JP3007163B2 - フォトリソグラフィ法及びその装置 - Google Patents

フォトリソグラフィ法及びその装置

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JP3007163B2
JP3007163B2 JP9503534A JP50353497A JP3007163B2 JP 3007163 B2 JP3007163 B2 JP 3007163B2 JP 9503534 A JP9503534 A JP 9503534A JP 50353497 A JP50353497 A JP 50353497A JP 3007163 B2 JP3007163 B2 JP 3007163B2
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
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    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
    • G03F7/70291—Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フォトリソグラフィ法及びその装置に関
し、詳しくは、マイクロエレクトロニクス、マイクロシ
ステム技術、薄膜技術、平面スクリーン製造、半導体製
造中の半導体ウェハの直接露光、マイクロ製版用マスク
及び焦点版に関する。
感光層を直接露光するための露光装置は従来から周知
である。
国際特許出願WO93/09472号は、光源とパターン発生装
置を含む露光装置を開示している。パターン発生装置
は、光学シュリーレンシステムとマトリクス−アドレサ
ブル平面光モジュレータを含む。さらに、この周知の露
光装置は、露光される基板が取り付け可能な可動位置決
めテーブルを含む。ここで使用されている光源は、単一
画像の露光中、基板を保持する位置決めテーブルが継続
的に移動しているときに、画像の質に影響を与える画像
退色が起こらない短いパルス幅のパルスレーザーであ
る。この方法であると、比較的速い書込みスピードを得
ることができる。
国際特許出願WO91/17483号及びWO93/09469号は、感光
層を直接露光するための前記従来装置と類似した露光装
置を開示しており、この露光もまた平面光モジュレータ
を用いて速い書込みスピードを得ている。
この露光装置の短所は、画素（ピクセル）のサイズ、
特に平面光モジュレータ上の画素の幅と投影光学システ
ムの画像投影スケールにより、像インクリメントが前も
って固定され、勝手に減少しないことである。像インク
リメントは、照射される基板上の像の拡大、縮小が可能
なため、最少量である。
特に、ほとんど全ての半導体製造技術は、1:10以下の
最小像サイズに対する像インクリメントの比率に基づい
ているため、１又は２ピクセルのマトリックス・アドレ
スド・平面光モジュレータの理論上の像形成と１ピクセ
ルの像インクリメントの間には矛盾がある。
これまでの露光装置では、像インクリメントは、技術
的に限定されたフレームワークで投影光学システムの画
像投影スケールを拡大、又は平面光モジュレータ上の画
素の幅を縮小することによってのみ、減少させることが
できた。
いずれの露光装置も、これにより書込スピードが相当
短縮される。これは平面光モジュレータ上の画素幅の２
乗と画像投影スケールに比例する。
さらに、これら周知の装置の短所は感度の不足であ
る。使用されている平面光モジュレータのサイズが原因
となり、通常、平面光モジュレータの欠点を排除するこ
とは不可能である。これは、画素数がアドレスされな
い、または完全にアドレスされないためである。
前記WO93/09472号は、全ての欠点のある画素を確か
め、これらの画素が光を反射しないように処理すること
により、この問題を解決した。この装置では、像は部分
像を互いに重ねることにより構成されている。そのた
め、露光される像の各部分は少なくとも一回は確実に露
光されるようになっている。この基板上で隣り合う二つ
の単独の画像とさらに他の二つの要素により、この装置
の書込スピードは短縮される。
従来例との関連からすると、本発明は、平面光モジュ
レータの画素幅及び投影する対象の画像投影スケールに
よる像インクリメントのサイズの制限を、書込みスピー
ドを損なわずに取り除くことのできるフォトリソグラフ
ィ法及びその装置を提供することを目的としている。
この目的は請求項１に基づく方法と請求項７に基づく
装置により達成される。
本発明は次のような知見に基づいている。光学画像投
影装置の所定形状のアパーチャにより像の境界で光度の
減少が生じる。そのため、投影された像のエッジが消え
てしまう。使用されているレジストのコントラスト、つ
まり光量が変化したときのレジスト除去量とレジストに
与えられる光量に関連して、作られたレジスト像の幅は
投影される像のエッジにおける輝度カーブの峻度の変化
に影響される。高コントラストのレジストの理想的な規
定としては、いわゆるレジストのオペレーティング強度
が存在する。この場合、像エッジは輝度カーブの交点と
レジストのオペレーティング強度により定められる。
第１パターンと、第１パターンに対応する第１領域及
び第１領域に隣接する第２領域を有する第２パターンと
の画像投影により、像の境界領域における輝度のカーブ
を定めることが可能となる。その結果、像のエッジのコ
ントロールされたシフトに影響を与えることができる。
これは、使用されているレジストのコントラストと絶対
値とエッジ峻度と照射光度により決定される。この方法
により、露光される基板上の到達可能な像インクリメン
トを、平面光モジュレータ上の画素の幅を変えたり、光
学画像投影装置の画像投影スケールを変えることなく減
少させることができる。
本発明の他の利点としては、平面光モジュレータ上の
欠陥のある画素も許容されることがある。そのため、書
込みスピードを減少させることなく、本発明に係る装置
の総許容量が保証される。
本発明のその他の展開については従属請求項で定義さ
れている。
本発明に係るフォトリソグラフィ法及びその装置の実
施形態について、以下の添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る方法の基本を示す説明図。
図２は本発明に係る方法の基本を示す他の説明図。
図３は本発明に係る装置の第１実施形態を示す概略構
成図。
図４は本発明に係る装置の第２実施形態を示す概略構
成図。
図１は、第１パターン100と第２パターン102を表して
いる。第１パターン100は、この実施形態では、平面光
モジュレータ上に作られ、３×５のアドレスされた画素
で構成されている。第２パターン102もまた平面光モジ
ュレータ上に作られ、４×５のアドレスされた画素で構
成されている。第２パターン102は領域100aに対応した
３×５のアドレスされた画素からなる第１領域102aを有
する。第２パターン102の第１領域102aに近接して、１
×５のアドレスされた画素からなる第２領域102bが存在
する。
図１において、基板上の露光領域は104として示され
ている。これにより明確なように、第１パターン100と
第２パターン102の重ね合わせが露光領域104となる。こ
の露光領域104は、第１パターン100に対応した第１セク
ション104aを含み、加えて、平面光モジュレータの画素
の半分の幅の第２セクション104bが存在する。
この第２セクション104bが形成されることは、図１の
下段の輝度カーブによってさらに詳しく説明される。
即ち、第１輝度カーブは、第１又は第２パターン100,
102によって平面光モジュレータから反射した光の輝度
を表す。第１又は第２パターン100,102を定める平面光
モジュレータの画素間、又はパターンのどの部分も定め
ない平面光モジュレータの画素間の急な転移は明らかで
ある。
既に説明したように、画像形成投影システムは所定形
状のアパーチャを備えている。これにより、平面光モジ
ュレータで反射された光の光量の急な転移は消滅する。
図１では、像エッジの輝度カーブの影響を説明するこ
とにより、無限の高いコントラストの理想的レジストが
想定されてきた。その結果、像エッジは輝度カーブとオ
ペレーティング輝度の交点により定められた。
画像形成投影システムを透過した後の光の輝度カーブ
は、図１の下段に示されている。I1は露光領域を第１パ
ターン100の３×５のアドレスされた全ての画素を露光
するのに必要な光量を表している。I2は露光領域を第２
パターン102の４×５のアドレスされた全ての画素を露
光するのに必要な光量を表している。
第１パターン100のエッジ100cにおけるコントロール
されたシフトに影響を与えるため、パターン100,102は
パターンを完全に形成するのに必要な輝度I1,I2では露
光されず、それ以下の低い輝度で露光される。対応する
輝度は使用されるレジストによる。
図１に示されている例では、これらの低い輝度はそれ
ぞれI1/2とI2/2である。
もし、低い輝度のときにそれぞれのパターン100,102
が独立したものであるとされた場合、輝度はレジストの
オペレーティング輝度以下に急速に低下する。例えば、
パターンの狭い部分（３×５又は４×５）だけが画像形
成される。
二つのパターンを重ね合わせる場合、また、さらに正
確に言えば、I1/2とI2/2用の対応する輝度カーブが重ね
合わされた場合、輝度カーブ（I1＋I2）/2は図１の下段
右に表されている露光領域となる。
これは輝度カーブと輝度制限値の交点のシフトにな
る。
これは第１及び第２セクション104a,104bと共に露光
領域104となる。第２セクション104bは平面光モジュレ
ータの画素幅の半分である。
他の例が図２に示されており、図２では図１と同じ符
号が用いられている。
図２に示されているように、第１パターン100は二つ
の部分パターン100aから構成されており、それに対応し
て第２パターン102は二つの部分パターン102aを有して
いる。結果としての露光領域104も同様に二つの部分パ
ターン104a,104bを有している。露光領域104の結果よ
り、プラスサインは二つのパターン100,102の重ね合い
を示しており、これはイコールサインにより示されてい
る。
図３に基づいて、本発明の第１実施形態の詳細を説明
する。
本発明に係る装置は符号300で示されている。装置300
はそれぞれ複数の画素を有する二つの平面光モジュレー
タ302a,302bを備えている。パターンは各平面光モジュ
レータ302a,302b上に、平面光モジュレータ302a,302bに
接続されたコントローラ304によって生成される。
光源306から発せられた光は（光源は本実施形態の場
合、パルスレーザ光源でも可）、ビーム形成移行ユニッ
ト308a〜308eとビーム分割立方体310を通して平面光モ
ジュレータ302a,302b上に投影される。
平面光モジュレータ302a,302bで反射された光はビー
ム分割立方体310を通って、いわゆる投影系、即ち、画
像形成投影システム312a,312b,312cを透過し、最終的に
基板316の露光領域314上を照射する。
本実施形態では、基板316は可動位置決めテーブル318
上に設置されている。
ビーム分配立方体310は、光源306からのビームを二つ
のサブビームに分け、各平面光モジュレータ302a,302b
に導くために使用されている。
本実施形態において、ビーム分配立方体310は光源306
（レーザパルス光源でも可）からの光を同じ輝度の二つ
のサブビームに分ける。
本実施形態では、本発明に係る方法は以下の工程を含
む。
第１の工程では、第１パターンは第１平面光モジュレ
ータ302a上に作られる。このパターンは予め規定された
数のアドレスされた画素からなる。第２の工程では、第
２パターンが第２平面光モジュレータ302b上に同時に作
られる。この第２パターンは第１パターンに対応するア
ドレスされた画素からなる第１領域と、第１領域のすぐ
横に隣接したアドレスされた画素からなる第２領域を含
む。その後、第１及び第２パターンは基板316の露光領
域314上に画像投影される。
本実施形態では、第２パターンの第２領域は、第２パ
ターンの第１領域の延長方向に直角であるアドレスされ
た画素を含んでいてもよい。
サイズが平面光モジュレータ302a,302b上の画像サイ
ズの倍数と等しくない、露光領域314で像を形成するた
めに、ｉアドレスされた画素の幅の第１パターンを平面
光モジュレータ302a上に作り、ｉ＋１アドレスされた画
素の幅の第２パターンを第２平面光モジュレータ302b上
に作る。部分ピクチャーの重ね合いは、露光領域314に
ｉ＋0.5画素サイズの像を形成する。
このような像を形成する方法は、既に図１及び２に基
づいて説明されている。
もし、図３の装置で説明した方法において干渉状態が
あった場合は、それは完全な像を形成するための個別の
部分ピクチャーの干渉性重ね合いである。
これらの干渉性状態に対応するために、平面光モジュ
レータ上に作られる、またはプログラムされるパターン
は同時に露光される基板上に画像形成されなくてはなら
ない。光源からの、または、独立した平面光モジュレー
タに設けられた別の光源から、平面光モジュレータを通
って基板までの光路長の差は、使用される光の干渉長さ
よりも短くなくてはならない。そして、光は光源か、ま
たは互いに干渉することのできる別の光源から発せられ
ていなければならない。
そのため、画像形成原理は、正確な振幅と位相におけ
る平面光モジュレータ上の個別のパターンの発光の重ね
合わせにより、基板上に仮想パターンが形成されるとい
う事実に基づいている。境界領域では、このパターン
は、位相変調に加えて、像のエッジが動かされた結果と
して、輝度変調を示す（図１参照）。これは前に説明さ
れた異なってプログラムされたパターンを持つ、プログ
ラムされた平面光モジュレータにより実現される。
干渉状態がない場合は、図１で説明したように、個別
の部分ピクチャーの非干渉性重ね合いを通して完全な像
が得られる。
個別の平面光モジュレータの構造は、基板上でx,y方
向に一つの部分ピクチャーが同時にそして個別に露光さ
れることが可能となっている。
注目すべきは、図３で説明された実施形態は、一つの
光源の使用に限定されるものではなく、平面光モジュレ
ータ302a,302b用の一つの光源306の代わりに、二つの光
源を使用することも可能なことである。二つの光源のう
ち一つは平面光モジュレータ302aに、もう一つの光源は
平面光モジュレータ302bに割り当てられる。
この場合、平面光モジュレータから反射したビームを
同時に重ねるために適切な投影光学システムが必要であ
る。
本発明に係る装置の第２実施形態を図４に基づいてさ
らに詳細を説明する。図４では図３と同じ要素に関して
は同じ符号を用いている。
本発明に係る装置は符号400で表されている。
この装置400は、二つの平面光モジュレータの代わり
に、四つの平面光モジュレータ302a〜302dが使用されて
いるという点で、図３で説明されている装置とは異な
る。その結果、光源306から個別の平面光モジュレータ3
02a〜302dへ光を照射して、露光領域314上における画像
形成のため再結合するために、三つのビーム配分立方体
310a〜310cが使用されている。
以下、必要とされる0.05μｍの画素要素で0.5μｍを
形成するためのアドレスの生成を図４を参照してさらに
詳しく説明する。
平面光モジュレータ302a〜302d用のピクチャー要素の
幅は、例えば20μｍで、画像形成投影システム312a〜31
2cの画像投影スケールは100:1である。像インクリメン
トの幅はそのため0.2μｍとなる。この像インクリメン
トから始めると、必要とされる0.05μｍへの要素４によ
る減少は、本発明によって達成される。これにより、0.
50μｍ、0.55μｍ、0.06μｍその他の幅の露光が可能に
なる。
0.55μｍの像は以下の方法で作られる:N−１＝３ビー
ム・スプリッタ（Ｎ＝平面光モジュレータの数）はレー
ザビームをＮ＝４の等しい輝度のサブビームに分配す
る。各サブビームはそれぞれ振り分けられた平面光モジ
ュレータ302a〜302dを照射する。形成される像は画素幅
の整数の倍数ｉ×ｐと剰余Δｐの合計に再分割される： 0.55μｍ＝ｉ×ｐ＋Δｐ＝２×0.20μｍ＋0.15μｍ 数ｊは以下のように計算される： ｊ＝Ｎ×（Δp/p）＝４×（0.15μm/0.20μｍ）＝３ ｉ＝２画素は全てのＮ＝４平面光モジュレータ用にア
ドレスされ、像の画素ｉ＋１＝３は、同じようにｊ＝３
平面光モジュレータ用にアドレスされ、余りＮ−ｊ＝１
平面光モジュレータ用にはアドレスされない。
Ｎ＝４平面光モジュレータのこのアドレスを通して、
幅0.55μｍの領域は基板316上に露光される。
既に説明した干渉性重なり合いは、干渉状態があった
場合、図４に基づいて説明されている実施形態でも起こ
る。
もし干渉状態が起こらなければ、個別部分ピクチャー
は非干渉に重なり合う。
図３及び図４に基づいて説明された装置、即ち、様々
な平面光モジュレータを使用して同時に基板上に画像投
影する装置は、以下に説明されるモードにて動作する。
第１の動作モードでは、全ての平面光モジュレータ
（二つ以上）は同一であるが、異なるプログラムをされ
ているか、異なるパターンを持っている。
前述したように、この動作モードは、画像形成投影シ
ステムの画像投影スケールを乗じた、平面光モジュレー
タ上のピクセル寸法に以下の画像の像インクリメントを
減少させるために使用される。
第２動作モードでは、全ての平面光モジュレータは同
一であるが、同じ方法でプログラムされているか、同じ
パターンを持っている。
この動作モードは、平面光モジュレータを照射する目
的で、光源のエネルギーを完全に利用するために使用さ
れる。そのため、従来の装置に比べて二つの要素により
小さい光のエネルギーによる基板の露光が可能となっ
た。
第３の動作モードでは、平面光モジュレータは同一で
はない。
この動作モードは、特定のアプリケーション用に、厳
密に刻まれたパターン（受動素子）を備えた平面光モジ
ュレータを使用するのが好ましい場合に、例えば、像反
復の度合いの高いパターンをつくる場合に使用される。
シャッターは任意に個別の平面光モジュレータ（アクテ
ィブ・マトリックス−アドレサブル・モジュレータ又は
受動素子を備えたモジュレータ）を照射から防止するた
めにここで使用される。このため、画像形成には役に立
たない。
フロントページの続き (72)発明者 ゼルトマン ロルフ ドイツ連邦共和国 01069 ドレスデン ホーエ ストラッセ 21 (72)発明者 クック ハインツ ドイツ連邦共和国 01465 ランゲブル ック ドレスデナー ストラッセ 28 (56)参考文献 特開 昭56−85824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−9663（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−36716（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−20009（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02 H01L 21/027

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】以下の工程を備えているフォトリソグラフ
    ィ法において： ａ） 第１平面光モジュレータ（302a）上に第１パター
    ン（100）を作る工程、第１平面光モジュレータ（302
    a）は複数の画素を有し、第１パターン（100）は予め規
    定された数のアドレスされた画素により形成される； ｂ） 第１パターン（100）を基板（316）の露光領域
    （314）上に投影する工程； 以下の工程を備え； ｃ） 第２平面光モジュレータ（302b）上に第２パター
    ン（102）を作る工程、第２平面光モジュレータ（302
    b）は複数の画素を有し、第２パターン（102）は第１パ
    ターン（100）又はその一部に対応するアドレスされた
    画素からなる第１領域（102a）と、この第１領域（102
    a）に隣接するアドレスされた画素からなる第２領域（1
    02b）とを含む； ｄ） 第２パターン（102）を基板（316）の露光領域
    （314）上に投影する工程； 前記第１及び第２パターン（100,102）は基板（316）の
    露光領域（314）上に同時に投影されること； を特徴とするフォトリソグラフィ法。
  2. 【請求項２】第２パターンの第２領域（102b）は第２パ
    ターンの第１領域（102a）の延長方向に直角なアドレス
    された画素であることを特徴とする請求項１記載のフォ
    トリソグラフィ法。
  3. 【請求項３】第１及び第２平面光モジュレータ（302a,3
    02b）が光源（306）により照射されることを特徴とする
    請求項１又は請求項２記載のフォトリソグラフィ法。
  4. 【請求項４】光源（306）から第１及び第２平面光モジ
    ュレータ（302a,302b）を介して基板（316）までの光路
    の差は、光源（306）の光の干渉性長さよりも小さいこ
    とを特徴とする請求項３記載のフォトリソグラフィ法。
  5. 【請求項５】第１及び第２平面光モジュレータ（302a,3
    02b）が第１及び第２光源により照射され、第１及び第
    ２光源は互いに干渉することを特徴とする請求項１又は
    請求項２記載のフォトリソグラフィ法。
  6. 【請求項６】第１光源から第１平面光モジュレータ（30
    2a）を介して基板（316）までの光路と、第２光源から
    第２平面光モジュレータ（302b）を介して基板（316）
    までの光路の差は、光源の光の干渉性長さよりも小さい
    ことを特徴とする請求項５記載のフォトリソグラフィ
    法。
  7. 【請求項７】以下のものを備えているフォトリソグラフ
    ィ装置において： − 予め規定された数のアドレスされた画素により形成
    される第１パターン（100）を作るための複数の画素を
    有する第１平面光モジュレータ（302a）； − 第１パターン（100）を基板（316）の露光領域（31
    4）上に投影する画像投影装置（312a〜312c）； 以下のものを備え； − 第１パターン（100）又はその一部に対応するアド
    レスされた画素からなる第１領域（102a）と、この第１
    領域（102a）に隣接するアドレスされた画素からなる第
    ２領域（102b）とを含む第２パターン（102）を作るた
    めの複数の画素を有する第２平面光モジュレータ（302
    b）； 前記画像投影装置（312a〜312c）は第２パターン（10
    2）を基板（316）の露光領域（314）上に投影し、さら
    に、前記画像投影装置（312a〜312c）は第１パターン及
    び第２パターン（100,102）を基板（316）の露光領域
    （314）上に同時に投影すること、 を特徴とするフォトリソグラフィ装置。
  8. 【請求項８】第２パターンの第２領域（102b）は第２パ
    ターンの第１領域（102a）の延長方向に直角であるアド
    レスされた画素であることを特徴とする請求項７記載の
    フォトリソグラフィ装置。
  9. 【請求項９】さらに、以下のものを含むことを特徴とす
    る請求項７又は請求項８記載のフォトリソグラフィ装
    置： 第１平面光モジュレータに割り当てられた第１光源； 第２平面光モジュレータに割り当てられた第２光源、第
    ２光源の光は第１光源の光に干渉することができる。
  10. 【請求項１０】第１光源から第１平面光モジュレータ
    （302a）を介して基板（316）までの光路と、第２光源
    から第２平面光モジュレータ（302b）を介して基板（31
    6）までの光路の差は、光源の光の干渉性長さよりも小
    さいことを特徴とする請求項９記載のフォトリソグラフ
    ィ装置。
  11. 【請求項１１】さらに、以下のものを含むことを特徴と
    する請求項７又は請求項８記載のフォトリソグラフィ装
    置： 光源（306）； 光源（306）より光ビームを第１及び第２平面光モジュ
    レータ（302a、302b）上に導くビーム分配部材（31
    0）。
  12. 【請求項１２】光源（306）から第１及び第２平面光モ
    ジュレータ（302a,302b）を介して基板（316）までの光
    路の差は、光源（306）の光の干渉性長さよりも小さい
    ことを特徴とする請求項11記載のフォトリソグラフィ装
    置。
  13. 【請求項１３】ビーム分割部材（310）が光源（306）か
    らの光ビームを二つの均等な輝度の光ビームに分割する
    ことを特徴とする請求項11又は請求項12記載のフォトリ
    ソグラフィ装置。
  14. 【請求項１４】光源（306）がパレス・レーザ光源であ
    ることを特徴とする請求項９、請求項10、請求項11、請
    求項12又は請求項13記載のフォトリソグラフィ装置。
  15. 【請求項１５】基板（316）を設置可能な可動位置決め
    テーブル（318）を備えていることを特徴とする請求項
    ７、請求項８、請求項９、請求項10、請求項11、請求項
    12、請求項13又は請求項14記載のフォトリソグラフィ装
    置。
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