JP3630807B2 - 走査露光装置及び当該走査露光装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は走査露光装置に関し、特にIC、LSI等の半導体デバイス、液晶デバイス、CCD等の撮像デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に用いる走査露光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図22は従来の走査型露光装置を示す図である。図22において、201は水銀ランプ等紫外線を放射する光源であり、楕円ミラー202の第1焦点近傍に配置された光源201の発光部からの光束は楕円ミラー202により第2焦点203に集光される。第2焦点203に集光した光はコンデンサーレンズ204とミラー205を介してハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレーター206の光入射面に再び集光される。ハエノ目レンズは複数の微小なレンズの集まりからなるものであり、その光射出面近傍に複数の2次光源が形成される。207はコンデンサーレンズであり2次光源からの光束によりマスキングブレード209をケーラー照明している。マスキングブレード209とレチクル212は結像レンズ210とミラー211により共役な位置に配置されており、マスキングブレード209の開口形状によりレチクル212における照明領域の形と寸法とが規定される。通常レチクル212における照明領域は、レチクル212の走査方向が該走査方向に直交する方向よりも短い長方形のスリット状である。213は投影光学系であり、レチクル212に描かれた回路パターンをウエハー214に縮小投影している。216はレチクル212とウエハー214を、不図示の駆動装置により、投影光学系213の倍率と同じ比率で正確に一定速度で移動させるための制御系である。215は光量検出器であり、ハーフミラー208により分割された一部の光束をモニターすることにより、間接的にウエハー214における露光量をモニターしている。制御系218は、ウエハー214における露光量を常に一定に保つように光量演算器217からの露光量値に応じて光源201の水銀ランプに入力する電力を制御している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の走査型露光装置は、前述のように水銀ランプ等の連続照射型の光源をおもに用いている。パターンの解像度は照明光の波長に比例するため、回路の高集積化が進む現在、より短波長な遠紫外領域の光を発する光源が求められている。水銀ランプの遠紫外領域の光の使用も考えられているが、露光装置に使用出来るほどの十分な出力が得られない。そこで、遠紫外領域の短い波長の光に対して十分な出力が得られるエキシマレーザが有用になってきている。
【0004】
パルス発振方式であるエキシマレーザを光源とした露光装置で走査露光を行う場合には、露光量を目標値にするために、レチクルとウエハーの走査速度レーザの発光周波数、1パルスあたりの照射エネルギーを決めることになる。以下、この露光量の目標値を目標積算露光量という。
【0005】
図23に示すように走査方向に矩形の強度分布を持つパルス光で露光をする場合レチクル(またはウエハー)上の、パルス光の照明領域の走査方向の幅が1パルスごとのレチクル(またはウエハー)の移動量の整数倍のときには、すべての露光領域に対して同数のパルス光が照射されるため、露光むらは生じない。
【0006】
一方、照明領域の非走査方向において照度の不均一性が存在する場合などでは、非走査方向のどの位置においても積算露光量が等しくなるようにするため、非走査方向の各位置における照明領域の走査方向の幅を変えている。しかし、このような場合には、パルス光の境界域の重なりにより、1パルス分の光量の露光むらが生じてしまう。この1パルス分の露光むらは、露光に用いるパルス数が多い(例えば数百パルス以上)場合にはさほど問題にならない。しかしながら、スループット向上のため露光に用いるパルス数を少なくしていくと、この1パルス分の露光むらが、問題となってくる。
【0007】
本発明は、エキシマレーザ等のパルス発振方式の光源を用いた走査露光装置の露光むらを小さくすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願第1発明は、
パルス光により原版を照明して原版のパターンの像で基板を露光する走査露光装置において、
前記パルス光による前記基板上の照明領域の走査方向における光強度分布を、前記走査方向に沿って台形形状である光強度分布を、当該台形の少なくとも1つの頂点の前後における光強度の変化率の変化が小さくなるように、変更した光強度分布とし、かつ当該変更を行った前記走査方向の幅が、前記パルス光の1パルス毎の前記基板の移動量以上である
ことを特徴とする走査露光装置である。
【0009】
本願第2発明は、前記台形は、等脚台形であることを特徴とする前記第1発明の走査露光装置である。
【0010】
本願第3発明は、前記変更を行った部分の光強度分布が2次曲線形状であることを特徴とする前記第1または第2発明の走査露光装置である。
【0011】
本願第4発明は、前記照明領域の形状を決めるマスキングブレードを有し、該マスキングブレードは、前記原版と共役な位置からずらして配置されることを特徴とする前記第1乃至第3発明のいずれかの走査露光装置である。
【0012】
本願第5発明は、前記照明領域の光強度分布を決めるフィルターを有することを特徴とする前記第1乃至第4発明のいずれかの走査露光装置である。
また、本願第6発明は、前記フィルターは、前記原版と共役な位置からずらして配置されることを特徴とする前記第5発明の走査露光装置である。
また、本願第7発明は、前記フィルターは、光の入射する位置によって透過率が異なることを特徴とする前記第5または第6発明の走査露光装置である。
また、本願第8発明は、前記フィルターは、光の入射する位置により0次回折光の光強度が異なる回折格子であることを特徴とする前記第5または第6発明の走査露光装置である。
また、本願第9発明は、前記0次回折光以外の回折光を遮光する遮光手段を有することを特徴とする前記第8発明の走査露光装置である。
また、本願第10発明は、前回のパルス光の光量に基づいて今回のパルス光の発光時刻を制御する制御手段を備えることを特徴とする前記第1乃至第9発明のいずれかの走査露光装置である。
また、本願第11発明は、前記パルス光は、エキシマレーザ光であることを特徴とする前記第1乃至第10発明のいずれかの走査露光装置である。
【0013】
本願第12発明は、前記第1〜第11発明のいずれかの走査露光装置を用いて原版のパターンの像で基板を露光する露光工程を有することを特徴とするデバイスの製造方法である。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態を示す概略図であり、IC、LSI等の半導体デバイス、液晶デバイス、CCD等の撮像デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に用いる走査型投影露光装置を示す。
【0015】
図1において、エキシマレーザ等のパルス光を放射するパルス光源1からの光束はビーム整形光学系2により所望の形状に整形され、ハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレーター3の光入射面に指向される。ハエノ目レンズは複数の微小なレンズの集まりからなるものであり、その光射出面近傍に複数の2次光源が形成される。4はコンデンサーレンズであり、コンデンサーレンズ4はオプティカルインテグレーター3の2次光源からの光束でマスキングブレード6をケーラー照明している。マスキングブレード6は結像レンズ7とミラー8によりレチクル9との共役な位置からずらして配置されており、マスキングブレード6の開口の形状を定めることによりレチクル9におけるパルス光の照明領域の形と寸法が規定される。レチクル9における照明領域は、レチクル9の走査方向が短手方向を設定した長方形のスリット形状を備える。10は投影光学系であり、レチクル9に描かれた回路パターンをウエハー11に縮小投影している。101はレチクル9とウエハー11を不図示の駆動装置により投影光学系10の投影倍率と同じ比率で正確に一定速度で移動させるための移動制御系である。12は光量検出器であり、ハーフミラー5により分割されたパルス光の一部の光束をモニターすることにより、間接的にウエハー11における各パルス光の露光量をモニターしている。制御系103は、光量演算器102からの露光量値に応じてパルス光源1を発光させるタイミングを制御している。
【0016】
図2は露光時にウエハー11がレチクル9を介しパターンの情報を得た照明光束104の光路と垂直な矢印で示す方向に移動してゆく状態を示したものである。ウエハー11が図2の矢印の方向に動くことによって、スリット上の光束104の照明領域105がウエハー11を走査/露光することになる。図3は図2のウエハー11を照明方向(真上)から見た図であり、ウエハー11上のある点aがウエハー11の移動と共に照明領域105を横切ってゆく(a→a1→a2)様子を示したものである。点aがa1の位置に来た時に点aの露光が開始され、点aがa2の位置に来た時に点aの露光が終了する。
【0017】
本発明の特徴を最もよく表すパルス光による照明領域の走査方向の光強度分布の概念図を図4に示す。図中、左側端部の第1の点P1から光強度の増加の仕方が変わる第2の点P2までの幅をWa、光強度の増加の仕方が変わる第3の点P3から光強度が最高である第4の点P4までの幅をWb、光強度が最高の第5の点P5から、光強度の減少の仕方が変わる第6の点P6までの幅をWc、光強度の減少の仕方が変わる第7の点P7から右側端部の第8の点P8までの幅をWdとしている。
【0018】
図4に示した他に、図5から図9に示したような光強度分布が考えられる。図5は、光強度の増加及び減少の仕方が変わる点(P2とP3、P6とP7)が同一の点である場合である。図6は、図5の場合に加えて光強度が最高である点(P4とP5)が同一の点の場合である。そして、図7は、直線的に光強度が変化する場合、図8は、照明領域の両端部において光強度が滑らかに変化する場合、図9は、元となる台形光強度分布に対して1角の光強度が滑らかに変化する場合である。これらの形態以外にも本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な形の光強度分布をとることができる。
【0019】
なお、本実施形態中で光強度の増加(または減少)の仕方が変わる点とは、例えば、その点の前後において光強度の変化を示した関数が異なる点、関数が同一の場合は変曲点などを言っている。
【0020】
図10に従来のパルス光の台形の光強度分布を示し、図11に本実施形態のパルス光の光強度分布を示す。図10のパルス光の光強度分布は、ウエハー11面上で上底が3mm、下底が5mmの等脚台形をしている。図11のパルス光の光強度分布は、図10のパルス光の台形状の光強度分布の角を2次曲線的に丸めたような形になっている。図11のパルス光の光強度分布において、図4におけるWaからWdはすべて等しく、Slで表されている。本実施形態においてSlはウエハー11面上で0.25mmとなるように設定されている。
【0021】
図12に図10の光強度分布のパルス光を用いたパルス数と露光むらの関係を、図13に図11の光強度分布のパルス光を用いたパルス数と露光むらの関係を示す。ここで言うパルス数とは、ウエハー11上の照明領域の幅Lを1パルス毎のウエハー11の移動量で割った値であり、露光領域のある点が照射されるパルス数の平均値を表わす。したがって、整数になるとは限らない。ただし、図11のような強度分布をもつパルス光のLの定義は同図に示したようになっている。
【0022】
図11に示した光強度分布のパルス光を用いた時、図10に示した光強度分布のパルス光を用いた時に比べて、全体的に露光むらが小さくなっているのが一目瞭然である。
【0023】
また、図13において、パルス数が20パルス近傍から20パルス以上の領域において、特に露光むらが小さくなっているのが分かる。パルス数が20パルスの時の、1パルス毎のウエハー11の移動量は0.25mmであり、本実施形態におけるSlと等しくなっている。すなわち、図13のパルス数が20パルス以上の領域とは、1パルス毎の移動量が0.25mm以下ということを表しており、Slが、1パルス毎の移動量とほぼ等しいか、それ以上だと露光むらが特に小さくなることが分かる。
【0024】
本実施形態においては、2組の直交する可変スリットからなるマスキングブレード6のうち走査方向の照明領域の幅を決定する方向の2枚の可変スリットの像をデフォーカス可能にして、Slの値を自由に設定できるようにしている。
【0025】
本実施形態においては、結像レンズ7を介してマスキングブレード6の開口の像をレチクル9のパターン面に投影しているが、結像レンズ7は必ずしも必要ではなく、例えば、レチクル9の直前にマスキングブレード6を配置してもよい。
【0026】
また、光強度分布を設定する他の方法として、マスキングブレード6の位置に図14に示したグラデーションフィルターを設ける方法、図15に示したグレーティングフィルターを設ける方法等がある。
【0027】
グラデーションフィルターとは、図14に示すように所定の透過率を有する膜を部分的に重ねて形成することにより、光の入射する位置によって透過率を異ならせしめ、所望の光強度分布の形状が得られるようにしたものである。一方、グレーティングフィルターとは振幅型の回折格子であるが、ここでは、図15に示すように0次光によって所望の光強度分布の形状が得られるようにしており、0次以外の回折光はフィルターの後方に設けた遮光部によって遮光される。なお、図14のグラデーションフィルター及び図15のグレーティングフィルターを用いた方法だと光強度分布が非連続的になるが、図14、図15中に示したようにΔGだけフィルターをレチクル6との共役位置からわずかに移動させることにより、滑らかな光強度分布にすることができる。このように複雑な光強度分布形状の場合、S1は近似したものを用いる。
【0028】
更に、ハエノ目レンズ射出面近傍の複数の2次光源の総括的な形状(例えば、円形、長円形、正方形、多角形、これらが複数集まったもの)を選択することによっても、光強度分布を所望の形状にすることができる。
【0029】
図16〜図19はウエハー11上のある点(ここでは点a)においてウエハー11の移動と共に積算露光量が増えてゆく状態を表している。ここでE0は目標積算露光量である。T1は点aが図3におけるa1の位置にきた時(照明領域に入った時=露光開始)、T2は点aがa2の位置にきた時(照明領域を出た時=露光終了)を表している。水銀ランプ等の連続発光光源を露光光源として使用した場合、図16に示すように露光開始から露光終了まで連続的に露光量が増えてゆくので、あらかじめ走査速度と単位時間当たりのエネルギー照射量及び照明領域の巾を決めておき、それらを一定に保って露光してゆけば露光むらも起きず正確な露光量制御ができる。また、本発明のようにパルス光を露光光として使用した場合でも、1パルス当たりの照射エネルギーが常に一定であれば、図17に示したように連続発光光源と同様に露光むらも起きず正確な露光量制御が可能である。しかしながら、エキシマレーザなどのパルス光源は発光周波数を一定にすることはできても、各パルス光のエネルギーを正確に一定にすることはできない。従って、1パルス毎の平均エネルギー照射量から算出した条件(エネルギー設定、照射スリット巾設定、レチクルとウエハーの走査速度設定、発光周波数設定)により露光を行っても、各パルス光のエネルギーのバラツキや偏りにより、図18に示すように正確な露光量制御が出来ない。これは走査型露光装置のように露光時間が実質的に一定の露光を行なう場合、ウエハー上の露光むらを引き起こすことになる。
【0030】
図19は本実施形態における露光量制御を示す説明図である。本実施形態においてはレチクル9およびウエハー11の走査速度を常に一定に保ちつつ走査露光を行っている間に順次供給される各パルス光による露光量を光量検出器12によりモニターしている。そして、制御系103によりあるパルス光による露光量が所望の露光量よりも大きかった場合には、次のパルス光を発光するタイミングを遅らせ、また、あるパルス光による露光量が所望の露光量よりも小さかった場合には次のパルス光を発光するタイミングを早める。これにより、パルス光毎の光量のバラツキが生じても、ウエハー11上における各点の露光むらを小さくすることができる。
【0031】
なお、発光周波数の初期設定は、パルス光源の最高周波数に対して、各パルス光のエネルギーのバラツキを考慮した値以下にすることが望ましい。例えば、パルスエネルギーのバラツキが±5%で最高周波数が500Hzのレーザーの場合、発光周波数の初期設定は500×100÷105≒476Hz以下に設定することが望ましい。
【0032】
次に図1の投影露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図20は半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネルやCCD)の製造フローを示す。ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ2(マスク製作)では設計した回路パターンを形成したマスク(レクチル9)を製作する。一方、ステップ3(ウエハー製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハー(ウエハー11)を製造する。ステップ4(ウエハープロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハーとを用いて、リソグラフィー技術によってウエハー上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成されたウエハーを用いてチップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0033】
図21は上記ウエハープロセスの詳細なフローを示す。ステップ11(酸化)ではウエハー(ウエハー11)の表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハーの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハー上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)ではウエハーにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハーにレジスト(感材)を塗布する。ステップ16(露光)では上記投影露光装置によってマスク(レクチル9)の回路パターンの像でウエハーを露光する。ステップ17(現像)では露光したウエハーを現像する。ステップ18(エッチング)では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行なうことによりウエハー上に回路パターンが形成される。
【0034】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することが可能になる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、露光むらを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した走査型露光装置を示す概略図である。
【図2】スリット状の照明光束が形成するウエハー上の照明領域を示す図である。
【図3】照明領域に対してウエハー上の点が移動してゆく状態を表す図である。
【図4】本発明のパルス光の光強度分布の概念図である。
【図5】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図6】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図7】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図8】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図9】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図10】台形のパルス光の光強度分布を示す図である。
【図11】本実施例のパルス光の光強度分布を示す図である。
【図12】図10に示した光強度分布を有するパルス光の露光むらとパルス数の関係を示す図である。
【図13】図11に示した光強度分布を有するパルス光の露光むらとパルス数の関係を示す図である。
【図14】グラデーションフィルターを用いて本発明の光強度分布を設定する方法を示す概略図である。
【図15】グラデーションフィルターを用いて本発明の光強度分布を設定する方法を示す概略図である。
【図16】連続発光光源を有する装置で露光量が積算されてゆく状態を示す図である。
【図17】照射エネルギーが一定のパルス光によって露光量が積算されてゆく状態を示す図である。
【図18】照射エネルギーにバラツキがあるパルス光によって露光量が積算されてゆく状態を示す図である。
【図19】本実施形態の露光量制御方法により露光量が積算されてゆく状態を示す図である。
【図20】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図21】図20の工程中のウエハープロセスの詳細を示すフローチャートである。
【図22】従来の走査型露光装置を示す概略構成図である。
【図23】矩形のパルス光の光強度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 パルス光源
2 ビーム整形光学系
3 オプティカルインテグレーター
4 コンデンサーレンズ
5 ハーフミラー
6 マスキングブレード
7 結像レンズ
9 レチクル
10 投影光学系
11 ウエハー
12 光量検出器
101 移動制御系
102 光量演算器
103 制御系
Claims (12)
- パルス光により原版を照明して原版のパターンの像で基板を露光する走査露光装置において、
前記パルス光による前記基板上の照明領域の走査方向における光強度分布を、前記走査方向に沿って台形形状である光強度分布を、当該台形の少なくとも1つの頂点の前後における光強度の変化率の変化が小さくなるように、変更した光強度分布とし、かつ当該変更を行った前記走査方向の幅が、前記パルス光の1パルス毎の前記基板の移動量以上である
ことを特徴とする走査露光装置。 - 前記台形は、等脚台形であることを特徴とする請求項1記載の走査露光装置。
- 前記変更を行った部分の光強度分布が2次曲線形状であることを特徴とする請求項1または2記載の走査露光装置。
- 前記照明領域の形状を決めるマスキングブレードを有し、該マスキングブレードは、前記原版と共役な位置からずらして配置されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の走査露光装置。
- 前記照明領域の光強度分布を決めるフィルターを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の走査露光装置。
- 前記フィルターは、前記原版と共役な位置からずらして配置されることを特徴とする請求項5記載の走査露光装置。
- 前記フィルターは、光の入射する位置によって透過率が異なることを特徴とする請求項5または6記載の走査露光装置。
- 前記フィルターは、光の入射する位置により0次回折光の光強度が異なる回折格子であることを特徴とする請求項5または6記載の走査露光装置。
- 前記0次回折光以外の回折光を遮光する遮光手段を有することを特徴とする請求項8記載の走査露光装置。
- 前回のパルス光の光量に基づいて今回のパルス光の発光時刻を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか記載の走査露光装置。
- 前記パルス光は、エキシマレーザ光であることを特徴とする請求項1乃至10記載の走査露光装置。
- 請求項1〜11のいずれか記載の走査露光装置を用いて原版のパターンの像で基板を露光する露光工程を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
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