JP3813635B2 - リソグラフィ走査露光投影装置 - Google Patents
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Description
光走査リソグラフィ装置において、エキシマレーザのようなパルス型の放射源によりスリット形状の露光視野内の放射感知層が露光されている。露光視野に対して感知層を走査方向に移動させることにより、この放射感知層は、重り合う露光視野の一連の順次のパルスにより照射される。層の一点に入射する照射パルス数は、露光視野の重り合う程度に依存する。例えば、20個のパルス後露光視野が走査方向にその幅に等しい距離だけ移動すると、層上の点は20回の照射を受けることになる。一方、層が配置されているテーブルのアクチュエータの公差及び放射パルスのタイミングの不正確さにより、層と露光視野との間の相対速度が、2個のパルス間における20番目の幅の移動に対して必要な速度に正確に等しくならなくなってしまう。つまり、隣接する瞬時露光視野の正確な整列性に偏移が生じてしまう。層のある点は、その点の位置及びオーバラップの程度に応じて19番目、20番目又は21番目の放射パルスに受光することになる。このいわゆるバンド形(Danding type)の不均一性は、順次の露光視野が適切に並置しない位置の放射感知層上にバンド形状の不均一な露光量の区域として現われる。例えば放射源の出射窓の形態の絞りのような鮮明に結像されたスリット形状の瞬時視野絞りの場合、この不均一性は各照射パルスのスリット縁部の位置における露光の不連続な形態となる。露光におけるバンド形の不均一性はパルス対パルスの変動のない場合に存在する。従って、層に対する露光量の制御は、走査方向の露光の不均一性の制御と密接に関係する。
Proceeding of the SPIE、Volume922(1988)第437〜443頁に記載されている文献「Exposure Dose Control Techniques for Excimer laser Lithography」D. H. Tracy and F. Y. Wu著には、リソグラフィ走査露光投影装置が記載されている。この投影装置は、放射パルスの十分に高い繰り返しレートを用いることにより露光の不連続性を軽減しており、放射感知層の照射位置当りのパルス数は100回程度にしている。この位置当りのパルス数は、放射から発生する繰り返しレートが制限されているため、基板の走査速度が比較的遅くなる欠点がある。走査速度が遅いことにより、この装置による基板のスループットが低下し、基板当りのコストが増大してしまう。
本発明の目的は、装置のスループットを高く維持しながらバンド形の不均一性を軽減することにある。
この目的は、出射窓を有し、この出射窓に予め定めた繰り返し速度でほぼ等しいエネルギーの放射パルスを供給して放射感知層を有する基板を予め定めた露光量で照射する放射源と、前記出射窓を放射感知層上に結像する結像光学系と、前記出射窓の像と基板とを互いに走査方向の走査速度で走査する走査手段と、前記放射源及び走査手段と関連し、前記露光量及び繰り返し速度に応じて前記放射パルスのエネルギー及び走査速度を制御するコントローラとを具える走査露光装置により達成される。
この装置の最大スループットは放射源の繰り返しレート及び放射パルス当りの最大エネルギーにより決定される。一旦、エキシマレーザのような放射源が最大出力パワーに調整されると、繰り返しレートは同一の出力パワーを維持しながら意のままに変化することができない。この理由は、このレーザのレーザ条件がこのパラメータについて相対的に臨界状態にあるからである。しばしば繰り返しレートは水晶により制御される。従って、本発明による装置はパルスエネルギー及び走査速度を適切に制御し、放射感知層に対する必要な露光量はできるだけ短時間に予め定めた最大値以下に維持される不均一な露光量に設定される。各放射パルスのエネルギーは、露光の不均一性を回避するため特定の基板の走査露光中にほぼ等しくする。異なる基板については、基板上の放射感知層の特性に応じてエネルギーを相異させることができる。
放射感知層を露光するパルス数を制御する好適実施例においては、パルスのエネルギー及び走査速度は従属する請求項に規定される。
以下に後述する実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
図1は本発明によるリソグラフィ走査投影装置の実施例を示す。
図2は基板上の強度分布を示す。
図1は本発明によるリソグラフィ走査投影装置を線図的に示す。この装置は、放出パルスを出射窓2に放出する例えばエキシマレーザのような放射源1を具える。出射窓は、例えば欧州特許出願ダイオード0658810号に図示されている水晶ロッドのような光積分器の出射面とすることができる。この積分器は出射窓全体に一様な強度分布を与える。出射窓は、好ましくは伸長形状とする。3個のレンズ3’、3’’及び3’’’を含むように図示した結像光学系3は出射窓2をパターンを有するマスクすなわちレチクル5の表面4に結像する。例えば線型アクチュエータのような第1の走査手段6は、表面4に形成されているパターン全体が照明されるようにマスク5を出射窓に対して走査する。或いは、マスク5を静止させて出射窓2を走査することができる。マスク上の出射窓の像の長手方向は走査方向、すなわち放射パルスで露光される期間中に走査手段6がマスク5を変位させる方向と直交する。符号1〜6の素子は走査スリット露光装置を構成する。
図面上単一の素子として線図的に表示した投影レンズ系7はマスク4の照明された部分を基板9上に形成した放射感知層8上に結像する。基板は半導体ウエハとすることができる。投影レンズ系7は、好ましくは1/4の倍率を有する。基板9は投影レンズ系7の倍率を考慮してマスク5の走査と同期して第2の走査手段10により走査され、基板の移動はマスクの移動と同一方向又は反対方向とする。マスクと基板の結合された走査は、走査方向に変位した一連の像が基板上に形成されるように行い、この像はマスク5の表面4に形成されたパターンのスリット状部分となる。用いることができる走査シーケンスは、1986年5月に発行された雑誌「Semiconductor Internationalの第137〜142頁に記載されている文献「Submicron 1:1 Optical Lithography」 D.A.Marcle著に記載されている。この装置の光路は露光装置のミラー11により曲げることができる。
コントローラ13は、放射源1、第1の走査手段6及び第2の走査手段10を制御する。コントローラはマイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ、アナログ信号プロセッサ、ディジタル論理回路又はニューラルネットワークで構成することができる。このコントローラは、第1の入力パラメータとして放射感知層8に照射すべき必要な露光量Dを有する。この露光量は層の材料の特性及び照射に用いられる波長に依存する。第2の入力パラメータは放射パルスの繰り返し速度fであり、その値は一般的にエキシマレーザのような放射源について固定されている。第3の入力パラメータは放射感知層8上に入射する放射パルス当たりの最大エネルギーE(max)であり、これは持続動作モ−ドの放射源から供給される。E(max)の値は用いられる特定の放射源及び放射源と層との間の光学系の透過率により決定される。コントローラは出力信号としてエネルギーを制御する信号及び走査速度を制御する信号を有する。
エネルギー及び走査速度の決定に際し、コントローラは、この層の最適露光量D、用いることができるエネルギーE(max)及び層上の露光視野のおおきさに依存する特定の層8の点の露光に必要なパルス数を必要とする。従って、コントローラ13は、以下の式に基づき露光されるべき放射感知層8上の点の放射パルス数を決定する。
N1=D・W・H/E(max)
ここで、Wは露光視野、すなわち層8上の出射窓2の像の走査方向における幅であり、Hはこの視野の走査方向と直交する方向の高さである。
必要なパルス数が整数の場合、バンド形(banding type)の不均一性は最小なる。残りの不均一性は、隣接する瞬時露光視野の上述した不正確な重り合いに少なくとも部分的に起因する。後述するように、多くの露光装置は不正確な重り合いの効果を除去するための手段を講じている。最終的な重り合いの公差は、層8の点の露光に必要なパルス数に対する公差に対して影響する。つまり、パルス数は、好ましくはN−dN(max)からN+dN(max)の範囲とし、ここでNは整数であり、dN(max)はパルス数の公差である。公差の値は特に出射窓2の形状に依存し、これについて、後述する。
必要な露光量から取り出された値N1は一般に整数ではない。本発明では、露光中に実際に用いられるパルス数は以下のようにして取り出す。
第1のケースにおいて、値N1と最も近い整数N2との間の差が公差dN(max)以下の場合、パルス数N3はN2dN(max)からN2+dN(max)までの範囲内に選択する。この差は絶対値として理解される。この場合、不均一性は受入れられることになる。値N3が好ましくN2にできるだけ接近している。この第1のケースにおいて、コントローラ13は、放射パルスが最大エネルギーE(max)に等しいエネルギーEを有するように放射源を制御する。基板の走査速度vは以下のように設定する。
v=W・f/N3
マスクの速度は対応するように適合される。
第2のケースにおいて、N1の値は整数からdN(max)以上に偏移する。この場合層8上の点を照射する放射パルス数N3はN1以上の最も近い整数N2’に接近するようにとる。必要とされる量の均一性を達成するため、パルス数N3は、好ましくはN2′−dN(max)からN2′+dN(max)の範囲内に存在する。N3の値は、好ましくはN2′にできるだけ接近させて最小量の不均一性を得る。
第2のケースにおいて必要な露光量を照射するため、コントローラ13は、それぞれ以下の値に等しいエネルギーEを有する放射パルスを発生するように放射源を制御する。
E=E(max)・N1/N3
このエネルギー減衰は、例えば放射源1のエキシマレーザの励起電圧を制御することにより又はレーザと出射窓2との間の放射源内に配置した減衰器を制御することにより行なうことができる。この減衰器の取り得る実施例は、6個の異なるエネルギー量制御手段を示す米国特許第5119390号に記載されている。基板の走査速度vは以下のように制御する。
v=W・f/N3
露光視野が層8上の点を通過する時間内でこの点により受光される放射パルス数は整数に等しくなる。
正しいパルスを選択した後の層8上に残りのバンド形の不均一性は、特に隣接する瞬時露光視野の不正確な重り合いに起因する。これらの不均一性は、例えば光路中に散乱素子を挿入することにより又は出射窓2をデフォーカスにすることにより軽減することができる。
散乱素子12は、出射窓2とマスク5との間の放射パルスの光路中に、好ましくは結像光学系3の瞳に配置する。
この散乱素子は、層8上の隣接する瞬時露光視野の重り合いの公差を軽減する。散乱素子12は、出射窓の像を、好ましくは走査方向においてだけボケさせる。マスク5の走査方向を紙面内に設定した場合、散乱素子12は紙面内においてボケを発生させる。散乱素子を用いる代りに、表面4上の出射窓の像をわずかにデフォーカスにすることによりボケを発生させることができる。
第1のケースと第2のケースとの間においてコントローラ13により行なわれるる選択は、公差dN(max)の値に依存する。出射率の形状並びに結像光学系及び投影レンズ7の結像性能が既知の場合、層8の点の放射パルスの数の関数としての露光量の不均一性dDは計算することができる。この結果に基いて、パルス数の公差と最終的な露光量の不均一性dDとの間の関係を得ることができる。不均一性dDは、この装置を用いて行なわれる製造プロセスに必要な予め定めた最大値dD(max)以下に維持する必要がある。パルス数に対する公差の対応する値はdN(max)となる。
走査方向における露光視野の強度分布は、例えば出射窓2をデフォーカスにすることにより得られるようなほぼ台形となる。公差dN(max)と必要な最大の不均一性との間の関係は、
dN(max)=dD(max)・d・N2/(D・W)
ここで、dは台形の側辺の幅であり、Wは層8上の出射窓の幅、すなわち図2に示す強度分布が半分になる位置の幅である。全体の分布の全幅はWtdに等しくなる。この露光量の不均一性dDは、露光量のピーク対ピーク変化として規定される。パラメータNは、幅Wの矩形の強度分布を有する走査される出射窓の像が通過する期間中に層8の一点に入射するパルス数である。Nの値は、dN(max)の計算に対してN1とすることができる。
縁部の露光量が台形分布として線形にならず、例えばコサイン又は誤差関数のように一層滑らかな場合、バンド形の不均一性は一層小さく、従って所定dN(max)に対するdN(max)の値は台形分布の場合よりも大きくなる。コサイン形状の縁部強度の場合のdN(max)の関数としてのdN(max)の値は、
dN(max)=dD(max)1.7d2・N3/(D・W2)
ここで、dは強度分布の側部の幅であり、この側部はコサイン関数の半周期の形状を有している。誤差関数形状を有する縁部強度の関係は、
dN(max)=dD(max)12.5N2/D
一例として、像の縁部の幅は像の幅Wの0.2倍、すなわちd/W=0.2とし、必要な最大値に対する不均一な露光量dD(max)/Dを0.001とし、パルス数Nを15とする。この場合、線形な縁部強度の場合のdN(max)の値は0.05に等しくなる。コサイン形状の縁部強度の場合dN(max)は0.2に等しく、誤差関数形状の縁部強度の場合dN(max)は2.8に等しくなる。0.5以上のdN(max)の値はパルス数と最も近い整数との間の最大の取り得る差であり、この値は少なくともN−0.5からN+0.5の範囲の全てのNの値が上記0.001の値の場合よりも一層良好な相対的均一性を保証することを示している。この場合、必要な露光量の均一性を得るためNの値をこれ以上整数に近づける必要はない。
表1は、以下のパラメータの組み、W=0.8cm、H=2.6cm、d=0.2cm、E(max)=1.5mJ、dN(max)=0.2、及びf=1000Hzを用いて一連の必要な露光量Dについてのコントローラ13の動作の一例を示す。台形強度分布の場合、dN(max)=0.2は、dD(max)/D=0.1%の最大不均一性に対応する。上記第1及び第2のケースは、ケース1及びケース2としてそれぞれ示す。第1のケースにおいて、N3の値はN1に等しくとり、第2のケースにおいてN3の値はN2に等しくとった。
本発明に基いて動作するコントローラ13は、放射感知層8に最大量の放射を供給すると共に、以下の露光量の不均一性を最大許容値に以下に維持することができる。このようにして、本装置において基板の最大スループトレートが得られる。
Claims (6)
- 出射窓を有し、この出射窓に予め定めた繰り返し速度でほぼ等しいエネルギーの放射パルスを供給して放射感知層を有する基板を予め定めた露光量で照射する放射源と、前記出射窓を放射感知層上に結像する結像光学系と、前記出射窓の像と基板とを互いに走査方向の走査速度で走査する走査手段と、前記放射源及び走査手段と関連し、前記露光量及び繰り返し速度に応じて前記放射パルスのエネルギー及び走査速度を制御するコントローラとを具えるリソグラフィ走査投影装置であって、
Dを予め定めた露光量とし、Wを出射窓の像の走査方向の幅とし、Hを出射窓の像の走査方向と直交する方向の高さとし、E(max)を放射パルス当たりの利用できる最大エネルギーとした場合に、前記コントローラが数N1を、
N1=(D・W・H)/E(max)
となるように決定するとともに、放射感知層上の点を照射する放射パルスの数N3を次のように決定するように、すなわち、
dN(max)を放射感知層に対する予め定めた最大露光量の不均一量により決定される交差値とした場合に、N2をN1に最も近い整数とした場合に、N1の値とN2の値との間の差、すなわち|N 1 −N 2 |がdN(max)に等しいか又はそれ未満である第1のケースにおいて、放射パルスの数N3が、
N2−dN(max)からN2+dN(max)の範囲内にあり、
N 1 の値とN 2 の値との間の差、すなわち|N 1 −N 2 |がdN(max)より大であり、N 2 ’をN 1 に最も近く且つN 1 より大きな整数とした第2のケースにおいて、放射パルスの数N3が、
N2’−dN(max)からN2’+dN(max)の範囲内にあるごとく決定するように、作動的に接続されることを特徴とするリソグラフィ走査投影装置。 - 請求項1に記載のリソグラフィ走査投影装置において、前記第1のケースにおいて、放射パルスのエネルギーが減衰せず、前記第2のケースにおいて放射パルスのエネルギーがN1/N3にほぼ等しい因子だけ減衰させるリソグラフィ走査投影装置。
- 請求項1に記載のリソグラフィ走査投影装置において、fをパルスの繰り返しレートとした場合に、前記走査速度を、
v=W・f/N3
にほぼ等しくしたリソグラフィ走査投影装置。 - 予め定めた繰り返しレートにおいてほぼ等しいエネルギーを有する放射パルスにより露光中に走査方向のある走査速度で放射感知層を放射分布強度で走査することにより予め定めた露光量で放射感知量を照射するに当たり、露光量及び繰り返しレートに応じて放射パルスのエネルギーを制御する工程を含む放射感知層の照射方法であって、
Dを予め定めた露光量とし、Wを出射窓の像の走査方向の幅とし、Hを出射窓の像の走査方向と直交する方向の高さとし、E(max)を放射パルス当たりの利用できる最大エネルギーとした場合に、
数N1を、
N1=(D・W・H)/E(max)
となるように決定するとともに、放射感知層上の点を照射する放射パルスの数N3を次のように決定すること、すなわち、
dN(max)を放射感知層に対する予め定めた最大露光量の不均一量により決定される公差値とした場合に、
N2をN1に最も近い整数とした場合に、N1の値とN2の値との間の差、すなわち、|N 1 −N 2 |がdN(max)に等しいか又はそれ未満である第1のケースにおいて、放射パルスの数N3を、
N2−dN(max)からN2+dN(max)
の範囲内にあり、
N 1 の値とN 2 の値との間の差、すなわち|N 1 −N 2 |がdN(max)より大であり、N 2 ’をN 1 に最も近く且つN 1 より大きな整数とした第2の場合において、放射パルスの数N3を、
N2’−dN(max)からN2’+dN(max)の範囲内にあるように決定することを特徴とする方法。 - 請求項4に記載の方法において、前記第1のケースにおいて、放射パルスのエネルギーが減衰せず、前記第2のケースにおいて放射パルスのエネルギーがN1/N3にほぼ等しい因子だけ減衰させる方法。
- 請求項4に記載の方法において、fをパルスの繰り返しレートとした場合に、前記走査速度を、
v=W・f/N3
にほぼ等しくした方法。
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