー。
2. 前記光シャッター部が、光源から入射する露光光が通過する孔と、孔を通過する露光光を遮断できる可動式のシャッターユニットとが相対して、配置されることを特徴とする請求項１に記載のアパーチャー。
3. 前記光シャッターアレイが、光源から照射される露光光を規定すべき露光照明形状のデータに基づいて、所望の各光シャッター部の開閉動作を制御され、所望範囲に露光光を照射させることを特徴とする請求項１または２に記載のアパーチャー。
4. 前記光シャッター部の開閉動作が、任意の開口範囲で制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアパーチャー。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のアパーチャーを設置したことを特徴とするマスク露光装置。