JP3762102B2 - 走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使用される走査型投影露光装置において、レチクル等の第１物体面上のパターンをウエハ等の第２物体面上に投影光学系により均一な光量分布で投影する場合に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置（ミラープロジェクションアライナー）や、マスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）等が提案されている。
【０００３】
又、最近は半導体素子１個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影露光装置においてはマスク上のより大きな面積パターンを感光基板上に露光する大面積化が求められている。
【０００４】
これらの要部に対して最近では、高解像力が得られ、且つ画面サイズを拡大できるステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置（露光装置）が種々と提案されている。この走査型露光装置では、レチクル面上のパターンをスリット状光束により照明し、該スリット状光束により照明されたパターンを投影系（投影光学系）を介し、スキャン動作によりウエハ上に露光転写している。
【０００５】
この走査型投影露光装置としては、例えば従来の反射投影光学系を用いた等倍の走査型露光装置を改良し、投影光学系に屈折素子を組み込んで、反射素子と屈折素子とを組み合わせたもの、或いは屈折素子のみで構成した縮小投影光学系を用いて、マスクステージと感光基板のステージ（ウエハステージ）との両方を縮小倍率で応じた速度比で同期走査する走査型露光装置等が提案されている。
【０００６】
一般に高解像度のパターンを得るにはウエハ面上を均一な光量分布で走査露光する必要がある。
【０００７】
このような走査型投影露光装置では、ウエハ（被照射）面での露光量の均一性を調整する手段として、例えば特開昭６２−１９３１２５号公報では被走査方向の各座標に関して、照度が高い場合には走査方向の照射範囲の幅を狭くし、反対に照度が低い場所では照射範囲の幅を広げる様に調整することによって、各座標毎に走査方向に積分した光量を均一する方法を開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
走査型投影露光装置では、照明系内に光束の一部を分割して取り出し、分割された光束の光量を検出器で検出し、即ちモニターしてウエハ面上に最適な露光量が供給できるように設定した露光量制御手段によって制御を行っている。この場合、あらかじめウエハ面上の照度と露光量制御手段に入射する光量の関係を調べておいて、露光量制御手段に入射する光量から、ウエハ面上の照度を正確にモニターできるようにすることが重要となってくる。
【０００９】
しかしながら、走査型投影露光装置では、ウエハ面上の露光量は走査方向に積算した光量に依存するため、露光量の均一性を調整する為に非走査方向（走査方向と直交する方向）の位置毎に走査方向の幅調整を行った際に、露光量制御手段の光量の関係を取った位置での走査方向の幅が変化してしまう場合には、露光量制御手段によって正確な露光量制御が行えなくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、第１可動ステージに載置した第１物体としてのレチクル面上のパターンを投影光学系で第２可動ステージに載置した第２物体としてのウエハ面上に走査投影する際、ウエハ面上を均一な光量分布で走査露光することにより高精度な露光を可能とし、高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査型投影露光装置は、第１可動ステージに載置した第１物体面上のパターンを照明系により照明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により第２可動ステージに載置した第２物体面上に投影し、該第１，第２可動ステージを走査手段により該投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて第１の方向に走査する走査型投影露光装置において、
該第１物体面上の照明範囲は、第１の方向よりも第１の方向と直交する第２の方向に長いスリット状であり、
該照明範囲の第１の方向に関する幅を第２方向の各領域に対応して可変にする調整手段と、該第１物体面上を照明する光束の一部を取り出して、その光量をモニターすることで該第２物体面上の露光量を制御する露光量制御手段とを有し、
該調整手段は、第２の方向の複数の領域のうち１つの領域ａでの第１の方向の幅は固定として、それ以外の各領域における幅を可変にしており、該第２物体面上における該領域ａに対応する領域での光量を前記第２可動ステージ上に配置した照度計により測定し、該照度計の測定結果と該露光量制御手段によりモニターした光量との関係付けを行うことを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記照度計は、前記領域ａに対応する領域において第１の方向に積算した光量を測定することを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記露光量制御手段の受光部と前記照度計の受光部とは、光学的にほぼ共役的関係にあることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明のデバイスの製造方法は、請求項１〜３のいずれか１項記載の走査型投影露光装置を用いて該第１物体面上のレチクルのパターンで該第２物体面上のウエハを露光し、該露光したウエハを現像してデバイスを製造することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の走査型露光装置の実施形態１の構成概略図である。本実施形態は光源から射出された光束を照明光学系（照明系）を介してレチクル（マスク）に照射し、レチクル上に形成されている回路パターンを投影レンズ（投影光学系）によって第２物体としての感光体を塗布したウエハ上に走査しながら縮小投影して焼き付けるステップ＆スキャン型の露光装置を示しており、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイス，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好適なものである。
【００１６】
図中１は光源であり、エキシマレーザ等のパルスレーザで構成されており、パルス光を供給している。Ｍ１はミラーであり、光源１からの光束の光路を変えている。２はビーム整形光学系であり、光源１からの光束をインコヒーレント化し、かつ所定の形状に整形してミラーＭ２を介してオプティカルインテグレータ３の光入射面３ａへ入射させている。オプティカルインテグレータ３は複数の微小なレンズより成るハエの眼レンズ等で構成されており、その光射出面３ｂの近傍に複数の２次光源を形成する。４はコンデンサーレンズ（集光レンズ）であり、オプティカルインテグレータ３の光射出面３ｂ近傍の２次光源からの光束でハーフミラー５，スリット６を介してマスキングブレード７をケーラー照明している。
【００１７】
マスキングブレード７を照明した光束はミラーＭ３を介し、結像レンズ８でレチクル（マスク）Ｒを照明する。マスキングブレード７はレチクルＲ面上の照明領域を制限している。マスキングブレード７とレチクルＲ面とは共役関係となっている。スリット６はマスキングブレード７の面から所定の距離だけ光軸方向にシフトした位置に置かれ、形状は紙面内で光軸と垂直な方向について光束を遮光する２組の遮光板から構成されている。
【００１８】
マスキングブレード７は４枚の独立に稼働する遮光板から構成され、結像レンズ８によってレチクルＲ上に投影される。スリット６も結像レンズ８によるレチクルＲ上に投影されるが、結像レンズ８に関してレチクルＲと光学的共役な位置はマスキングブレード７面であるので、スリット６によるレチクルＲ面上の光強度分布は、図４に示すように台形状の分布となる。
【００１９】
１０は照度モニタ（ディテクター）であり、ハーフミラー５によって分割された露光光の一部の光量をレンズ９で集光して検出し、光量演算部１４へ信号を出力している。レンズ９と照度モニター１０は露光量制御手段の一要素を構成している。
【００２０】
レチクルＲはレチクルステージ（第１可動ステージ）Ｒａに保持されており、レチクル面上には回路パターンが形成されている。１１は投影レンズ（投影光学系）であり、レチクルＲの回路パターンをウエハＷ上に縮小投影する。ウエハ（感光基板）Ｗの表面には感光体であるレジストを塗布しており、３次元に変位するウエハステージ（第２可動ステージ）１２に載置している。
【００２１】
ウエハステージ１２は感光基板を保持し、矢印で示された走査方向（第１の方向）にレチクルＲと投影倍率に対応した速度比で同期を採りながら一定速度で移動し、走査露光を行っている。
【００２２】
ウエハステージ１２上には照度モニタ（照度計）１３を設置しており、これにより投影レンズ１１を介して感光面上の照度を計測している。
【００２３】
光量演算部１４は照度モニタ１０によって計測された光量及び照度計１３からの信号を用いて感光基板Ｗ上に正確な露光量を供給するために、次のパルスの発光タイミング及び目標光量を計算している。
【００２４】
１５は主制御部であり、光量演算部１４からの信号に基づいてウエハステージ１２と光源１からのパルス光を制御している。
【００２５】
１６はステージ１２上に置かれた絶対照度を測定する絶対照度計で、着脱可能な構成になっており、通常は取り外されているが、照度計１３と照度モニター１０の照度のキャリブレーションを行う場合に取り付けられる。１７は絶対照度計１６の表示部である。
【００２６】
図２は、本発明の走査型投影露光装置で用いている走査方向の照射範囲の（レチクルＲ面上での）幅を可変にするスリット調整手段（スリット）６を示した概略図である。スリット６は固定の遮光板６０と複数に分割されたそれぞれがＺ方向に駆動可能な複数の遮光板６１〜６９から構成されている。
【００２７】
この実施形態ではＸ方向に８つ遮光板６１，６２，６３，６４，６６，６７，６８，６９が不図示のボールネジ等によって押し引きしてそれぞれの遮光板６１〜６９（６５を除く）と遮光板６０の間隔が変化し、走査方向と直交する第２の方向の各領域６１ａ〜６９ａにおいて走査方向の露光範囲を制限している。このうち遮光板６５はスリット６の中心で光軸上に位置しており、遮光板６５は固定されていて、この領域ａのＺ方向の幅、即ち走査方向（第１の方向）の幅は一定値を維持するようにし、他の領域の幅が可変となるようにしている。
【００２８】
このように遮光板６０と遮光板（６１〜６９）との間の距離（幅）を制御して走査方向（Ｚ方向）と直交する第２の方向（Ｘ方向）の各領域における露光量（照射範囲）を制御している。
【００２９】
図３はスリット６によって制限された感光基板Ｗ上の照射範囲の形状を示している。光強度分布は前述したように、Ｙ方向に関しては図４に示したような台形形状をしている。Ｘ方向はマスキングブレード７のＸ方向の遮光板によって制限された領域になっている。図３では、Ｘ方向のマスキングブレード７は走査型投影露光装置の最大有効領域を保証する位置に置かれ、Ｙ方向のマスキングブレード７はスリット６の開口よりも大きく開けられている。
【００３０】
スリット６で露光量の均一化の調整を行う為には、図３に示した光強度分布を照度計１３によって、各Ｘ座標におけるＺ方向に積分した光量を測定する。測定して得られる結果の例を図５に示す。横軸は感光基板Ｗ面上のＸ座標、縦軸は測定結果を位置Ｘ５を１に規格化してプロットしている。この例から幅調整を行う場合、位置Ｘ５に対して積分光量の低い点（Ｘ１，Ｘ２）ではこの位置に対応するスリットの幅を拡げ（遮光板６０と遮光板６１，６２の距離を拡げる）、積分光量が高い点（Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９）では積分光量に応じてスリット幅を狭める。
【００３１】
積分光量の測定法として、図６に示すような受光面がＺ方向に照射範囲よりも大きい１次元のリニアセンサ１３ａを使用して、各位置毎の受光面に入射する全光量を測定する方法や、図７に示すような、受光部がピンホール状のセンサ１３ｂをＺ方向に移動させながら照度を測定し、計算で足し合わせた照度を積分光量としても良い。
【００３２】
図１の投影露光装置において、走査露光時の露光量とディテクタ（照度モニター）１０の目標値の関係付けを行うための、ディテクタ１０と照度計１３のキャリブレーションの方法について説明する。照度計としては図６に示したリニアセンサ１３ａを使用したときについて説明する。また、ここで説明する一連の工程では、レチクルＲは不図示の駆動手段によって光路上から退避される。
【００３３】
まず、絶対照度計１６をステージ１２に取り付け、絶対照度計１６を光軸上に移動させ、光源１を発光させてディテクタ１０からの出力と絶対照度計１６の表示部１７からの値から、ディテクタ１０の出力（出力電圧またはＡＤ変換された値）と感光基板Ｗ面上の照度との関係付けを行うことによって、ディテクタ１０の出力から感光基板Ｗ面上の照度の絶対値を予測している。ディテクタ１０は分割された光軸上で感光基板Ｗ面と光学的にほぼ共役な関係の位置に配置されることが望ましい。
【００３４】
次に、絶対照度計１６を取り外し、ステージ１２を駆動させて照度計１３を光軸上に移動する。光源１を発光させて照度計１３とディテクタ１０の出力を測定する。照度計１３がリニアセンサ１３ａの場合は、センサ内の各ビット感度を予め補正しておいてから、その基準としたビットからの出力とディテクタ１０の出力の関係付けを行うことで、照度計１３からの出力によって照度の絶対値がリニアセンサ１３ａの全てのビットで測定を可能としている。
【００３５】
図８にディテクタ１０の出力と走査露光時の、感光基板Ｗ面上に供給される露光量の関係付けを行う場合の照度計１３の動きを示す。図８に示すように、照度計１３はスリット６の走査方向の幅の固定した領域ａに対応する領域を走査される。
【００３６】
本実施形態では、幅が固定されている位置をスリットの長手方向の中心とし、照度計１３は投影光学系１１の光軸を通過するように駆動される。
【００３７】
主制御部１５からの指令によって、ステージ１２を基準の速度Ｖ０で走査すると同時に、光源１は一定エネルギーで発振周波数ｆ０で発光させる。ディテクタ１０ではパルス毎の照度を測定し、照度計１３ではリニアセンサ１３ａの各ビット毎の積算光量を測定する。
【００３８】
この結果から、ディテクタ１０の出力と感光基板Ｗ面上に供給される積算露光量は以下の関係式から求められる。
【００３９】
ディテクタ１０によって計算された全パルスの平均照度をＩ０（ｍＪ／ｃｍ2 ／Ｐｌｓ）、リニアセンサ１３ａの各ビットで平均した積算露光量をＥ０（ｍＪ／ｃｍ2 ）、感光基板Ｗ上の照射範囲の固定点での幅をｄとした時に、
Ｅ０＝Ｉ０×ｆ０×ｄ／Ｖ０ ‥‥‥（１）
という関係式が成り立つ。
【００４０】
したがって、実際の露光時の主制御部１５で計算される、ディテクタ１０で測定したパルス毎の感光基板Ｗ面上の１パルス毎の目標照度Ｉ（ｍＪ／ｃｍ2 ／Ｐｌｓ）と光源１の発振周波数ｆは、設定露光量をＥ（ｍＪ／ｃｍ2 ）、ステージ１２の走査速度をＶ（ｃｍ／ｓｅｃ）とした時（１）式から、
Ｉ×ｆ＝（Ｅ／Ｅ０）×（Ｖ／Ｖ０）×Ｉ０×ｆ０ ‥‥‥（２）
を満足するように目標照度Ｉ（ｍＪ／ｃｍ2 ／Ｐｌｓ）と発振周波数ｆを同時に設定する。
【００４１】
目標照度の設定は、光源の印加電圧を制御して光源１の発光光量を調整する方法や、光路内に不図示の減光フィルタ等を挿入して調整する方法がある。
【００４２】
本実施例では、光源１としてパルス光を発するエキシマレーザの例で説明を行なったが、これは光源が連続光を発する光源であっても、同様な方法で関係付けが行われる。光源が高圧水銀ランプの様な連続光の発光光源の場合のディテクタ１０と照度計１３の関係付けは、ディテクタ１０で測定する量が感光基板Ｗ面上の平均照度ＩＡ（ｍＷ／ｃｍ2 ）となり、（１）式から発振周波数ｆを含まない式となり、主制御部１５で計算される感光基板Ｗ面上の目標照度Ｉ（ｍＷ／ｃｍ2 ）は、
Ｉ＝（Ｅ／Ｅ０）×（Ｖ／Ｖ０）×ＩＡ ‥‥‥（３）
となり、これを満足する様に光源１の輝度調整と光路内の原稿フィルタの透過率調整の少なくとも一方を調整し、目標照度になるように設定する。
【００４３】
照度計１３として、図７の示したようなピンホールを有するセンサ１３ｂを使用する場合は、絶対照度計１６を介してディテクタ１０と照度計１３の照度をキャリブレーションする方法はリニアセンサ１３ａを使用する場合と同じであるが、感光基板Ｗ面の露光量とディテクタ１０で測定するパルス毎の照度の関係付けが異なってくる。センサ１３ｂの場合、１回の走査では１つの積算露光量しか測定できない。光源１を一定の条件で発光した場合、つまり露光量制御を行なわないので、積算露光量のばらつきが大きくなる。したがって、１回の積算露光量の精度が悪くなることが予測できるため、複数回走査を繰り返して、センサ１３ｂで測定した積算露光量の平均値を使用するようにしている。
【００４４】
次に上記説明した走査型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形態を説明する。
【００４５】
図９は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【００４６】
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を製作する。
【００４７】
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマスクとウエハを用いて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。
【００４８】
次のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体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。
【００４９】
ステップ６（検査）ではステップ５で作製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。
【００５０】
図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【００５１】
ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００５２】
ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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）ではエッチングがすんで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００５３】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、第１可動ステージに載置した第１物体としてのレチクル面上のパターンを投影光学系で第２可動ステージに載置した第２物体としてのウエハ面上に走査投影する際、被走査面上を均一な光量分布で走査露光することにより高精度な露光を可能とし、高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【００５５】
特に本発明の走査型露光装置においては、走査方向の幅を調整して露光量の均一化を達成する場合にも、幅調整によってウエハ面に供給される露光量の精度に影響を及ぼさない様にするために、照射範囲の走査方向の幅が調整によって変化しない固定した領域を設け、露光量制御手段でモニタする光量とウエハ面上の光量の関係付けを、この固定した領域に対応する位置における走査方向に積分した光量を用いて行うことによって、走査方向の幅調整を行った場合にも、露光量制御手段でモニターする光量とウエハ面上の光量の関係は維持され、常に正しい露光量の供給が可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示した概略図
【図２】本発明のスリットの構成を示した図
【図３】図２のスリットによる感光基板上の照射範囲
【図４】走査方向の光強度分布
【図５】照度計で測定した測定結果の例
【図６】照度計としてリニアセンサを使用した場合の受光面と照射範囲の関係を示した図
【図７】受光面がピンホールである場合の照射範囲との関係を示した図
【図８】ディテクタで測定する照度と照度計で測定する露光量の関係付けを行う際のセンサの移動を示した図
【図９】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１０】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１ 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
４ コンデンサーレンズ
５ ハーフミラー
６ スリット
７ マスキングブレード
８ 結像レンズ
９ レンズ
１０ 照度モニター
１１ 投影光学系
１２ ステージ
Ｒ レチクル
Ｒａ レチクルステージ
１３ 照度計
１４ 光量演算部
１５ 主制御部
１６ 照度計
１７ 表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使用される走査型投影露光装置において、レチクル等の第１物体面上のパターンをウエハ等の第２物体面上に投影光学系により均一な光量分布で投影する場合に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置（ミラープロジェクションアライナー）や、マスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）等が提案されている。
【０００３】
又、最近は半導体素子１個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影露光装置においてはマスク上のより大きな面積パターンを感光基板上に露光する大面積化が求められている。
【０００４】
これらの要部に対して最近では、高解像力が得られ、且つ画面サイズを拡大できるステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置（露光装置）が種々と提案されている。この走査型露光装置では、レチクル面上のパターンをスリット状光束により照明し、該スリット状光束により照明されたパターンを投影系（投影光学系）を介し、スキャン動作によりウエハ上に露光転写している。
【０００５】
この走査型投影露光装置としては、例えば従来の反射投影光学系を用いた等倍の走査型露光装置を改良し、投影光学系に屈折素子を組み込んで、反射素子と屈折素子とを組み合わせたもの、或いは屈折素子のみで構成した縮小投影光学系を用いて、マスクステージと感光基板のステージ（ウエハステージ）との両方を縮小倍率で応じた速度比で同期走査する走査型露光装置等が提案されている。
【０００６】
一般に高解像度のパターンを得るにはウエハ面上を均一な光量分布で走査露光する必要がある。
【０００７】
このような走査型投影露光装置では、ウエハ（被照射）面での露光量の均一性を調整する手段として、例えば特開昭６２−１９３１２５号公報では被走査方向の各座標に関して、照度が高い場合には走査方向の照射範囲の幅を狭くし、反対に照度が低い場所では照射範囲の幅を広げる様に調整することによって、各座標毎に走査方向に積分した光量を均一する方法を開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
走査型投影露光装置では、照明系内に光束の一部を分割して取り出し、分割された光束の光量を検出器で検出し、即ちモニターしてウエハ面上に最適な露光量が供給できるように設定した露光量制御手段によって制御を行っている。この場合、あらかじめウエハ面上の照度と露光量制御手段に入射する光量の関係を調べておいて、露光量制御手段に入射する光量から、ウエハ面上の照度を正確にモニターできるようにすることが重要となってくる。
【０００９】
しかしながら、走査型投影露光装置では、ウエハ面上の露光量は走査方向に積算した光量に依存するため、露光量の均一性を調整する為に非走査方向（走査方向と直交する方向）の位置毎に走査方向の幅調整を行った際に、露光量制御手段の光量の関係を取った位置での走査方向の幅が変化してしまう場合には、露光量制御手段によって正確な露光量制御が行えなくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、第１可動ステージに載置した第１物体としてのレチクル面上のパターンを投影光学系で第２可動ステージに載置した第２物体としてのウエハ面上に走査投影する際、ウエハ面上を均一な光量分布で走査露光することにより高精度な露光を可能とし、高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査型投影露光装置は、第１可動ステージに載置した第１物体面上のパターンを照明系により照明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により第２可動ステージに載置した第２物体面上に投影し、該第１，第２可動ステージを走査手段により該投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて第１の方向に走査する走査型投影露光装置において、
該第１物体面上の照明範囲は、第１の方向よりも第１の方向と直交する第２の方向に長いスリット状であり、
該照明範囲の第１の方向に関する幅を第２方向の各領域に対応して可変にする調整手段と、該第１物体面上を照明する光束の一部を取り出して、その光量をモニターすることで該第２物体面上の露光量を制御する露光量制御手段とを有し、
該調整手段は、第２の方向の複数の領域のうち１つの領域ａでの第１の方向の幅は固定として、それ以外の各領域における幅を可変にしており、該第２物体面上における該領域ａに対応する領域での光量を前記第２可動ステージ上に配置した照度計により測定し、該照度計の測定結果と該露光量制御手段によりモニターした光量との関係付けを行うことを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記照度計は、前記領域ａに対応する領域において第１の方向に積算した光量を測定することを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記露光量制御手段の受光部と前記照度計の受光部とは、光学的にほぼ共役的関係にあることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明のデバイスの製造方法は、請求項１〜３のいずれか１項記載の走査型投影露光装置を用いて該第１物体面上のレチクルのパターンで該第２物体面上のウエハを露光し、該露光したウエハを現像してデバイスを製造することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の走査型露光装置の実施形態１の構成概略図である。本実施形態は光源から射出された光束を照明光学系（照明系）を介してレチクル（マスク）に照射し、レチクル上に形成されている回路パターンを投影レンズ（投影光学系）によって第２物体としての感光体を塗布したウエハ上に走査しながら縮小投影して焼き付けるステップ＆スキャン型の露光装置を示しており、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイス，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好適なものである。
【００１６】
図中１は光源であり、エキシマレーザ等のパルスレーザで構成されており、パルス光を供給している。Ｍ１はミラーであり、光源１からの光束の光路を変えている。２はビーム整形光学系であり、光源１からの光束をインコヒーレント化し、かつ所定の形状に整形してミラーＭ２を介してオプティカルインテグレータ３の光入射面３ａへ入射させている。オプティカルインテグレータ３は複数の微小なレンズより成るハエの眼レンズ等で構成されており、その光射出面３ｂの近傍に複数の２次光源を形成する。４はコンデンサーレンズ（集光レンズ）であり、オプティカルインテグレータ３の光射出面３ｂ近傍の２次光源からの光束でハーフミラー５，スリット６を介してマスキングブレード７をケーラー照明している。
【００１７】
マスキングブレード７を照明した光束はミラーＭ３を介し、結像レンズ８でレチクル（マスク）Ｒを照明する。マスキングブレード７はレチクルＲ面上の照明領域を制限している。マスキングブレード７とレチクルＲ面とは共役関係となっている。スリット６はマスキングブレード７の面から所定の距離だけ光軸方向にシフトした位置に置かれ、形状は紙面内で光軸と垂直な方向について光束を遮光する２組の遮光板から構成されている。
【００１８】
マスキングブレード７は４枚の独立に稼働する遮光板から構成され、結像レンズ８によってレチクルＲ上に投影される。スリット６も結像レンズ８によるレチクルＲ上に投影されるが、結像レンズ８に関してレチクルＲと光学的共役な位置はマスキングブレード７面であるので、スリット６によるレチクルＲ面上の光強度分布は、図４に示すように台形状の分布となる。
【００１９】
１０は照度モニタ（ディテクター）であり、ハーフミラー５によって分割された露光光の一部の光量をレンズ９で集光して検出し、光量演算部１４へ信号を出力している。レンズ９と照度モニター１０は露光量制御手段の一要素を構成している。
【００２０】
レチクルＲはレチクルステージ（第１可動ステージ）Ｒａに保持されており、レチクル面上には回路パターンが形成されている。１１は投影レンズ（投影光学系）であり、レチクルＲの回路パターンをウエハＷ上に縮小投影する。ウエハ（感光基板）Ｗの表面には感光体であるレジストを塗布しており、３次元に変位するウエハステージ（第２可動ステージ）１２に載置している。
【００２１】
ウエハステージ１２は感光基板を保持し、矢印で示された走査方向（第１の方向）にレチクルＲと投影倍率に対応した速度比で同期を採りながら一定速度で移動し、走査露光を行っている。
【００２２】
ウエハステージ１２上には照度モニタ（照度計）１３を設置しており、これにより投影レンズ１１を介して感光面上の照度を計測している。
【００２３】
光量演算部１４は照度モニタ１０によって計測された光量及び照度計１３からの信号を用いて感光基板Ｗ上に正確な露光量を供給するために、次のパルスの発光タイミング及び目標光量を計算している。
【００２４】
１５は主制御部であり、光量演算部１４からの信号に基づいてウエハステージ１２と光源１からのパルス光を制御している。
【００２５】
１６はステージ１２上に置かれた絶対照度を測定する絶対照度計で、着脱可能な構成になっており、通常は取り外されているが、照度計１３と照度モニター１０の照度のキャリブレーションを行う場合に取り付けられる。１７は絶対照度計１６の表示部である。
【００２６】
図２は、本発明の走査型投影露光装置で用いている走査方向の照射範囲の（レチクルＲ面上での）幅を可変にするスリット調整手段（スリット）６を示した概略図である。スリット６は固定の遮光板６０と複数に分割されたそれぞれがＺ方向に駆動可能な複数の遮光板６１〜６９から構成されている。
【００２７】
この実施形態ではＸ方向に８つ遮光板６１，６２，６３，６４，６６，６７，６８，６９が不図示のボールネジ等によって押し引きしてそれぞれの遮光板６１〜６９（６５を除く）と遮光板６０の間隔が変化し、走査方向と直交する第２の方向の各領域６１ａ〜６９ａにおいて走査方向の露光範囲を制限している。このうち遮光板６５はスリット６の中心で光軸上に位置しており、遮光板６５は固定されていて、この領域ａのＺ方向の幅、即ち走査方向（第１の方向）の幅は一定値を維持するようにし、他の領域の幅が可変となるようにしている。
【００２８】
このように遮光板６０と遮光板（６１〜６９）との間の距離（幅）を制御して走査方向（Ｚ方向）と直交する第２の方向（Ｘ方向）の各領域における露光量（照射範囲）を制御している。
【００２９】
図３はスリット６によって制限された感光基板Ｗ上の照射範囲の形状を示している。光強度分布は前述したように、Ｙ方向に関しては図４に示したような台形形状をしている。Ｘ方向はマスキングブレード７のＸ方向の遮光板によって制限された領域になっている。図３では、Ｘ方向のマスキングブレード７は走査型投影露光装置の最大有効領域を保証する位置に置かれ、Ｙ方向のマスキングブレード７はスリット６の開口よりも大きく開けられている。
【００３０】
スリット６で露光量の均一化の調整を行う為には、図３に示した光強度分布を照度計１３によって、各Ｘ座標におけるＺ方向に積分した光量を測定する。測定して得られる結果の例を図５に示す。横軸は感光基板Ｗ面上のＸ座標、縦軸は測定結果を位置Ｘ５を１に規格化してプロットしている。この例から幅調整を行う場合、位置Ｘ５に対して積分光量の低い点（Ｘ１，Ｘ２）ではこの位置に対応するスリットの幅を拡げ（遮光板６０と遮光板６１，６２の距離を拡げる）、積分光量が高い点（Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９）では積分光量に応じてスリット幅を狭める。
【００３１】
積分光量の測定法として、図６に示すような受光面がＺ方向に照射範囲よりも大きい１次元のリニアセンサ１３ａを使用して、各位置毎の受光面に入射する全光量を測定する方法や、図７に示すような、受光部がピンホール状のセンサ１３ｂをＺ方向に移動させながら照度を測定し、計算で足し合わせた照度を積分光量としても良い。
【００３２】
図１の投影露光装置において、走査露光時の露光量とディテクタ（照度モニター）１０の目標値の関係付けを行うための、ディテクタ１０と照度計１３のキャリブレーションの方法について説明する。照度計としては図６に示したリニアセンサ１３ａを使用したときについて説明する。また、ここで説明する一連の工程では、レチクルＲは不図示の駆動手段によって光路上から退避される。
【００３３】
まず、絶対照度計１６をステージ１２に取り付け、絶対照度計１６を光軸上に移動させ、光源１を発光させてディテクタ１０からの出力と絶対照度計１６の表示部１７からの値から、ディテクタ１０の出力（出力電圧またはＡＤ変換された値）と感光基板Ｗ面上の照度との関係付けを行うことによって、ディテクタ１０の出力から感光基板Ｗ面上の照度の絶対値を予測している。ディテクタ１０は分割された光軸上で感光基板Ｗ面と光学的にほぼ共役な関係の位置に配置されることが望ましい。
【００３４】
次に、絶対照度計１６を取り外し、ステージ１２を駆動させて照度計１３を光軸上に移動する。光源１を発光させて照度計１３とディテクタ１０の出力を測定する。照度計１３がリニアセンサ１３ａの場合は、センサ内の各ビット感度を予め補正しておいてから、その基準としたビットからの出力とディテクタ１０の出力の関係付けを行うことで、照度計１３からの出力によって照度の絶対値がリニアセンサ１３ａの全てのビットで測定を可能としている。
【００３５】
図８にディテクタ１０の出力と走査露光時の、感光基板Ｗ面上に供給される露光量の関係付けを行う場合の照度計１３の動きを示す。図８に示すように、照度計１３はスリット６の走査方向の幅の固定した領域ａに対応する領域を走査される。
【００３６】
本実施形態では、幅が固定されている位置をスリットの長手方向の中心とし、照度計１３は投影光学系１１の光軸を通過するように駆動される。
【００３７】
主制御部１５からの指令によって、ステージ１２を基準の速度Ｖ０で走査すると同時に、光源１は一定エネルギーで発振周波数ｆ０で発光させる。ディテクタ１０ではパルス毎の照度を測定し、照度計１３ではリニアセンサ１３ａの各ビット毎の積算光量を測定する。
【００３８】
この結果から、ディテクタ１０の出力と感光基板Ｗ面上に供給される積算露光量は以下の関係式から求められる。
【００３９】
ディテクタ１０によって計算された全パルスの平均照度をＩ０（ｍＪ／ｃｍ2 ／Ｐｌｓ）、リニアセンサ１３ａの各ビットで平均した積算露光量をＥ０（ｍＪ／ｃｍ2 ）、感光基板Ｗ上の照射範囲の固定点での幅をｄとした時に、
Ｅ０＝Ｉ０×ｆ０×ｄ／Ｖ０ ‥‥‥（１）
という関係式が成り立つ。
【００４０】
したがって、実際の露光時の主制御部１５で計算される、ディテクタ１０で測定したパルス毎の感光基板Ｗ面上の１パルス毎の目標照度Ｉ（ｍＪ／ｃｍ2 ／Ｐｌｓ）と光源１の発振周波数ｆは、設定露光量をＥ（ｍＪ／ｃｍ2 ）、ステージ１２の走査速度をＶ（ｃｍ／ｓｅｃ）とした時（１）式から、
Ｉ×ｆ＝（Ｅ／Ｅ０）×（Ｖ／Ｖ０）×Ｉ０×ｆ０ ‥‥‥（２）
を満足するように目標照度Ｉ（ｍＪ／ｃｍ2 ／Ｐｌｓ）と発振周波数ｆを同時に設定する。
【００４１】
目標照度の設定は、光源の印加電圧を制御して光源１の発光光量を調整する方法や、光路内に不図示の減光フィルタ等を挿入して調整する方法がある。
【００４２】
本実施例では、光源１としてパルス光を発するエキシマレーザの例で説明を行なったが、これは光源が連続光を発する光源であっても、同様な方法で関係付けが行われる。光源が高圧水銀ランプの様な連続光の発光光源の場合のディテクタ１０と照度計１３の関係付けは、ディテクタ１０で測定する量が感光基板Ｗ面上の平均照度ＩＡ（ｍＷ／ｃｍ2 ）となり、（１）式から発振周波数ｆを含まない式となり、主制御部１５で計算される感光基板Ｗ面上の目標照度Ｉ（ｍＷ／ｃｍ2 ）は、
Ｉ＝（Ｅ／Ｅ０）×（Ｖ／Ｖ０）×ＩＡ ‥‥‥（３）
となり、これを満足する様に光源１の輝度調整と光路内の原稿フィルタの透過率調整の少なくとも一方を調整し、目標照度になるように設定する。
【００４３】
照度計１３として、図７の示したようなピンホールを有するセンサ１３ｂを使用する場合は、絶対照度計１６を介してディテクタ１０と照度計１３の照度をキャリブレーションする方法はリニアセンサ１３ａを使用する場合と同じであるが、感光基板Ｗ面の露光量とディテクタ１０で測定するパルス毎の照度の関係付けが異なってくる。センサ１３ｂの場合、１回の走査では１つの積算露光量しか測定できない。光源１を一定の条件で発光した場合、つまり露光量制御を行なわないので、積算露光量のばらつきが大きくなる。したがって、１回の積算露光量の精度が悪くなることが予測できるため、複数回走査を繰り返して、センサ１３ｂで測定した積算露光量の平均値を使用するようにしている。
【００４４】
次に上記説明した走査型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形態を説明する。
【００４５】
図９は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【００４６】
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を製作する。
【００４７】
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマスクとウエハを用いて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。
【００４８】
次のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体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。
【００４９】
ステップ６（検査）ではステップ５で作製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。
【００５０】
図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【００５１】
ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００５２】
ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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）ではエッチングがすんで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００５３】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、第１可動ステージに載置した第１物体としてのレチクル面上のパターンを投影光学系で第２可動ステージに載置した第２物体としてのウエハ面上に走査投影する際、被走査面上を均一な光量分布で走査露光することにより高精度な露光を可能とし、高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【００５５】
特に本発明の走査型露光装置においては、走査方向の幅を調整して露光量の均一化を達成する場合にも、幅調整によってウエハ面に供給される露光量の精度に影響を及ぼさない様にするために、照射範囲の走査方向の幅が調整によって変化しない固定した領域を設け、露光量制御手段でモニタする光量とウエハ面上の光量の関係付けを、この固定した領域に対応する位置における走査方向に積分した光量を用いて行うことによって、走査方向の幅調整を行った場合にも、露光量制御手段でモニターする光量とウエハ面上の光量の関係は維持され、常に正しい露光量の供給が可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示した概略図
【図２】本発明のスリットの構成を示した図
【図３】図２のスリットによる感光基板上の照射範囲
【図４】走査方向の光強度分布
【図５】照度計で測定した測定結果の例
【図６】照度計としてリニアセンサを使用した場合の受光面と照射範囲の関係を示した図
【図７】受光面がピンホールである場合の照射範囲との関係を示した図
【図８】ディテクタで測定する照度と照度計で測定する露光量の関係付けを行う際のセンサの移動を示した図
【図９】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１０】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１ 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
４ コンデンサーレンズ
５ ハーフミラー
６ スリット
７ マスキングブレード
８ 結像レンズ
９ レンズ
１０ 照度モニター
１１ 投影光学系
１２ ステージ
Ｒ レチクル
Ｒａ レチクルステージ
１３ 照度計
１４ 光量演算部
１５ 主制御部
１６ 照度計
１７ 表示部
Claims (4)
- 第１可動ステージに載置した第１物体面上のパターンを照明系により照明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により第２可動ステージに載置した第２物体面上に投影し、該第１，第２可動ステージを走査手段により該投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて第１の方向に走査する走査型投影露光装置において、
該第１物体面上の照明範囲は、第１の方向よりも第１の方向と直交する第２の方向に長いスリット状であり、
該照明範囲の第１の方向に関する幅を第２方向の各領域に対応して可変にする調整手段と、該第１物体面上を照明する光束の一部を取り出して、その光量をモニターすることで該第２物体面上の露光量を制御する露光量制御手段とを有し、
該調整手段は、第２の方向の複数の領域のうち１つの領域ａでの第１の方向の幅は固定として、それ以外の各領域における幅を可変にしており、該第２物体面上における該領域ａに対応する領域での光量を前記第２可動ステージ上に配置した照度計により測定し、該照度計の測定結果と該露光量制御手段によりモニターした光量との関係付けを行うことを特徴とする走査型投影露光装置。 - 前記照度計は、前記領域ａに対応する領域において第１の方向に積算した光量を測定することを特徴とする請求項１記載の走査型投影露光装置。
- 前記露光量制御手段の受光部と前記照度計の受光部とは、光学的にほぼ共役的関係にあることを特徴とする請求項１又は２記載の走査型投影露光装置。
- 請求項１〜３のいずれか１項記載の走査型投影露光装置を用いて該第１物体面上のレチクルのパターンで該第２物体面上のウエハを露光し、該露光したウエハを現像してデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
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| JP17215998A JP3762102B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
| US09/317,836 US6657725B1 (en) | 1998-06-04 | 1999-05-25 | Scanning type projection exposure apparatus and device production method using the same |
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| JP17215998A JP3762102B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
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|---|---|
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