JP2013219381A - マスクに与えられている構造を基板上に転写するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク（２）に与えられている構造を基板（３）上に転写するための装置（１）を提供する。
【解決手段】マスク（２）の一部分の一様な照射のための少なくとも一つの照射装置（９）と、Ｘ軸及び該Ｘ軸に垂直なＹ軸によって画定されるマスク平面（８）内にマスク（２）を保持するためのマスク保持装置（７）と、該構造を基板（３）上にマッピングするために、照射装置（９）の反対側のマスク平面（８）の上方に配置されている少なくとも一つのレンズ装置（６）と、マスク平面（８）に平行な基板平面（５）内に基板（３）を保持するために、レンズ装置（６）から或る距離を隔てて配置されている基板保持装置（４）と、Ｘ軸及び／又はＹ軸に沿って、マスク平面（８）及び基板平面（５）に対して相対的に、照射装置（９）及びレンズ装置（６）を平行に同期移動させるための手段とを備えた装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクに与えられている構造を基板上に転写するための装置に関する。

半導体技術において、マスクから基板（特にウェーハ）上に構造を転写することは、半導体構成要素の製造において重要な段階である。構造を転写するための様々な方法が知られている。

基板上に構造を転写するための最も古い技術として、接触リソグラフィ及び近接リソグラフィが挙げられる。接触リソグラフィでは、典型的に０．８μｍの解像度が達成可能であり、近接リソグラフィでは、略２．０μｍの解像度が達成可能である。

しかしながら、最も広く分布しているのは所謂ステッパーであり、ステッパーを用いて、０．１μｍ以下の構造精度が達成可能である。しかしながら、ステッパーは高価である。

今日、安価且つ技術的に完璧に略０．８μｍから略４．０μｍを超える程度の範囲で構造転写を行うことが、特にＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）の製造における問題である。原理的には、こうした構造も、ステッパーを用いて転写可能である。しかしながら、上述のようにステッパーは非常に高価である。所謂マスクアライナは、この解像度範囲に対してはあまり適していない。

従って、本発明の課題は、略０．４μｍから略４．０μｍを超える解像度の範囲の構造を基板（特にウェーハ）上に転写可能であり、単純な構造で安価な装置を提案することである。この装置を用いて、高い基板処理性能が達成可能であることが好ましい。

本発明は、請求項１の特徴によって達成される。本発明の更なる利点については従属請求項に与えられている。また、本発明の範囲は、明細書、特許請求の範囲及び／又は図面に与えられている少なくとも二つの特徴のありとあらゆる組み合わせを含む。数値範囲が与えられている場合、その意図は、記載された限界内の値を限界値として示すことでもあり、そのあらゆる組み合わせを主張することでもある。

マスクに提供されている構造を基板上に転写するための装置の概略的な側面図を示す。 図１による装置の９０°回転させた側面図を示す。

本発明は、基板（特に感光性塗料でコーティングされているウェーハ）上に転写されるべき構造を有するマスクを、Ｚ軸に沿って照射装置とレンズ装置との間に配置するという発想に基づくものである。ここで、レンズ装置は、Ｚ軸に沿ってマスクと基板との間に配置されることになる。本発明の主要な発想は、Ｘ軸またはＹ軸に沿って、特に照射装置及びレンズ装置の長手方向の広がりに対して横に、マスク及び基板に対して相対的に、照射装置及びレンズ装置を位置決めすることである。こうすることにより、構造を有する基板全体を、一回の連続的な露光プロセスで提供することができる。この目的のため、マスクのサイズが、基板のサイズに少なくとも近似的に対応することが好ましい。また、照射装置と、この照射装置からＺ軸方向に或る距離を隔てて存在しているレンズ装置との両方が、基板全体にわたって少なくとも近似的に広がっていることが有利である。露光時間及び露光強度は、照射装置及びレンズ装置の同期移動速度を変更することによって、制御可能である。例えば、照射装置及びレンズ装置の同期移動は位置決めドライブ（特にステッピングモーター）によって実現可能である。ここで、位置決めドライブは、照射装置及びレンズ装置のそれぞれに対応していて、制御ユニットによって同期制御される。代わりに、照射装置及びレンズ装置を互いに機械的に永久に結合することも可能であり、共通の位置決めドライブが提供され、照射強度を制御するための制御ユニットが有利に位置決め速度を制御できるようになる。基板上へのマスクの構造の均等な転写を達成するため、照射装置は、（移動している）マスクの部分（特にストリップ形状のマスクの部分）が一様に照射されるように、つまり、このマスクの部分上の均等な照射エネルギー分布が達成されるような形状でなければならない。照射装置は、マスク（特に一様の照射されるべき移動しているマスクの部分）にこの照射装置からの平行な光が当たるような形状であることが好ましい。光学マッピング用のマスク構造の照射は傾斜したものであってもよい。他方、レンズ装置の目的は、マスク構造（特に移動していて一様に照射されるマスクの部分のマスク構造）を、レンズ装置から或る距離を隔てて存在している基板上にその都度マッピングすることつまり焦点を合わせることである。レンズユニットは、移動しているマッピングストリップが基板上に形成されるような形状であることが好ましい。少なくとも一つの絞り（特に少なくとも一つの視野絞り）が、レンズ装置及び／又は照射装置に対応していることが有利であり、絞りを用いて、基板上の（特にストリップ形状の）マッピングの周辺領域及び／又はマスク上の（特にストリップ形状の）照射部分の周辺領域に可能な限りくっきりと陰影をつけることが可能であり、基板に対する所定の露光時間及び／又は露光強度が達成可能である。しかしながら、光線がくっきりと区別される他の方法によって、レンズユニットを用いてマッピングを改善することもできる。

照射装置は、マスク全体を一様に照射するような形状ではなく、好ましくは基板の全幅に沿って延伸し、照射エネルギーが少なくとも近似的に均等つまり一様に分布している照射ストリップのみが形成されるような形状であることが有利である。転写プロセスをより高速にするため、対応するレンズ装置を備えた複数の照射装置を提供することが可能であり、好ましくは、マスク平面に沿ってまたはこれに平行に同時に移動可能である。横方向よりも長手方向に顕著に大きな広がりを有するストリップ形状の部分の代わりに、異なる幾何学形状の部分の形状を選択してもよい。

本発明の更なる展開では、マスクの部分を照射するための照射装置の光源として、複数のＬＥＤを提供することによって、驚くほど良い照射結果が得られた。個別のＬＥＤのそれぞれまたはＬＥＤの集団の照射強度は変更可能であることが好ましく、照射されるべきマスクの部分上の光エネルギーの均等な分布が達成される。

好ましくは、複数のＬＥＤがＸ軸及び／又はＹ軸に沿って隣同士に配置され、また、好ましくは、照射装置及びレンズ装置の共通の移動方向に対して横に配置される。

マスクの部分の（エネルギーに関して）一様な照射を達成するため、少なくとも一つのレンズを備えた少なくとも一つのレンズユニットが、各ＬＥＤまたはＬＥＤの集団に対応しているのであれば、特に平行な光束を発生させるために、有利であることが示された。複数のＬＥＤはそれぞれ、対応するレンズの焦点内に配置されていることが好ましい。レンズはシリンドリカルレンズであることが有利である。

マスクの部分の照射の更なる一様性のため、特に照射装置の移動方向に対して横に、ＬＥＤを振動させることが有利であることが示された。

本発明の更なる展開として、マスク保持装置がマスクを調節するための調節手段を有するようにすることが有利である。この調節手段は圧電位置決め素子の形状であることが好ましく、これを用いて、基板に対する相対的なマスクの位置を、特にＺ軸に沿って、変更することができる。圧電位置決め素子を同期及び個別の両方で位置決め可能であり、マスクまたはマスクの部分の相対的な位置の最適な調節が実現可能であることが有利である。マスクをＺ軸に沿って移動させることができるので、レンズ装置からのマスクまたはマスクの部分の距離を変更することができ、これによって、転写されるべき構造のマッピングのサイズが変更される。照射装置及びレンズ装置の位置決め中にマスクを調節することによって、基板及び／又はマスクの膨張によって（特に温度によって）生じる歪みを補償することができる。

レンズ装置は、基板上にストリップ形状のマッピングを発生させるような形状であることが好ましい。ストリップ形状のマッピングは、基板表面に沿った照射装置及びレンズ装置の位置決めの移動によって、移動する。マッピングストリップの周辺領域にくっきりと陰影をつけるために、レンズ装置（特に基板の全幅にわたって延伸する）には、少なくとも一つの絞りが備えられていることが好ましい。

本発明の更なる展開では、マスク保持装置用の調節手段を提供することに加えてまたはこれに代えて、レンズ装置用の調節手段が提供される。これを用いて、基板上のマッピングのサイズ及び／又はＺ軸に沿った焦点位置を調節できるようにレンズ装置に影響を与えることができる。マスク及び基板は温度の上昇で膨張するので、このような調節手段を提供することが有利である。調節手段は、温度に応じて、及び／又は、マスクまたは基板の長さ及び／又は厚さの変化に直接応じてレンズ装置の調節が可能である形状であることが好ましい。温度依存の制御の場合には、マスク及び／又は基板の温度が、非接触温度センサを用いて捕捉されることが好ましい。必要であれば、長さ及び／又は厚さの変化を（好ましくは光学的に）直接モニタリングすることも可能である。本発明の更なる展開では、マスク保持装置用の調節手段を、上述の温度に応じて、及び／又は、マスク及び／又は基板の長さ及び／又は厚さの変化に応じて作動するように設計することも可能であるということには留意されたい。必要であれば、基板の位置を調節するための対応した調節手段を提供してもよい。

レンズ装置用の調節手段が、これを用いて、Ｚ軸に関してのレンズ装置の二つのレンズの間のギャップを変更可能であるように提供されることが好ましい。これは、例えば、圧電位置決め素子によって実現可能である。レンズ間のギャップを変更することによって、上述の歪みを補償することが可能である。

本発明の更なる展開では、レンズ装置が非球面シリンドリカルレンズ及び／又はデカルトオーバルレンズを含むようにすることが有利であり、これらのレンズは基板の全幅にわたって延伸していることが好ましい。

本発明の一例では、本装置が制御ユニットを含むようにすることが有利であり、この制御ユニットを用いて、露光強度つまり基板の露光時間を調節することができる。これは、照射装置及びレンズ装置の速度を制御することによって成されることが好ましい。この制御ユニットを用いて、全てのＬＥＤの照射強度を制御可能であり、また、マスク保持装置及び／又はレンズ装置及び／又は基板保持装置用の調節手段を制御可能であることが有利である。

本発明の範囲内において、一つの照射装置及び一つのレンズ装置から成る複数のユニットを提供することが可能であり、Ｘ及び／又はＹ軸に沿って互いに結合してまたは個別に移動させることが可能であり、構造の転写プロセスがより高速なものになる。

本発明の更なる利点、特徴及び詳細については、図面に基づく以下の好ましい実施形態についての開示において与えられる。

図面において、同じ構成要素及び同じ機能を有する構成要素は同一の参照符号によって識別される。

図１及び２には、マスク２に与えられている構造（図示せず）を基板３（この場合、フォトレジストでコーティングされたウェーハ）上に転写するための装置１が示されている。

ウェーハ３は所謂基板保持装置（チャック）４の上に配置されている。基板保持装置４には、Ｚ軸方向に沿って基板３を位置合わせするための調節手段（図示せず）が提供されている。調節手段は、個別制御可能な複数の圧電位置決め素子から構成されることが有利である。基板３は、Ｘ軸及びＹ軸によって画定される基板平面５内に位置している。

Ｚ軸に沿って基板３から或る距離を隔てて（図中においては、基板３及び基板保持装置４の上方に）、レンズ装置６が存在している。レンズ装置６は、Ｚ軸に関して基板保持装置４とマスク２用のマスク保持装置７との間に収容されている。ここで、マスク２はマスク平面８内にある。基板平面５及びマスク平面８は（最適条件において）互いに平行に配置されている。

図中において、マスク２の上方には、つまり、Ｚ軸に関してマスク２から或る距離を隔てて、照射装置９が存在している。

また、本装置１は制御ユニット１０を含む。制御ユニット１０の機能について以下に説明する。

照射装置９は、Ｙ軸に沿って延伸するバー１１を含み、隣同士に配置された複数のＬＥＤ１２が備わっている。各ＬＥＤ１２は制御装置１０に接続されている。制御装置１０は、Ｙ軸に沿って延伸する（エネルギーに関して）一様な照射ストリップ１３がマスク２上に形成されるように、ＬＥＤの電流供給つまりは照射エネルギーを制御する。照射ストリップ１３の照射強度を一様にするために、一つのレンズから成るレンズユニット１４が各ＬＥＤ１２に付随している。各ＬＥＤ１２は付随したレンズユニット１４の焦点内にあるので、照射ストリップ１３に当たる光は平行である。照射装置９の反対側のマスク２の面の上には、レンズ装置６が存在しており、図示されている実施形態では二つのレンズ１５、１６（非球面シリンドリカルレンズ）を有し、Ｙ軸に沿って延伸し、Ｚ軸に沿った軸方向の或る距離を隔てて存在している。レンズ装置６を用いることによって、Ｙ軸に沿って延伸するストリップ形状のマッピング１８が、基板上に投影される。レンズ装置６において用いられ、特にストリップ形状のマッピング１８をはっきりと区切るためにレンズ間に配置される絞りは、図示されていない。調節手段１７（概略的に示す）を用いて、レンズ１５、１６間のＺ軸に沿った軸方向の距離を変更することができる。調節プロセスを制御するために、圧電位置決め素子（図示せず）を含む調節手段１７が、制御ユニット１０に接続されている。制御ユニット１０は、基板の温度及びマスクの温度を捕捉するための温度センサ（図示せず）に信号線によって接続されていて、測定された温度に応じて、レンズ１５、１６の調節が制御ユニット１０によって制御される。圧電位置決め素子を提供する代わりに、レンズ１５、１６を密閉されたシステムに配置することも可能であり、屈折に影響を与える流体がこのシステムに封じ込められ、Ｚ軸方向に沿ってレンズ１５、１６を変形させる圧力または真空が適用される。

また、マスク保持装置７も制御ユニット１０に接続されている。制御ユニット１０は、Ｚ軸に沿ったマスク２の調節つまり位置決めを行うように、マスク保持装置７の調節手段（図示せず）に作用する。制御ユニット１０は、マスクの温度及び基板の温度に応じて、調節を行う。

マスク２の構造を基板３上に転写するため、レンズ装置６及び照射装置９がそれぞれ、Ｘ軸方向に沿って位置決めドライブ１９、２０を用いて移動させられる。位置決めドライブ１９、２０の位置決め速度は、制御ユニット１０によって同期されている。マスク２及び基板３に対する相対的なレンズ装置６及び照射装置９の共通の位置決め速度を変更することによって、基板３の露光時間を変更可能である。

レンズ装置６及び照射装置９がＸ軸に沿って移動させられるので、ストリップ形状のマッピング１８が基板３に沿って移動し、一回の連続的な動作において、基板３の全体に構造が与えられる。

マッピング１８の幅、つまり、Ｘ軸の沿ったマッピング１８の広がりは、Ｘ軸に沿って隣同士に配置されている複数のＬＥＤバー及び／又はレンズ装置を提供することによって拡大可能であり、結果として、ストリップ形状ではない形状がもたらされる。マッピング１８及び照射セクション１３のこの平面の広がりのみならず、図示されているユニットを互いに或る距離を隔てて複数配置することが可能であり、そのそれぞれが少なくとも一つの照射装置９と、一つのレンズ装置６とから構成されている。この場合、複数のユニットを、Ｘ軸に沿って互いに独立にまたは結合して移動させることが可能であり、マッピングプロセスがより高速になる。

１ 装置
２ マスク
３ 基板
４ 基板保持装置（チャック）
５ 基板平面
６ レンズ装置
７ マスク保持装置
８ マスク平面
９ 照射装置
１０ 制御ユニット
１１ バー
１２ ＬＥＤ
１３ 照射ストリップ
１４ レンズユニット
１５ レンズ
１６ レンズ
１７ 調節手段
１８ マッピング
１９ 位置決めドライブ
２０ 位置決めドライブ

Claims (14)

1. マスク（２）に与えられている構造を基板（３）上に転写するための装置（１）であり、
   ‐前記マスク（２）の一部分の一様な照射のための少なくとも一つの照射装置（９）と、
   ‐Ｘ軸及び該Ｘ軸に垂直なＹ軸によって画定されるマスク平面（８）内に前記マスク（２）を保持するためのマスク保持装置（７）と、
   ‐前記構造を前記基板（３）上にマッピングするために、前記照射装置（９）の反対側の前記マスク（２）と前記基板（３）との間に配置されている少なくとも一つのレンズ装置（６）と、
   ‐前記マスク平面（８）に平行な基板平面（５）内に前記基板（３）を保持するために、前記レンズ装置（６）から或る距離を隔てて配置されている基板保持装置（４）と、
   ‐Ｘ軸及び／又はＹ軸に沿って、前記マスク平面（８）及び前記基板平面（５）に対して相対的に、前記照射装置（９）及び前記レンズ装置（６）を平行に同期移動させるための手段とを備え、
   前記レンズ装置（６）に、少なくとも１つの絞りが備えられており、
   前記照射装置（９）が複数のＬＥＤ（１２）を含み、各々の前記ＬＥＤ（１２）は制御ユニット（１０）に接続され、前記制御ユニット（１０）は、エネルギー的に一様な照射ストリップ（１３）が前記マスク２上に形成されるように、前記ＬＥＤ（１２）への電流供給、従って照射エネルギーを制御することを特徴とする装置（１）。
2. 前記照射装置（９）が、前記マスク平面（８）にエネルギーに関して一様な照射ストリップ（１３）を発生させるように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記複数のＬＥＤ（１２）がＸ軸及び／又はＹ軸に沿って隣同士に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
4. レンズユニット（１４）が前記ＬＥＤのそれぞれまたは前記ＬＥＤの集団に付随していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記照射ストリップ（１３）の照射強度を一様化するために、前記レンズユニット（１４）は、各々の前記ＬＥＤ（１２）に関連付けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記複数のＬＥＤ（１２）を、好ましくはＸ軸またはＹ軸に沿って、（特に高周波数）振動させることが可能であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記マスク保持装置（７）が、Ｘ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸に沿って、好ましくは部分ごとに、前記マスク（２）を調節するため（特に前記マスク（２）を位置決めするため）の調節手段（１７）（特に圧電位置決め素子）を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 前記レンズ装置（６）が前記基板平面（５）にマッピングストリップを発生させるように設計されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記レンズ装置（６）が、温度（特にマスクの温度及び／又はマスクの周辺温度及び／又は基板の温度及び／又は基板の周辺温度）に応じて、及び／又は、前記マスク（２）及び／又は前記基板（３）の長さ及び／又は厚さの変化に応じて、調節可能であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置（１）。
10. 前記レンズ装置（６）が、好ましくはＺ軸に沿って、互いに相対的に位置決め可能であり、特に長型の、少なくとも二つのレンズ（１５、１６）を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の装置（１）。
11. 前記レンズ（１５、１６）が、温度（特にマスクの温度及び／又はマスクの周辺温度及び／又は基板の温度及び／又は基板の周辺温度）に応じて、特にＺ軸に沿って、互いに相対的に位置決め可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置（１）。
12. 前記レンズ装置（６）が非球面シリンドリカルレンズ及び／又はデカルトオーバルレンズを含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の装置（１）。
13. Ｘ軸に沿ったまたはＹ軸に沿った前記照射装置（９）及び前記レンズ装置（６）の広がりが、対応した軸に沿った前記基板（３）の広がりに少なくとも近似的に対応していることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の装置（１）。
14. 前記制御ユニット（１０）は、前記照射装置（９）及び前記レンズ装置（６）の移動速度を調節することによって前記基板（３）の露光強度を設定するように設計されていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の装置（１）。

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