JP3813634B2 - 走査スリット露出装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面に照射するために放射パルスを発する出射窓を有する放射源と、前記表面上に出射窓を結像する結像系と、前記出射窓の像及び表面を走査方向に互いに走査する走査手段とを具える走査スリット露出装置に関するものである。また、本発明は、このような走査スリット露出装置を具えるリソグラフ投影装置に関するものである。
光学的な走査リソグラフシステムにおいて、露出線量制御は、走査方向沿いの露出一様制御に間接的に関連する。エキシマレーザのようなパルス放射源は、パルス間の変動がない場合でも、露出中にいわゆるバンディングタイプ（banding type）の非一様性が容易に生じるおそれがある。例えば出射窓の形態の鋭く結像したスリット形状の瞬時の領域中断の際に、非一様性は、各レーザパルスに対するスリットエッジの位置で露出が不連続な形態となる。
1998年に刊行されたProceedings of the SPIE，Volume 922の437〜443頁D.H.Tracy及びF.Y.Wuによる論文‘Exposure Dose Control Techniques for Excimer laser’は、露出の不連続を減少させる冒頭で説明したような走査スリット露出装置を開示している。この既知の装置は、連続的な領域中断として通常のスリットの焦点をぼかした像を用いている。結果的に得られる焦点をぼかしたぼけにより、鋭く結像したスリットによく起こる高空間周波数を回避するとともに、バンディングに対する露出装置の感度を減少させる。既知の装置の欠点は、誘導される焦点のぼかしの量が出射窓の放射分布に依存することである。したがって、調整可能な放射分布を有する装置は、調整可能な焦点のぼかしを有する必要もある。
本発明の目的は、出射窓の放射分布上の誘導されるぼけの依存が少ない走査スリット露出装置を提供することである。
この目的は、冒頭の装置が前記放射パルスの経路に散乱素子を配置し、その散乱素子により出射窓像にぼけを生じさせるようにしたことを特徴とする走査スリット露出装置のときに達成される。散乱素子を用いることにより、ぼけが出射窓の放射分布に依存しにくくなる。これは、高開口数の投影レンズの領域の深さの増大に対して軸外又は可変コヒーレンスの照明を用いるときに特に好適である。
既知の装置の焦点のぼかしにより、走査方向だけでなくそれに直交する方向にも放射エネルギーが広がる。その直交方向の露出の非一様性は、一連の順次の放射パルスの影響を集約することによって除去されない。さらに、その方向の広がりは、バンディングタイプの非一様性に対して有用でない。既知の装置の放射エネルギーの結果的に得られる損失により、表面上に要求される放射線量を蓄積するのに必要な時間、したがってこの装置によって製造される集積化の製造時間が増大する。したがって、前記散乱素子により、前記出射窓像のぼけを前記走査方向のみに生じさせるようにする。走査方向の瞬時の領域中断のスメアの影響により、バンディングタイプの非一様性が減少する。散乱素子により走査方向に直交する方向にぼけが生じないので、露出すべき表面上のスリットの像はその方向では鋭いままである。
好適には、表面上のエネルギー分布の出射窓の放射の角度分布及び散乱素子の放射の入射角への依存を更に減少させるために、前記散乱素子を、前記結像系の瞳孔にほぼ配置する。これは、上記軸外れ又は可変コヒーレンス照明を用いるときに好適である。瞳孔を、結像系の入射瞳孔又は出射瞳孔とすることができる。
好適には、前記散乱素子は、ある入射角に沿って素子に入射する放射を出射角全体に亘って分布して、前記出射角全体に亘る放射のエネルギーがほぼガウス分布を有する。結像系は、出射窓像のコンボリューションによる出射角全体に亘る放射のガウス分布を、領域中断のエラー関数の形状の強度分布に変換し、これにより、バンドタイプの露出の非一様性を非常に有効に抑制する。
本発明による装置の好適な実施の形態において、前記散乱素子は、溝パターンを有する透明プレートを具える。溝パターンは、要求される放射の入射角を一方向のみに広げる一連の並列溝を具える。このような透明プレートを、例えば複製技術又は回折格子製造の分野から既知の他の技術によって比較的廉価に製造することができる。
本発明による露出装置を、パターンを有するマスクの表面に照射する放射パルスを発する出射窓を有する放射源と、前記表面上に出射窓を結像する第１結像系と、前記出射窓の像と前記マスクの表面とを走査方向に互いに走査する走査手段と、放射感知層を設けた基板と、前記放射感知層上にパターンを結像する投影レンズ系とを具えるリソグラフ走査投影装置に好適に用いることができる。本発明によるこのような投影装置は、前記出射窓とマスクとの間の放射パルスの経路に散乱素子を配置し、その散乱素子により出射窓像のぼけを生じさせるようにしたことを特徴とするものである。
本発明のこれら及び他の態様を、以下説明する実施の形態を参照して詳細に説明する。
図面中、
図１は、本発明によるリソグラフ走査投影装置の実施の形態を示す。
図２は、散乱素子の後方の放射の角度分布及び出射窓の像のエッジ強度を示す。
図３は、散乱素子の一例を示す。
図１は、例えば半導体装置、液晶装置又は磁気ヘッドのようなマイクロデバイスを製造するための本発明によるリソグラフ走査投影装置を線図的に示す。この装置は放射源１、例えばエキシマレーザを具え、放射源１は、出射窓２から放射パルスを発する。この出射窓を、例えば、出射窓全体に亘って一様な強度分布を形成する光インテグレータ、例えば水晶棒の出射面とすることができる。出射窓は、好適には細長形状を有する。三つのレンズ３’，３”及び３’’’を具える図示したような結像系３は、パターンを有するマスク又はレチクル５の表面４上に出射窓２を結像する。結像系３を望遠系とすることができる。走査手段６、例えば線形アクチュエータは、表面４上に設けられた全パターンが照射されるようにマスク５を走査する。マスク５を静止させるとともに出射窓２を走査することもできる。マスク上の出射窓の像の長手方向は、走査方向、すなわち走査手段６がパルス放射に対する露出中にマスク５を偏位する方向に直交する。１〜６を付した素子は、走査スリット露出装置を形成する。
図において単一要素で線形的に示した投影レンズ系７は、マスク５の照射部分を、基板９上に配置された放射感知層８上に結像する。基板を半導体ウェファとすることができる。投影レンズ系７は、好適には１／４の倍率を有する。基板９を、マスク５に同調して第２走査手段１０によって走査し、マスク５の表面４上に設けられたパターンの一連の隣接像を、基板上に形成する。あり得る走査シーケンスは、１９８６年５月に刊行された雑誌“Semiconductor International”の137〜142頁のD.A.Markleによる論文“Sub-micron 1:1 Optical Lithography”に記載されている。装置の光路を、露出装置のミラー１１を用いることによって折り曲げることができる。
本発明によれば、散乱素子１２を、出射窓２とマスク５との間の放射パルスの経路、好適には結像系３の入射又は出射瞳孔に配置する。散乱素子は、マスクの露出中のバンディングタイプの非一様性を減少させる。散乱素子１２により、走査方向のみに出射窓の像のぼけが生じる。マスク５の走査方向を図面平面にとると、散乱素子１２により、図面平面にもぼけが生じる。走査素子を、走査素子上のパターンが表面４上に結像されない瞳孔のうち一つに十分近接させる必要がある。散乱素子と瞳孔の位置との間の距離を、出射窓２と表面４との間の距離の２％未満として、表面４上の強度分布が散乱素子への放射の入射角にほとんど依存しないようにする。
図２は、散乱素子１２の直後の角度の関数として走査素子に入射された視準ビームによって生じる走査方向の放射の強度分布（曲線ａ）のグラフを示す。放射の正常状態の強度Ｉ_nを、グラフの垂直軸に沿ってプロットし、レンズ３”及び３’’’の焦点距離ｆと散乱面に対する入射角及び出射角間の差αとの積を横軸にプロットする。その分布は任意の規則的な形状を有することができるが、好適にはガウス形状を有する。ガウス角分布により、分散素子を用いないときの象の鋭いエッジに対して、表面４上の出射窓の像のエッジ強度はエラー関数の形状を有するようにする。放射感知層８上の出射窓像に対するエッジ強度を、図２の曲線ｂに示す。この曲線に対して、水平軸は、散乱素子がない場合の像のエッジの位置から測定された走査方向の位置ｘを表す。像のエラー関数形状のエッジにより、層８の露出のバンィングタイプの非一様性が良好に抑制される。適切に抑制するに当たり、強度分布のエッジの幅は、ぼけがない状態で走査方向の出射窓像の幅の１５％より大きくする必要がある。図２に図示した曲線ｂのエラー関数の幅は、０．００１〜０．９９９の関数値から取り出される。曲線ｂのエッジ強度を、８ｍｍの幅を有する出射窓の像に対して用いることができる。
散乱素子１２は、放射の波長より大きい周期及び数μｍの深さのエッチングされた又は切り欠いた溝を有する透明又は反射基板を具える。散乱素子１２の周期的な溝構造により、角度範囲に亘って分布すべき光は溝に垂直な平面のみに生じる。図３は、散乱素子１２の一例を示す。この素子は、シリンドリカルレンズ１６の形態の溝のアレイを設けた例えばガラス又は水晶から形成された透明基板１５を具える。レンズの周期Ｐを、好適には製造を容易にするために０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲とする。シリンドリカルレンズの断面の好適な形状を、レンズの半周期に対して高さｆを与える以下の式によって設ける。

ここで、ｘを溝方向に垂直な散乱素子の面の距離とし、Ａを、レンズの山谷高さの半分とし、Ｐを溝構造の周期とする。高さＡを１．３μｍとし、周期Ｐを０．２ｍｍとすることにより、約２度の半最大強度の幅を有する放射の角度分布となる。結果的に得られる角度全体に亘る強度の分布はほぼガウス分布となる。

Claims (5)

1. 表面に照射するために放射パルスを発する出射窓を有する放射源と、前記表面上に出射窓を結像する結像系と、前記出射窓の像及び表面を走査方向に互いに走査する走査手段とを具える走査スリット露出装置において、
   前記結像系が、更に、該結像系の瞳孔面内に実質的に配置された、像にぼけを生じさせるための散乱素子を含むことを特徴とする走査スリット露出装置。
2. 前記散乱素子は放射の入射ビームの角度強度分布の幅を増大するように構成され且つ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の走査スリット露出装置。
3. 前記散乱素子はある入射角に実質的に制限されている角度強度分布を、実質的にガウスの出射角度強度分布に変えるように構成され且つ配置されていることを特徴とする請求項２に記載の走査スリット露出装置。
4. 前記散乱素子は透明プレートを含み、該透明プレートは、この透明プレートの表面に亘って備えられた均質な形状の溝パターンを有することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の走査スリット露出装置。
5. パターンを有するマスクの表面に照射する放射パルスを発する出射窓を有する放射源と、前記表面上に出射窓を結像する結像系と、前記出射窓の像と前記マスクの表面とを走査方向に互いに走査する走査手段と、放射感知層を設けた基板と、前記放射感知層上にパターンを結像する投影レンズ系とを具えるリソグラフ走査投影装置において、
   前記結像系が、更に、該結像系の瞳孔面内に実質的に配置された、像にぼけを生じさせるための散乱素子を含むことを特徴とするリソグラフ走査投影装置。

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