JP3563935B2 - 半導体製造用露光装置およびこれを用いた半導体デバイス製造プロセス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造プロセスにて使用される半導体製造用露光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化はギガビットDRAM世代へ向けて進んでいる。そして、この高集積化に伴い、露光装置とりわけ投影光学系に要求される性能もさらに高レベルとなってきている。
【0003】
ここで、露光装置の解像度は、投影光学系の開口数(NA)を大きくすることによって高めることができるが、NAを大きくすることによって焦点深度が浅くなる。したがって、ある程度以上NAを大きくすることができず、解像度を高めるためには露光波長を短波長化することが要求されている。
【0004】
このような理由で、ギガビットDRAM世代の露光装置に用いられる光源として、KrFエキシマレーザやArFエキシマレーザが有望視されているが、光源の短波長化に伴いレジストも解像度の高い化学増幅型レジストへと移行する。化学増幅型レジストは、KrF等の光源を用いて露光することにより酸を発生させ、露光後のベーク処理時に酸を触媒として、ポジ型では保護基脱離反応を、ネガ型では架橋反応を起こさせるものであり、これによりアルカリ現像液に対する溶解速度を変化させて現像後に高アスペクト比のパターンを得ることができる。
【0005】
図6には、ポジ型化学増幅レジストの反応の概略を示している。図中(A),(B),(C),(D)の順に反応は進行する。レジストは保護基62を有したベース樹脂61および光酸発生剤63から構成される(A)。KrFやArF光源からの光によって露光されると、光酸発生剤63が反応し、酸64を発生する(B)。酸64は触媒となって保護基62を脱離し、反応生成物65を作る(C)。反応生成物65は気化し、レジスト膜外へと出ていくため、レジストの膜厚は減少する(D)。
【0006】
図中(C),(D)の現象は、主に露光後の熱処理時に起きるものであるが、実際に用いられている化学増幅レジストは、露光中あるいは露光からベーク処理までの間にも起きる。これは、露光装置のスループットを上げるためにレジストの感度を向上させた結果、保護基脱離反応が酸の存在に対して敏感に起こり、高温にベークしなくても常温で反応が進行することが原因である。なお、図7には、実際の露光後のレジスト膜厚の変化を示している。この図から分かるように、露光量に応じて反応速度が異なり、膜厚の減少速度に差が生じる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、露光中から熱処理時にかけて反応生成物が気化してガスが生じるのであるが、このガスが露光光と反応して有機物が生じ、投影レンズ系が汚染されるという問題がある。
【0008】
すなわち、図8に示すように、光源から照明光学系、レチクルおよび投影光学系86を通過して被露光基板90に光が照射されると、基板90のレジストが反応してガス88が発生する。発生したガス88が光源光に反応して有機物87が発生し、この有機物87が投影光学系86の最終段レンズ89の表面に付着する。
【0009】
例えば、保護基として代表的なものである1エトキシエトキシ基の脱離反応は、温度よりもむしろ触媒となる酸に敏感であり、ベーク前の状態において反応が進行する。この脱離反応(化1)において生成されたアセトアルデヒドとエタノールは揮発性が高く、レジスト中に存在する残存溶媒や酸、酸発生剤、界面活性剤等の添加剤等とともに揮発する。
【0010】
【化1】
【0011】
このように反応生成ガスとともに膜外に放出された有機物が、光照射による分解、再結合を含む複雑な反応過程を経て、投影レンズ等の表面に付着固化する。そして、このように投影レンズが汚染された場合、露光装置の解像性能が低下したり、照度むらによる画角内の線幅のばらつきが生じたりして、製造した半導体デバイスの歩留まりが低下するという問題がある。
【0012】
このような問題に対して、特開平6−140304号公報にて提案され、本願図9に示す露光装置では、投影光学系96のレンズ99と被露光基板100との間にフィルム101を設けて、レジストからの発生ガス98がレンズ表面に付着するのを防止している。
【0013】
しかしながら、このような露光装置では、露光光の短波長化に対応した十分な透過率を有するフィルム材料がないという問題がある。また、露光光によりフィルムがダメージを受けて透過率が変化したり、フィルム面に付着した物質によってフイルム面内での透過率の偏りが生じたりして、解像性能が劣化したり照度が変動したりするという問題もある。
【0014】
また、特開平6−260385号公報にて提案され、本願図10に示す露光装置では、被露光基板110の周辺にノズル113を設け、投影光学系106のレンズ109と被露光基板110との間に不活性ガス112を供給することにより、スループットを落とさずに不活性ガス中での露光を可能としている。
【0015】
しかしながら、このような露光装置では、レジストからの発生ガス108は投影光学系に付着しにくいものの、不活性ガスのフローによって露光雰囲気中の屈折率がゆらぎ、被露光基板の露光むらを引き起こすという問題がある。
【0016】
そこで、本発明は、化学増幅レジストを用いた際の投影光学系の汚染を防いで、長期間安定した高精度のパターン転写が可能な半導体製造用露光装置を提供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、投影光学系からの露光光により半導体基板を露光する半導体製造用露光装置において、投影光学系と基板との間に、露光光を通過させるためのスリット状の開口を有した光学系汚染防止用遮蔽部材を設け、この遮蔽部材を帯電させるようにしている。
【0018】
例えば、逐次移動型縮小投影露光装置(ステッパ)で8インチ基板を露光する場合、1枚の基板を処理するのに必要な時間は60秒程度である。この間に露光された領域のレジストから脱ガスが生じ、投影光学系汚染の原因となる。撮影レンズ最終面と被露光基板との距離は30mm程度と近く、従来の露光装置ではその間に何もないためレジストからの発生ガスに接触し易い構造となっている。しかし、投影光学系と被露光基板とを通じさせる空間は露光光路を妨げない最小の領域でよいはずであり、そのような領域を確保できるスリット状の開口を有する遮蔽部材を設けることによって、レジストからの発生ガスが投影光学系(特に、投影レンズの最終面)に接触する確率はきわめて低くなる。
【0019】
さらに、遮蔽部材を帯電させることにより、イオン状態のガスをより効果的に吸着することを可能とし、光学系汚染防止効果を一層高めることが可能となる。なお、帯電させる遮蔽部材の材質としては、導電性の高い金属上に誘電体をコーティングしたものが好ましい。誘電体としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロドリン、セルロース、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリアクリルアミド、メタクリル酸アミド、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリエステルやこれらのポリマー等が挙げられる。また、これら以外にも、絶縁性が高くて安定な材料であれば、誘電体コーティング材料として使用することができる。また、帯電方法としては、コロナ放電による帯電方法が簡便なため好ましいが、これ以外にも電子線照射など、誘電体を荷電できる方法であればよい。
【0020】
さらに、誘電体中に有機ガスを化学吸着する物質、例えばカルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、鉄等を含有させることにより、電気的、物理的および化学的に有機ガスによる投影光学系の汚染を防止することができるようにしてもよい。
【0021】
また、遮蔽部材の開口面積を投影光学系の開口数に応じて変更できるようにすれば、露光時の遮蔽部材の開口面積を常に光路を妨げない最小の面積とすることができ、レンズ汚染防止効果を高めることができる。
【0022】
そして、これらの結果、露光装置の解像性能および照度の長期安定性を向上させ、良好なレジストパターンを安定的に得ることが可能となる。
【0023】
なお、遮蔽部材を、常時開口したスリット状開口を有するものとしてもよいが、露光時に開口を開き、非露光時に開口を閉じるシャッター状に構成してもよい。前述のようにステッパで8インチ基板を露光する場合、1枚の基板を処理するのに必要な時間は60秒程度である。しかし、この時間から非露光基板の移動等に要する時間を除いた純粋な露光時間は数秒である。このため、純粋な露光時間の間だけ露光用開口を開き、これ以外の時間の間は露光用開口を閉じるようにすれば、レジストからの発生ガスによる投影光学系の汚染を効果的に防止することが可能となる。
【0024】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1には、本発明の第1実施形態であるKrF逐次移動型縮小投影露光装置(ステッパ)の露光部の構成を示している。この図中、6は投影光学系であり、9は最終段の投影レンズである。10は被露光基板であり、この基板10と投影レンズ9との間には、シャッター(遮蔽部材)14が設けられている。
【0025】
シャッター14は、露光時に露光光を通過させるための開口を開き、非露光時には開口を閉じる。なお、シャッター14は、その開口面積を、露光光の光路を妨げない最小の面積とするために、投影光学系6の開口数(NA)に応じて変更できる構造となっている。つまり、NAが大きい場合には、シャッター14の開口面積は大きく設定され、NAが小さい場合には、シャッター14の開口面積は小さく設定される。
【0026】
また、シャッター14はアルミニウムで作られており、その基板側表面にはポリメタクリル酸メチルが1μmの厚さでコーティングされている。
【0027】
さらに、本実施形態では、図2に示すように、ステッパの使用前に定期的に、シャッター14の基板側表面をコロナ帯電装置により帯電させるようにしている。具体的には、シャッター14に対して基板側に針電極16を配置し、シャッター14の金属部を対向電極として、シャッター14の表面の誘電体にコロナ放電し、帯電を行う。帯電後のシャッター14の表面電位は100V程度が望ましい。
【0028】
以上のように構成されたステッパでは、図1(A)に示すように、シャッター14の開口を開いた状態で、KrF光源(図示せず)からの露光光17が、レチクル(図示せず)がセットされている投影光学系6を通して被露光基板10に照射されて露光が行われる。
【0029】
露光終了後は、図1(B)に示すように、直ちにシャッター14の開口が閉じ、基板10上のレジストから発生したガス8が投影光学系6側に移動しないようにする。これにより、露光直後(被露光基板10が次のショット位置に移動する前)における投影レンズ9のガス8による汚染が防止される。
【0030】
続いて、図1(C)に示すように、被露光基板10が次のショット位置に移動するとともにシャッター14の開口が開かれるが、既に露光されてレジストからガス8が発生している領域はシャッター14の開口の真下から移動し、しかも、シャッター14の表面は帯電状態にあるため、イオン状態のガス8はシャッター14に電気的に吸着されて、シャッター14の開口を通して投影光学系6側に移動しない。これにより、被露光基板10が次のショット位置に移動した後の投影レンズ9のガス8による汚染も防止される。
【0031】
なお、このようなステッパを定常稼働により6ヶ月間使用した後に、投影レンズ9を検査したところ、投影レンズ9への付着物は極めて少なく、許容できる範囲内であった。
【0032】
(第2実施形態)
図3には、本発明の第2実施形態であるKrF走査型縮小投影露光装置(スキャナ)の露光部の構成を示している。なお、本実施形態において、第1実施形態と同じ構成要素については第1実施形態と同符号を付して説明に代える。
【0033】
本実施形態は、被露光基板10と投影レンズ9との間に、常時開口したスリット状開口を有するスリット板34が設けられている点で第1実施形態と異なる。なお、スリット板34は、その開口面積(スリット長辺の長さ)を、露光光の光路を妨げない最小の面積とするために、投影光学系6の開口数(NA)に応じて変更できる構造となっている。つまり、NAが大きい場合には、スリット板34の開口面積は大きく設定され、NAが小さい場合には、スリット板34の開口面積は小さく設定される。
【0034】
また、スリット板34はアルミニウムで作られており、その基板側表面はカルシウムを5部含んだ1μm厚のポリメタクリル酸メチルフィルムでコーティングされている。
【0035】
さらに、本実施形態でも、第1実施形態と同様にして、スキャナの使用前に定期的に、スリット板34の基板側表面をコロナ帯電装置により帯電させるようにしている。帯電後のスリット板34の表面電位は100V程度が望ましい。
【0036】
以上のように構成されたスキャナでは、図3(A)に示すように、、KrF光源(図示せず)からの露光光が、レチクル(図示せず)がセットされている投影光学系6およびスリット板34の開口を通して被露光基板10に照射されて露光が行われる。
【0037】
露光終了後は、図3(B)に示すように、直ちに基板10が次のショット位置に移動するが、このとき既に露光されてレジストからガス8を発生している領域もスリット板34の開口の真下から移動する。しかも、スキャナの場合はスキャン方向のスリットサイズがステッパの開口サイズより小さいことに加え、スリット板34の基板側表面は帯電状態にあり、かつ基板側表面には有機ガスを化学吸着する物質がコーティングされているため、レジストから発生したガス8は電気的、化学的にスリット板34に吸着され、スリット板34の開口を通して投影光学系6側に移動しない。このため、ガス8による投影レンズ9の表面の汚染を第1実施形態のものよりも効果的に防止することができる。
【0038】
なお、このようなスキャナを定常稼働により6ヶ月間使用した後に、投影レンズ9を検査したところ、投影レンズ9への付着物は極めて少なく、許容できる範囲内であった。
【0039】
また、上記第1および第2実施形態では、遮蔽部材14,34をアルミニウムで作り、コーティング材料をポリメタクリル酸メチルにした場合について説明したが、本発明の遮蔽部材にはこれら以外の材料を用いることができる。
【0040】
また、上記第1および第2実施形態では、KrF等の光源を使用するステッパおよびスキャナについて説明したが、本発明はこれら以外の光源又は方式を用いた露光装置にも適用することができる。
【0041】
(第3実施形態)
図4および図5には、上記各実施形態にて説明したステッパ又はスキャナを使用する半導体デバイスの製造プロセスを示している。この製造プロセスは、ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシンおよびマイクロオプティクス等の製造に使用される。
【0042】
図4には、回路設計から出荷までのフローを示しており、まずステップ1で半導体デバイスの回路設計が行われると、次にステップ2で、設計された回路パターンを形成したマスク(レチクル)構造体が作られる。一方、ステップ3では、シリコン等の材料を用いてウエハが製造される。
【0043】
次にステップ4では、前工程、すなわちマスク構造体とウエハとを用い、フォトリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する工程が行われる。そして、ステップ5では、後工程、すなわち回路が形成されたウエハを半導体チップ化する工程が行われる。なお、この後工程では、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング工程)やパッケージング工程も含まれる。
【0044】
こうして製造された半導体デバイスは、ステップ6で動作確認、耐久性等の各種検査が行われ、ステップ7で出荷される。
【0045】
図5には、上記前工程の詳細なフローを示している。まずステップ11でウエハの表面が酸化され、ステップ12でウエハ表面にCVDにより絶縁膜が形成される。次に、ステップ13では、ウエハ上に電極が蒸着形成され、ステップ14では、ウエハにイオンが打ち込まれる。
【0046】
続いてステップ15では、ウエハに感光剤が塗布され、ステップ16ではマスクの回路パターンをウエハ上に焼き付け露光する。このステップ16において、上記各実施形態のステッパ等が使用されることにより、従来難しかった高集積度の半導体デバイスの製造が可能になる。なお、このステップ16の実行前に、定期的にシャッター14又はスリット板34の帯電を行う(ステップ16′)。
【0047】
露光後、ステップ17でウエハ上の回路パターンが現像され、ステップ18では、エッチングにより現像したパターン像以外の部分が削り取られ、ステップ19では、エッチング後不要となったレジストが取り除かれる。これらのステップが繰り返し行われることで、ウエハ上に回路パターンが多重形成される。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、投影光学系と被露光基板との間に、露光光を通過させるための開口を有した光学系汚染防止用遮蔽部材を設けた上、この遮蔽部材を帯電させるようにしているので、基板の露光を妨げることなく、イオン状態のガスを効果的に吸着して、高い光学系汚染防止効果を得ることができる。そして、この結果、露光装置の解像性能および照度の長期安定性を向上させ、良好なレジストパターンを安定的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態であるステッパの構成を示す概略図である。
【図2】上記ステッパにおけるマスク部材の帯電方法を示す説明図である。
【図3】本発明の第2実施形態であるスキャナの構成を示す概略図である。
【図4】上記ステッパおよびスキャナが使用される半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。
【図5】上記製造プロセス中の前工程のフローチャートである。
【図6】ポジ型化学増幅レジストの反応説明図である。
【図7】露光後のレジスト膜厚の変化を示したグラフ図である。
【図8】レジストからの発生ガスによる投影レンズの汚染構造を示す説明図である。
【図9】従来のレンズ汚染防止用フィルムを備えた露光装置の概略図である。
【図10】従来のレンズ汚染防止用ノズルを備えた露光装置の概略図である。
【符号の説明】
6,86,96,106 投影光学系
8,88,98,108 ガス
9,89,99,109 投影レンズ
10,90,100,110 被露光基板
14 シャッター
16 針電極
17 露光光
34 スリット板
61 ベース樹脂
62 保護基
63 光酸発生剤
64 酸
65 反応生成物
101 フィルム
113 ノズル
112 不活性ガス
Claims (8)
- 投影光学系からの露光光により半導体基板を走査しつつ露光する半導体製造用露光装置において、
前記投影光学系と前記基板との間に、露光光を通過させるためのスリット状の開口を有した遮蔽部材を設けるとともに、
この遮蔽部材を帯電させたことを特徴とする半導体製造用露光装置。 - 前記遮蔽部材を、コロナ帯電させたことを特徴とする請求項1に記載の半導体製造用露光装置。
- 前記遮蔽部材が、金属を誘電体でコーティングしたものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体製造用露光装置。
- 前記誘電体が、有機ガスを吸着する物質を含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体製造用露光装置。
- 前記遮蔽部材が、露光時に前記開口を開き、非露光時に前記開口を閉じるシャッター状に構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体製造用露光装置。
- 投影光学系からの露光光により半導体基板を走査しつつ露光する半導体製造用露光装置において、
前記投影光学系と前記基板との間に、露光光を通過させるためのスリット状の開口を有した遮蔽部材を設けるとともに、この遮蔽部材を帯電させ、
前記開口の大きさを、前記投影光学系の開口数に応じて変更可能としたことを特徴とする半導体製造用露光装置。 - 請求項1から6のいずれかに記載の半導体製造用露光装置を用いたことを特徴とする半導体デバイス製造プロセス。
- 前記遮蔽部材を帯電させる工程を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体デバイス製造プロセス。
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