JP2018159848A - 光照射方法、基板上構造体の製造方法および露光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば特許文献1には、コヒーレント光源の出力光を2以上に分岐した光を所定の干渉角度で交差させて干渉光を発生し、当該干渉光の基板への照射と基板の搬送とを繰り返して基板を露光する露光方法が開示されている。この技術は、1ショットで干渉光が照射される基板上の領域である干渉光照射領域を、矩形状又は略矩形状に整形し、基板をステップ的に搬送しながら露光するに際し、各ショットでの干渉光照射領域同士を、基板上で基板搬送方向に重畳させずに隣接させる方式を用いている。このように、基板をステップ的に搬送しながら小区画ずつ露光するので、装置を大型化することなく大面積への露光を迅速に行うことができる。
また、基板の第1領域の外周部である第2領域に対して、第1領域とは異なる方式で光を照射するので、基板上に上記の連続した基板上構造体とは異なる基板上構造体を形成するための光を照射することができる。さらに、第2領域に対して実施する第2照射工程は、第1領域に対して実施する第1照射工程よりも単位面積あたりの処理時間が短い工程であるので、スループットの低下を抑制することができる。
このように、第2領域に対しても第1領域と同様に干渉光を照射するようにしてもよい。この場合、基板への照射光を発生する装置を共有することができ、ショット間での基板の搬送距離の設定を変更するだけで第1領域への干渉光照射方式と第2領域への干渉光照射方式との切り替えが可能となる。
さらに、上記の光照射装置において、前記第2照射工程、前記第1照射工程、前記第2照射工程の順に実施してもよい。つまり、基板上の第2領域の一部、第1領域、第2領域の一部の順に光を照射してもよい。このように、光照射方式を切り替えながら基板全面に光を照射してもよい。
このように、前記干渉縞の延在する方向と略直交する第一方向において干渉光照射領域の重ね合わせを行うので、非干渉光照射領域の影響を低減して、第一方向における積算された照度分布の変動を一様にすることができ、精度良く基板上構造体を形成するための干渉光を照射することができる。
このように、第二方向においては非干渉光照射領域が形成されないので、干渉光照射領域の重ね合わせを行わなくても、基板上構造体を隣接させて形成するための干渉光を照射することができる。この場合、ショット回数を削減し、スループットを向上させることができる。また、干渉光照射領域を第一方向に平行な2つの辺を有する形状に整形することで、第二方向においては、干渉光照射領域の重ね合わせを行わなくても基板上構造体を基板の光照射面に敷き詰めるよう干渉光を照射することができる。
また、上記の光照射方法において、前記第1照射工程では、前記干渉光照射領域を、前記第1領域の全面に隙間無く重ね合わせて配置してもよい。これにより、大面積の基板の全面へ連続した基板上構造体を形成するための干渉光を照射することができる。
さらに、上記の光照射方法において、前記第1照射工程では、互いに重ね合わされた複数の前記干渉光照射領域からなる領域を、前記基板の光照射面に離散的に配置してもよい。これにより、大面積の基板内における多数領域へ干渉光を照射することができる。
さらに、基板をステップ的に搬送しながら小区画ずつ露光するので、装置を大型化することなく大面積への露光が可能となる。そのため、装置の大型化に伴うコストを削減することができる。また、二光束干渉露光において露光領域を所定形状に整形するので、干渉縞が平行とならないビーム端部の干渉光を重ね合わせ露光に用いないようにすることができる。したがって、各ショットの干渉光照射領域同士の一部を、適切に重ね合わせることができ、大面積の基板への連続した微細パターンの形成が可能である。また、基板上に、上記の連続した微細パターンとは異なるパターンを混在させて形成することが可能である。
ドライエッチングを用いたエッチング工程では、パターニング領域の非パターニング領域との境界において、エッチング形状が過剰になるという問題がある。第1領域と該第1領域の外周部である第2領域とをパターニング領域とした場合、ドライエッチングによりパターニング領域の外縁部である第2領域において過剰エッチングが発生することになるが、第1領域においてはエッチング条件が適切に保たれる。したがって、第1領域を最終的に製品として必要な領域に設定すれば、最終的な製品の面内加工均一度を良好な状態に保つことができる。ここで、第2領域に対する単位面積あたりの露光処理時間は、第1領域に対する単位面積あたりの露光処理時間よりも短いため、スループットの低下を抑制しつつ、最終的な製品の加工品質を向上させることができる。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の露光装置1を示す概略構成図である。
露光装置1は、光源2と、ビームエキスパンダ3と、打ち下ろしミラー4と、シャッター5と、ビーム分岐素子6と、折り返しミラー7a,7bと、集光レンズ8a,8bと、ピンホール9a,9bと、コリメートレンズ10a,10bとを備える。また、露光装置1は、ステージ11と、吸着盤12と、マスク13と、ギャップセンサ14と、コントローラ20と、ステージ駆動回路21とを備える。
このように、ビームエキスパンダ3、打ち下ろしミラー4、シャッター5、ビーム分岐素子6、折り返しミラー7a,7b、集光レンズ8a,8b、ピンホール9a,9b及びコリメートレンズ10a,10bから構成される光学系によって、光源2の出力光を2分岐した光を干渉角度2θで交差させ、干渉光を発生する。この光学系のうち、ビーム分岐素子6からワークWまでの間の素子一式は対になるように設けられており、ビーム分岐素子6で分岐した2本のレーザー光をそれぞれワークWまで誘導、整形し、ワークW上で干渉させることができる。
例えば、基板に塗布された感光性材料層(レジスト)が、光照射部分が現像液に溶解するポジ型である場合、干渉光によって露光し現像することにより、光照射されていない箇所が残存したレジストパターンを得ることができる。一方、レジストが、光照射部分が架橋して現像液に溶解しなくなるネガ型である場合には、干渉光によって露光し現像することにより、光照射された箇所が現像後に残存したレジストパターンを得ることができる。
マスク13は、所定形状の光透過部を有する遮光部材によって構成する。ここで、マスク13としては、金属製基板の略中央に所定形状の開口部を形成したものを用いることができる。なお、マスク13として、ガラス等の透明基板上に、当該透明基板が露出する光透過部を形成した遮光膜を形成したものを用いてもよい。ここで、遮光膜としては、例えばクロムからなる膜を用いることができる。
また、このマスク13は、図2に示すように、ワークWに対してギャップDを設けて配置する。図1に示すように、ステージ11及び吸着盤12には、ギャップセンサ14が埋め込まれており、このギャップセンサ14によって吸着盤12とマスク13との間の距離が測定可能となっている。
マスク13をワークWの上部にギャップDを設けて配置することで、図2に示すように、ワークW上にはレーザー光B3,B4の干渉光が照射される領域と、レーザー光B3,B4の何れか一方のみが照射される領域とが生じる。すなわち、有効照射領域は、干渉光が照射される干渉光照射領域E1(以下、単に「干渉領域」という)と、干渉領域E1のX方向両側に形成される、光線の幾何学的回り込みによる非干渉光照射領域E2(以下、単に「非干渉領域」という)とからなる。非干渉領域E2の幅は、ギャップDと干渉角度θとに依存し、2D・tanθである。
例えば、光源2の波長λ=266nm、干渉角度15°≦θ≦60°とした場合、図3に示す干渉領域E1では、隣接するライン間のピッチが154nm〜514nmであるストライプ状の干渉縞が形成される。干渉縞のピッチは、干渉角度θ、光源2の波長λ及び露光環境の屈折率nに依存し、λ/(2n・sinθ)である。すなわち、干渉縞のピッチは、n=1(空気中での露光)とすると、光源2のレーザー光の波長λの半分近くまで短くすることができる。
重ね合わせ回数nは、例えば、干渉縞の周期が一致するように重ね合わせた結果、基板の光照射面において、積算された照度分布の変動が許容値以下となるように設定したり、干渉縞により生じ得る微細パターンの線幅の変動量が境地以下となるように設定したりすることができる。
一方、S&R露光では、ワークW上において、有効照射領域E0をX方向に所定距離ずつ移動し、干渉領域E1同士を重畳させることなく配置する。このとき、X方向において、隣接する有効照射領域E0の非干渉領域E2同士は、重畳させてもよいし重畳させなくてもよい。
図4に示すように、重ね合わせ露光が行われる領域のX方向両端部は、重ね合わせ回数が非干渉光の照射の影響が無視できる回数nに達しないため、製品として有効な領域とはならない。したがって、上記のX方向両端部に形成される製品としての非有効領域を考慮し、製品としての有効領域(n回の重ね合わせがなされた領域)が、製品として必要な領域面積をカバーするように第1領域W1を設定することが好ましい。
このとき、第1領域W1については、X方向の各列の露光において、干渉領域E1同士を干渉縞の周期(ピッチ同士)が重なるように重ね合わせる。一方、第2領域W2については、X方向の各列の露光において、干渉領域E1同士を重ね合わせない。つまり、第2領域W2におけるショット間の基板搬送距離は、第1領域W1におけるショット間の基板搬送距離(上記の所定距離P)よりも長く、第2領域における単位面積あたりの露光処理時間は、第1領域における単位面積あたりの露光処理時間よりも短い。
また、Y方向においては、第1領域W1、第2領域W2共に、干渉領域E1同士を重畳させずに隣接させる。
しかしながら、パターン有効領域がビーム中央付近に限定されると、照度有効領域がその分狭くなるため、大面積を露光するには空間フィルタ(ピンホール)から基板までの距離を大きくする必要があり、装置が大型化する。また、空間フィルタから基板までの距離が長くなると、環境変動の影響を受けやすくなるということも懸念される。
このように、図7に示す露光方法の場合、露光領域を整形しないため、ビーム端部を重ね合わせ露光に用いることになる。ところが、レンズの持つ収差やアライメント誤差により、ビーム端部においては干渉縞が平行とならない場合があり、ビーム端部を重ね合わせ露光に用いると、基板上構造体の欠陥が生じるおそれがある。
これに対して、本実施形態では、露光領域を所定形状に変形するため、欠陥(ビームの強度不足、ピッチ累積誤差、アライメント誤差による露光不足など)が生じやすいビーム端部の領域をカットすることができる。したがって、第1露光方式において高精度の重ね合わせ露光が可能となる。
これに対して、本実施形態では、Y方向において干渉領域E1同士を重ね合わせる必要がない。そのため、Y方向への重ね合わせによる基板上構造体の欠陥といった不具合が発生することを回避することができる。また、干渉縞の検出調整機構なども導入する必要もない。さらに、Y方向への重ね合わせが不要であるため、その分スループットの低下を抑制することができる。
また、光透過部を有する遮光部材であるマスク13を基板上に配置するので、比較的容易に干渉領域を所定形状に整形することができる。さらに、このとき、基板とマスク13との間にギャップDを設けるため、両者が密着することに起因するパーティクル等の付着を防止することができる。
一般に、ウェハに対しては、リソグラフィ工程の後、エッチング工程においてパターンが転写されることが多い。エッチング工程において行われるエッチングとしては、反応性イオンエッチング(RIE)などのドライエッチングが挙げられる。RIEプロセスでは、チャンバー内でプラズマを発生させ、その内部で生成したイオンやラジカルを利用して処理物をエッチングする。
そこで、本実施形態では、デバイスの面内加工均一度を低下させず、且つ量産性も改善するために、重ね合わせ露光によるパターニングとS&R露光によるパターニングとを混在させる。つまり、最終的にデバイスとなる領域について重ね合わせ露光によるパターニングを行い、その外周部についてはS&R露光によるパターニングを行う。このとき、S&R露光によるパターニング領域は過剰エッチングされやすいが、最終的にデバイスとなる領域(重ね合わせ露光でパターニングした領域)は適切なエッチング条件となり、最終的なデバイスの面内加工均一度は良好な状態に保たれる。
パターニング領域では基板が露出しており、エッチング反応が進む。このとき、上述したように、パターニング領域の端部は中央部と比較してエッチングされやすく、パターニング領域の端部と中央部とでエッチング反応速度には差が生じる。そして、パターニング領域が狭い場合、エッチング反応速度の分布は、図11に示すように急峻となり、パターニング領域が広い場合には、エッチング反応速度の分布は、図12に示すようになだらかとなる。
このように、図9に示すように最終的にデバイスとなる領域A1に対して必要最低限の大きさを有する領域A11をパターニング領域とするのではなく、図10に示すように、最終的にデバイスとなる領域A1とその外周部とを含む領域A21をパターニング領域とすることで、領域A1の面内加工均一度を良好な状態とすることができる。なお、S&R露光では、パターン領域内にショット間のつなぎ目が存在するが、つなぎ目の面積比は0.1%程度であるため、影響は小さい。
ワイヤーグリッド偏光素子は、透明基板上にアルミのような金属より成る微細な縞状の格子を設けた構造のものである。格子を成す各線状部の離間間隔(格子間隔)を偏光させる光の波長以下とすることで偏光素子として機能する。直線偏光光のうち、格子の長さ方向に電界成分を持つ偏光光にとってはフラットな金属と等価なので反射する一方、長さ方向に垂直な方向に電界成分を持つ偏光光にとっては透明基板のみがあるのと等価なので、透明基板を透過して出射する。このため、偏光素子からは格子の長さ方向に垂直な方向の直線偏光光が専ら出射する。偏光素子の姿勢を制御し、格子の長さ方向が所望の方向に向くようにすることで、偏光光の軸(電界成分の向き)が所望の方向に向いた偏光光が得られることになる。
このような偏光素子の性能を示す基本的な指標は、消光比ERと透過率TRである。消光比ERは、偏光素子を透過した偏光光の強度のうち、s偏光光の強度(Is)に対するp偏光光の強度(Ip)の比である(Ip/Is)。また、透過率TRは、通常、入射するs偏光光とp偏光光の全エネルギーに対する出射p偏光光のエネルギーの比である(TR=Ip/(Is+Ip))。理想的な偏光素子は、消光比ER=∞、透過率TR=50%ということになる。なお、格子が金属製である偏光素子はワイヤーグリッド偏光素子と呼ばれるが、格子が金属製でないものを含めて、以下、単に「グリッド偏光素子」と呼ぶ。
次に、レジストパターンの側からエッチャントを供給し、レジストパターンで覆われていない箇所の格子用薄膜をエッチングする。このエッチングは、格子用薄膜の厚さ方向に電界を印加しながら行う異方性エッチングである。これにより、格子用薄膜がパターン化される。そして、最後に、レジストパターンを除去することで、グリッド偏光素子が完成する。
また、第2露光方式において用いる露光光は、干渉光に限定されるものではなく、非干渉光であってもよい。例えば、干渉光の重ね合わせ露光によるパターニング領域の外周部に、第2露光方式により、非干渉光を用いてアライメントマークを作製するようにしてもよい。アライメントマークの形状としては、矩形状や十字形状などが挙げられる。ここで、アライメントマークの露光方法は、任意の方法を用いることができる。例えば、マスクを用いた露光方法であってもよいし、レーザーによる直描露光方法であってもよい。
上記各実施形態においては、干渉領域E1を矩形状に整形する場合について説明したが、上述したように、干渉領域E1の形状は任意の形状であってよい。ただし、矩形状のように、干渉領域E1に対して非干渉領域E2が形成されている方向(X方向)に平行な2辺を有する形状であれば、Y方向の干渉領域E1の重ね合わせが不要となるため、好ましい。このような形状としては、矩形状の他に、平行四辺形やひし形などがある。
また、ミラー17aの回転軸は分岐ビームB1及びミラー反射ビームB5の交点位置で拘束されている。干渉角度θを調整する際には、図16(a)から図16(b)のように、ミラー17aの法線方向が、分岐ビームB1とミラー反射ビームB5とがなす角の二等分線を維持したまま、所定の方向へ変化する。この干渉角度θは、駆動部(アクチュエータ)22を用いて調整する。駆動部22は、ミラー反射ビームB5のなす直線上に配置されたフレームに作用し、干渉角度θを調整する。なお、駆動部22は、T字フレームTに作用して干渉角度θを調整する構成であってもよい。
Claims (13)
- コヒーレント光源の出力光を2以上に分岐した光を所定の干渉角度で交差させて干渉光を発生させる干渉光発生工程と、
光照射面を有する基板の第1領域に前記干渉光を照射する第1照射工程と、
前記基板の前記第1領域の外周部である第2領域に光を照射する第2照射工程と、を含み、
前記第1照射工程は、
前記基板への前記干渉光の照射と前記基板の搬送とを繰り返す工程であって、
1ショットで前記干渉光が照射される前記基板上の領域である干渉光照射領域を所定形状に整形し、
前記基板をステップ的に搬送しながら前記第1領域に前記干渉光を照射するに際し、各ショットでの前記干渉光照射領域同士の重畳する部分において、前記干渉光の干渉縞の周期が一致するように重ね合わせ、
前記第2照射工程は、
単位面積あたりの処理時間が前記第1照射工程よりも短い工程であることを特徴とする光照射方法。 - 前記第2照射工程は、
前記基板への前記光の照射と前記基板の搬送とを繰り返す工程であることを特徴とする請求項1に記載の光照射方法。 - 前記第2照射工程は、
前記光として前記干渉光を用い、前記基板への前記干渉光の照射と前記基板の搬送とを繰り返す工程であって、
1ショットで前記干渉光が照射される前記基板上の領域である干渉光照射領域を所定形状に整形し、
前記基板をステップ的に搬送しながら前記第2領域に前記干渉光を照射するに際し、各ショットでの前記干渉光照射領域同士を、前記基板上で基板搬送方向に重畳させずに隣接させることを特徴とする請求項1または2に記載の光照射方法。 - 前記第2照射工程は、
パターンが形成されたマスクを介して前記基板へ前記光を照射する工程であることを特徴とする請求項1または2に記載の光照射方法。 - 前記第2照射工程、前記第1照射工程、前記第2照射工程の順に実施することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光照射方法。
- 前記第1照射工程では、
前記所定形状の光透過部を有する遮光部材を、前記基板の上に所定のギャップを設けて配置することで、前記干渉光照射領域を前記所定形状に整形すると共に、前記干渉光照射領域の前記干渉縞の延在する方向と略直交する第一方向に位置する端部に、前記2以上に分岐した光の一部である非干渉光が照射される非干渉光照射領域が形成され、
前記第一方向において、前記干渉光照射領域同士の重畳する部分において、前記干渉縞の周期が一致するように重ね合わせることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光照射方法。 - 前記干渉光発生工程では、コヒーレント光源の出力光を2つに分岐した光を前記干渉角度で交差させて前記干渉光を発生させ、
前記第1照射工程では、
前記干渉光照射領域を、前記第一方向に平行な2つの辺を有する形状に整形し、
前記第一方向に直交し、前記干渉縞の延在する方向と略平行な方向である第二方向において、前記干渉光照射領域同士を重畳させずに隣接させることを特徴とする請求項6に記載の光照射方法。 - 前記第1照射工程では、前記干渉光照射領域を、矩形状に整形することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光照射方法。
- 前記第1照射工程では、前記干渉光照射領域を、前記第1領域の全面に隙間無く重ね合わせて配置することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光照射方法。
- 前記第1照射工程では、互いに重ね合わされた複数の前記干渉光照射領域からなる領域を、前記基板の光照射面に離散的に配置することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の光照射方法。
- 基板の表面若しくは当該基板上に設けられた機能材料層の表面に複数の凸部及び凹部の少なくとも一方が配列されてなる微細パターンを有する基板上構造体の製造方法であって、
前記基板の表面若しくは前記機能材料層の表面に感光性材料層を形成する工程と、
コヒーレント光源の出力光を2以上に分岐した光を所定の干渉角度で交差させて、干渉縞の長手方向が所定の角度で交差する干渉光を発生させる工程と、
前記干渉光を用いて、前記感光性材料層の第1領域に対して干渉露光を行う工程と、
前記感光性材料層の前記第1領域の外周部である第2領域に対して露光を行う工程と、
前記干渉露光後の感光性材料層における前記干渉光の照射領域若しくは非照射領域を除去して、前記感光性材料層に微細パターンを形成する工程と、
前記感光性材料層の微細パターンを用いて、前記基板若しくは前記機能材料層をエッチングして微細パターンを得る工程と、を含み、
前記干渉露光を行う工程は、
前記干渉光の基板への照射と前記基板の搬送とを繰り返して前記感光性材料層を露光する工程であって、
1ショットで前記干渉光が照射される前記感光性材料層上の領域である干渉光照射領域を所定形状に整形し、
前記基板をステップ的に搬送しながら前記感光性材料層を露光するに際し、各ショットでの前記干渉光照射領域同士の重畳する部分において、前記干渉光の干渉縞の周期が一致するように重ね合わせ、
前記露光を行う工程は、
単位面積あたりの処理時間が前記干渉露光を行う工程よりも短い工程であることを特徴とする基板上構造体の製造方法。 - 前記エッチングはドライエッチングであることを特徴とする請求項11に記載の基板上構造体の製造方法。
- コヒーレント光を出力する光源と、
前記光源の出力光を2以上に分岐した光を所定の干渉角度で交差させて、干渉縞の長手方向が所定の角度で交差する干渉光を発生させる光学系素子と、
基板の上に配置され、前記光学系素子によって発生した干渉光が透過する所定形状の光透過部を有する遮光部材と、
前記遮光部材の光透過部を透過した前記干渉光の基板の第1領域への照射と前記基板の搬送とを繰り返し、前記基板の前記第1領域を露光し、前記基板の前記第1領域の外周部である第2領域に光を照射して前記第2領域を露光する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記遮光部材の光透過部を介して所定形状に整形された前記干渉光が照射される基板上の各ショットでの干渉光照射領域同士の重畳する部分において、前記干渉光の干渉縞の周期が一致するように重ね合わせるべく、前記基板をステップ的に搬送し、前記第2領域の単位面積あたりの露光処理時間が、前記第1領域の単位面積あたりの露光処理時間よりも短くなるように制御することを特徴とする露光装置。
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