JP2018081318A - 露光装置及び方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マーク形成方法は、ウエハに露光したマーク像に基づいて凹部を含むレジストマークを形成するステップと、そのレジストマークが形成された領域の凹部にブロック共重合体を含むポリマ層を塗布するステップと、ポリマ層にアニールによって自己組織化領域を形成させるステップと、エッチングによって自己組織化領域の一部を選択的に除去するステップと、その一部が除去された自己組織化領域を用いてウエハにウエハマークを形成するステップと、を含む。ブロック共重合体の自己組織化を用いて回路パターンを形成する際に並列にマークを形成できる。
【選択図】図3
Description
また、別の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、その基板に形成されたマークを照明光で照明することと、そのマークからの光を検出部で受光してそのマークを検出することと、を含み、そのマークの構造はその検出部では検出できず、その露光方法は、その構造の周期方向に対応する偏光状態とするように、その照明光の偏光状態を変更することをさらに備える露光方法が提供される。
第5の態様によれば、第3の態様の露光装置を用いて感光性基板を露光することと、前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
また、第2の態様のマークは、第1の態様のマーク形成方法で形成できる。
また、第3の態様の露光装置は、第1の態様のマーク形成方法で形成されたマークを検出できる。
本発明の好ましい第1の実施形態につき図1〜図8を参照して説明する。まず、本実施形態において半導体素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)の回路パターンを形成するために使用されるパターン形成システムの一例につき説明する。
図1(A)は、本実施形態のパターン形成システムの要部を示し、図1(B)は、図1(A)中のスキャニングステッパー(スキャナー)よりなる走査型の露光装置(投影露光装置)100の概略構成を示す。図1(A)において、パターン形成システムは、露光装置100、ウエハ(基板)に対する感光材料としてのフォトレジスト(レジスト)の塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ200、薄膜形成装置300、ウエハに対するドライ及びウエットのエッチングを行うエッチング装置400、後述のブロック共重合体(Block Co-Polymer:BCP)を含むポリマ(Polymer)(重合体)の処理を行うポリマ処理装置500、アニール装置600、これらの装置間でウエハの搬送を行う搬送系700、及びホストコンピュータ(不図示)等を含んでいる。
一例として、波長λaを600nm、開口数NAを0.9とすると、周期p1は670nm程度以上であればよい。本実施形態では、デバイス用パターンDP1の形成時にライン状のドメインが形成される指向性自己組織化が適用されるため、ウエハマーク44X等の形成に際しても、ブロック共重合体の指向性自己組織化によってライン状のドメインが形成されることを考慮しておく必要がある。
従って、ラインパターン58X,58Yの周期p3aはウエハアライメント系ALSの解像限界Re(det)よりも小さいために、ウエハアライメント系ALSで図8のウエハマーク44X,44YA,44YBの像を撮像すると、複数のラインパターン58X,58Yの個別の像は形成されない。この場合、検出光を例えばX方向又はY方向の偏光方向に設定すると、ラインパターン領域44Xaとスペースパターン領域44Xbとで反射率が異なるため、領域44Xa,44Xbの全体の像の明るさが互いに異なることから、周期p1のX軸のウエハマーク44Xの像を検出できる。同様に、周期p2(ここではp1)のY軸のウエハマーク44YA,44YBの像を検出できる。ウエハマーク44X,44YA,44YBを構成するラインパターン58X,58Yの長手方向の情報は、露光装置100の主制御装置38の記憶装置の露光データファイルに記憶されている。
その後、ウエハWのデバイス層DL1上に第2のデバイス層を形成する場合には、ウエハWのデバイス層DL1上に薄膜を形成し、レジストをコーティングする(ステップ120)。そして、露光装置100のレチクルステージRSTにレチクルR2をロードし、ウエハWをウエハステージWSTにロードする(ステップ122)。さらに、露光装置100のウエハアライメント系ALSの偏光板36Cの角度を、ウエハアライメント系ALSからの検出光が図8のウエハマーク44Xに対して例えばY方向(X方向でもよい)の直線偏光になるように設定する(ステップ124)。そして、ウエハアライメント系ALSを用いて、図2(A)のウエハWの所定の複数のショット領域SAに付設されたウエハマークWM(44X,44YA,44YB)の位置を検出し、この検出結果を用いてウエハWのアライメントを行う(ステップ126)。
このように本実施形態のパターン形成方法によれば、ブロック共重合体を含むポリマ層の指向性自己組織化を用いて、ウエハWの各ショット領域SAに液浸リソグラフィの解像限界よりも微細な構造を持つL&Sパターン40X,40Yを形成するとともに、スクライブライン領域SLには、液浸リソグラフィの解像限界よりも微細な周期の構造、及びウエハアライメント系ALSで検出できる限界又はこれよりも粗い周期の構造を持つウエハマーク44X等を形成できる。そして、ウエハマーク44X等は、ラインパターン領域44Xaとスペースパターン領域44Xbとで微細な構造の周期方向が直交しているため、この構造の相違を利用して、露光装置100のウエハアライメント系ALSでウエハマーク44X等の位置を高精度に検出できる。
また、本実施形態のアライメント用のウエハマーク44Xは、X方向に周期的に形成された複数のラインパターン領域44Xaと、複数のラインパターン領域44Xa間の少なくとも一つのスペースパターン領域44Xbとを含み、ラインパターン領域44Xa内にウエハアライメント系ALSの解像限界よりも小さい周期(光学的に解像されない構造)を持つ複数のラインパターン58X(第1構造)が形成され、スペースパターン領域44Xb内に光学的に解像されない構造を持つ複数のラインパターン58Y(第2構造)が形成され、ラインパターン58X及び58Yの周期方向(X方向及びY方向)が直交している。このウエハマーク44Xは、本実施形態のマーク形成方法で形成できる。さらに、複数のラインパターン58X,58Yの周期方向が互いに異なっていることを利用して、露光装置100のウエハアライメント系ALでウエハマーク44Xの像を形成でき、ウエハマーク44Xの位置を高精度に検出できる。この検出結果を用いてウエハWのアライメントを高精度に行うことができる。
上記の実施形態では、図6(A)、(B)に示すように、レジストマークRPX,RPYBのX軸のガイドパターン54Bの周期p3とY軸のガイドパターン54Cの周期p4とは同じである。別の構成として、図9(A)の第1変形例のウエハW1で示すように、レジストマークRPX,RPYBのX軸のガイドパターン54Bの周期p3よりもY軸のガイドパターン54Cの周期p4を大きくしてもよい。この第1変形例は、同時に形成されるデバイス用パターンのうちで最も微細なパターンは、例えば図2(B)のX軸のL&Sパターン40Xである場合に適用される。この場合、露光装置100では、X方向の解像度が最も微細になるような照明条件(例えば瞳面上でX方向に離れた2箇所の領域で光量が大きくなる2極照明又はリーフ照明)が使用されることがある。このようにX方向の解像度がY方向の解像度よりも微細であるため、図5(B)のラインパターン48Xの周期p3/βに対してラインパターン48Yの周期p4/βを大きくしたマークパターンの像を露光してスリミングを行うことで、図9(A)のX軸及びY軸のガイドパターン54B,54Cをともに高精度に形成できる。
第2の実施形態につき図12〜図13(D)を参照して説明する。本実施形態においても図1(A)のパターン形成システムを使用して、ブロック共重合体(BCP)の指向性自己組織化(DSA)を用いてウエハのあるデバイス層にデバイス用パターン及びウエハマークを形成する。本実施形態のウエハのショット配列は図2(A)と同様であるが、本実施形態ではショット領域SAにデバイス用パターンDP1の代わりにデバイス用パターンDP2が形成されている。
図13(A)は、本実施形態のウエハW4のスクライブライン領域に形成されるX軸の周期p1のウエハマーク44X用のレジストマークRPXBを示す。一例として、レジストマークRPXBは、X方向及びY方向に周期p5で形成された凸のグリッド状のガイドパターン54Eよりなるスペース領域RPXBbと、X方向及びY方向に周期p5より小さい(例えば周期p5のほぼ1/2程度の)周期p6で形成された凸のグリッド状のガイドパターン54Fよりなるライン領域RPXBaとをX方向に周期p1で配列したパターンである。周期p6は、波長193nmの液浸リソグラフィでの解像限界とほぼ同じである。ガイドパターン54E,54Fの厚さは、レジストパターンのスリミング等によって周期p5,p6の数分の1〜10分の1程度に細く加工されている。
また、本実施形態の変形例として、ライン領域RPXBa内にはグリッド状のガイドパターン54Fを形成することなく、ライン領域RPXBa内を広い凹部としてもよい。この場合には、ブロック共重合体の自己組織化によってライン領域RPXBa内は、図13(D)に示すように、例えば親液性のドメイン56Eと撥液性のドメイン56Fとがランダムに配列される。または、円形のドメインがランダムに配列されることもある。そして、ドメイン56Eを選択的に除去することで、ライン領域にはランダムな凹部(又は金属)のパターンが形成される。この場合にも、規則的に配列された円形の凹部(又は金属)の部分とランダムな凹部(又は金属)の部分とで反射率が異なるため、ウエハアライメント系ALSでウエハマークを検出できる。
このデバイスの製造方法によれば、露光装置の解像限界よりも微細な回路パターンを含む半導体デバイスを、露光装置を用いて高精度に製造できる。
また、上記の実施形態において、露光装置としては、液浸型でないドライ型の露光装置を使用してもよい。また、紫外光を露光光とする露光装置以外に、露光光として波長が数nm〜数10nm程度のEUV光(Extreme Ultraviolet Light)を用いるEUV露光装置、又は電子ビームを露光光とする電子ビーム露光装置等を用いてもよい。
また、ブロック共重合体を含むポリマ層の塗布は、このポリマ層を溶媒に溶かした液体を塗布した後で例えば溶媒を揮発させる溶媒キャスティング法で行うことも可能である。この場合に使用できる溶媒は、ブロック共重合体の成分、及び仮に使用する場合には種々の添加物の溶解度条件により変化する。これらの成分及び添加物に対する例示的なキャスティング溶媒には、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エトキシエチルプロピオナート、アニソール、乳酸エチル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、酢酸アミル、γ−ブチロラクトン(GBL)、トルエンなどが含まれる。
Claims (17)
- 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
前記基板に形成されたマークを照明光で照明するマーク照明系と、前記マークからの光を受光して前記マークを検出する検出部とを備え、
前記マークは前記検出部で解像できない構造を有し、
前記露光装置は、前記構造に対応する偏光状態とするように前記照明光の偏光状態を制御する制御系をさらに備える露光装置。 - 前記制御系は、前記基板に形成された前記マークの情報を用いて、前記偏光状態を制御する請求項1に記載の露光装置。
- 前記マーク照明系は、第1方向に偏光方向を有する第1直線偏光の照明光と、前記第1方向と交差する第2方向に偏光方向を有する第2直線偏光の照明光とを、選択的に前記マークに照射する請求項1又は2に記載の露光装置。
- 前記マークは、前記第1方向に長手方向を持つ複数の第1ラインパターンと、前記第2方向に長手方向を持つ複数の第2ラインパターンとを有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記マークは、前記第1方向に長手方向を持つ複数の第1ラインパターンと、前記第2方向に長手方向を持つ複数の第2ラインパターンとを有する請求項1乃至4のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記マーク照明系は、直線偏光の照明光で前記マークを照明する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記複数の第1ラインパターンの直線偏光の照明光に対する反射率と、前記複数の第2ラインパターンの直線偏光の照明光に対する反射率とは互いに異なる請求項5に記載の露光装置。
- 前記制御系は、前記マークからの光と前記マークの周囲からの光との光量の違いを異ならせるように前記照明光の前記偏光状態を制御する請求項1乃至7のいずれか一項に記載の露光装置。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の露光装置を用いて感光性基板を露光することと、前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
- 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
前記基板に形成されたマークを照明光で照明することと、
前記マークからの光を検出部で受光して前記マークを検出することと
を含み、
前記マークの構造は前記検出部では検出できず、
前記露光方法は、
前記構造の周期方向に対応する偏光状態とするように、前記照明光の偏光状態を変更することをさらに備える露光方法。 - 前記制御することは、前記基板に形成された前記マークの情報を用いて、前記偏光状態を制御する請求項10に記載の露光方法。
- 前記照明することは、第1方向に偏光方向を有する第1直線偏光の照明光と、前記第1方向と交差する第2方向に偏光方向を有する第2直線偏光の照明光とを、選択的に前記マークに照射する請求項10又は11に記載の露光方法。
- 前記マークは、前記第1方向に長手方向を持つ複数の第1ラインパターンと、前記第2方向に長手方向を持つ複数の第2ラインパターンとを有する請求項10乃至12のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記マーク照明系は、直線偏光の照明光で前記マークを照明する請求項10乃至13のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記複数の第1ラインパターンの直線偏光の照明光に対する反射率と、前記複数の第2ラインパターンの直線偏光の照明光に対する反射率とは互いに異なる請求項13に記載の露光方法。
- 前記制御することは、前記マークからの光と前記マークの周囲からの光との光量の違いを異ならせるように前記照明光の前記偏光状態を変更することを特徴とする請求項10乃至15のいずれか一項に記載の露光方法。
- 請求項10乃至16のいずれか一項に記載の露光方法を用いて感光性基板を露光することと、前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
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