JP4310349B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影光学系を介して原板のパターンを基板に投影して該基板を露光する露光装置及びそれを利用したデバイス製造方法に関する。

半導体デバイス等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程において、投影光学系を有する露光装置が使われる。露光装置は、レチクル又はマスクと呼ばれる原板のパターンを感光剤（フォトレジスト）が塗布されたウエハやガラスプレート等の基板の各ショット領域に投影光学系を介して投影し該基板（感光剤）を露光する。これにより、感光剤に原板のパターンが転写される。

近年、露光装置によって基板に転写されるパターンの線幅均一性に対する要求が高まっている。そのため、従来は無視することができた投影光学系で発生するフレア（迷光又はかぶり光）による光学像コントラストの劣化や線幅均一性（ＣＤ均一性）の劣化が問題となりつつある。

投影光学系で発生するフレアは、ロングレンジフレアとローカルフレアに大別される。ロングレンジフレアとローカルフレアは、かぶりが発生する距離で分類され、一般的には、ロングレンジフレアは本来の結像パターンからおよそ０．１ｍｍ以上、ローカルフレアはおよそ０．１μｍ〜０．１ｍｍの範囲で発生するとされている。

ロングレンジフレアは、主に、光学素子のコーティング膜における反射、レンズコバやメカニカル部品における反射・透過・散乱に起因する。ローカルフレアは、主に、光学系を構成する光学素子（レンズ等）の表面やコーティング膜で小さい角度範囲に発生する前方散乱光に起因する。

コントラストの劣化や線幅均一性の劣化は、ロングレンジフレアに起因する。コントラストの劣化はフレア量に応じて発生し、線幅均一性の劣化はフレア量の像高差に応じて発生する。ロングレンジフレアを防止するためには、視野絞りの採用が有効である。

なお、投影光学系中に絞りを配置した露光装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
特開２００６−２２２２２２号公報 特開平１１−２１９８９２号公報

デバイスの製造においては、１つの基板の上により多くのショット領域を配置することで生産量を高めることができる。したがって、無駄な面積を減らすためにショット領域の間隔を可能な限り小さくしたショットレイアウトが採用されうる。このようなショットレイアウトにおいては、露光対象のショット領域の露光時にそれに隣接するショット領域へのフレア光束の漏れが発生する。これにより、他のショット領域と隣接するショット領域については、周辺部と中央部との間でフレア量に差が生じる。つまり、像高に依存してフレア量が変化して、これが線幅均一性を劣化させる。

本発明は、上記の課題認識を基礎としてなされたものであり、例えば、フレアによる結像特性の悪化を抑制することを目的とする。

本発明の１つの側面は、原板の矩形の照明領域を照明し、投影光学系を介して該原板のパターンを基板の各ショット領域に投影して該基板を露光する露光装置に関する。前記露光装置は、前記投影光学系から前記基板に向かう光束のうちフレアを生じさせるフレア光束の一部を遮断し、該フレア光束の他の一部を通過させるように形成された絞りを備え、前記絞りの開口は、前記基板の走査方向に平行な第１方向における長さが前記開口の中心からの前記第１方向に垂直な第２方向における距離に応じて変化した部分を含み、前記走査方向に平行な辺を含まない。

本発明によれば、例えば、フレアによる結像特性の悪化を抑制することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。ここでは、本発明を走査型露光装置に適用した例を説明する。ただし、本発明は、原板と基板を静止させて基板を露光する露光装置にも適用することができる。

照明光学系１２０は、例えば、第１照明光学ユニット１０２、第２照明光学ユニット１０３、第３照明光学ユニット１０４を含んで構成され、光源１０１から提供されるレーザー光を使って原板１１１を照明する。光源１０１としては、例えば、１９３ｎｍ又は２４８ｎｍの波長を有する光束を出力するエキシマレーザーを採用することができるが、これは例示であり、他の光源を採用することもできる。第１照明光学ユニット１０２は、光源１０１から提供される光束を受けて、例えば、有効光源分布及び偏向状態が制御された光束を生成する。第２照明光学ユニット１０３は、第１照明光学ユニット１０２により提供される光束を受けて、例えば、断面形状及び照度分布が制御されたスリット光を生成する。第３照明光学ユニット１０４は、例えば、第２照明光学ユニット１０３により提供される光束を原板１１１に誘導し、原板１１１上の所定の照明領域を照明する。その照明領域は、矩形であり、走査方向に平行な一組の対辺および走査方向に垂直な一組の対辺からなる。

露光装置１００は、投影光学系１０６を介して感光剤が塗布された基板１０９に対して原板１１１のパターンを投影し該感光剤を感光させる。これによって、原板１１１のパターンが感光剤に転写される。走査型露光装置においては、基板１０９の各ショット領域の露光時に、基板１０９と原板１１１は、それぞれ基板駆動機構１１０、原板駆動機構１０５によって同期して走査駆動される。

ロングレンジフレアは、例えば、基板１０９から反射した光が投影光学系１０６を構成する光学素子、例えば基板１０９に最も近い光学素子１０７で反射され、再び基板１０９に入射することによって発生する。ここで、基板１０９の上に目的とする光学像を形成するために寄与する光束を結像光束と呼び、フレアを生じさせる光束をフレア光束と呼ぶことにする。

露光装置１００は、フレアによる結像特性の低下を防止するための絞り１０８を備えている。絞り１０８は、投影光学系１０６から基板１０９に向かう光束のうちフレアを生じさせるフレア光束の一部を遮断し、該フレア光束の他の一部を通過させる。絞り１０８は、例えば、基板１０９が配置される面と投影光学系１０６との間、より具体的には、基板１０９が配置される面と投影光学系１０６を構成する光学素子のうち当該面に最も近い光学素子１０７との間に配置されうる。或いは、絞り１０８は、投影光学系１０６が中間結像面を有する場合において、投影光学系１０６を構成する光学素子のうち当該中間結像面を挟んで当該中間結像面に面する２つの光学素子の間に配置されうる。ここで、絞り１０８は、結像光束とフレア光束との分離の度合いを高めるためには、投影光学系１０６の像面の近傍、又は、中間結像面の近傍に配置されることが好ましい。

図２は、基板１０９と投影光学系１０６（光学素子１０７）との間に絞り１０８が配置された構成における基板１０９の周辺を模式的に示す図である。例えば、基板１０９からの反射光が基板１０９に最も近い光学素子で反射されてフレア光束として基板１０９に入射する場合を考える。フレア光束２０４を遮断するためには、絞り１０８を基板１０９とそれに最も近い光学素子との間に配置するべきである。

絞り１０８の開口２０９は、結像光束２０３を蹴らないように、絞り１０８の面上における露光領域（結像光束２０３が通過する領域）２０５よりも大きく作られる。よって、基板１０９においてフレア光束が到達する領域であるフレア光到達領域２０７は、基板１０９上における露光領域（結像光束２０３が入射する領域）２０６よりも一般的に大きくなる。

図３は、フレア量の像高分布（像高の変化に対するフレア量の変化）を説明するための図である。図３（ａ）は、基板１０９の上のショットレイアウトを例示する図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の評価位置３０３で評価したフレア量の像高分布を例示する図である。 図２に示すような矩形の開口２０９を有する絞り１０８を用いて、図３（ａ）に示すショットレイアウトで評価ショット領域３０１及びその両側の隣接ショット領域３０２Ｌ、３０２Ｒを走査露光した場合を考える。この場合、評価ショット領域３０１内の評価位置３０３でのフレア量は、例えば図３（ｂ）のようになる。つまり、隣接ショット領域３０２Ｌ、３０２Ｒの走査露光の際に、ハッチングで示した領域にかぶるフレア光束が評価ショット領域３０１内に入射し、これにより評価ショット領域３０１内の周辺領域においてフレア量が大きくなる。しかも、絞り１０８の開口２０９は、矩形であり、走査方向２０８における長さが一定であり、かつ、走査方向２０８に平行な辺を有する。よって、図３（ｂ）に例示するように、フレア量の分布は、フレア量が急峻に変化する部分３１１、３１３を有することになる。

部分３１１及びその左側の部分３１３は、図３（ａ）の左側の隣接ショット領域３０２Ｌの走査露光時に評価ショット領域３０１にかぶるフレア光束によるフレア量である。部分３１２及びその右側の部分３１４は、図３（ａ）の右側の隣接ショット領域３０２Ｒの走査露光時に評価ショット領域３０１にかぶるフレア光束によるフレア量である。評価ショット領域３０１のうち隣接ショット領域３０２Ｌ、３０２Ｒの走査露光時にフレア光束がかぶらない部分３１５は、最もフレア量が少ない部分となりうる。

以上のように、フレア光束のかぶりの程度によってフレア量の不均一な分布が生じる。図３（ｂ）において、”フレア量像高差”は、フレア量の最大値と最小値との差分である。線幅不均一性は、フレア量の分布に強く依存するため、フレア量の分布を平坦にすることが重要である。

ここで、走査方向に平行な方向を第１方向、第１方向に垂直な方向を第２方向とする。この実施形態では、絞り１０８の開口は、第１方向における長さが絞り１０９の開口の中心からの第２方向における距離に応じて変化する部分を有する。このような開口を有する絞り１０８を使用することによってフレア量の分布を効果的に制御することができる。なお、走査方向は、ショット領域を規定する４辺のうち１組の対辺と平行であるので、第１方向は、ショット領域の１組の対辺に平行な方向と考えることもできる。

図４は、フレア量の分布の均一化に有効な絞り１０８の開口形状を例示する図である。フレア光束を可能な限り遮断するという思想の下では、開口４０３を絞り１０８の面上における露光領域２０５とほぼ同じ形状にするべきである。しかし、このような思想の下では、前述のように、フレア量の分布が不均一になり、線幅均一性が低下する。そこで、フレア光束の一部がフレア量の少ない像高（領域）に到達するように、例えば、開口４０３のように開口の形状を決定することが好ましい。ここで、開口４０３は、該開口４０３の中心から第２方向（走査方向と垂直な方向）に離れる従って第１方向（走査方向）における長さが小さくなった部分を含む。

図５は、図４に例示した絞り１０８を使用した場合におけるフレア量の分布を例示する図である。線４１１は、評価ショット領域３０１の左側の隣接ショット領域３０２Ｌの走査露光時に評価ショット領域３０１が受けるフレア光束によるフレア量を例示している。線４１２は、評価ショット領域３０１の右側の隣接ショット領域３０２Ｒの走査露光時に評価ショット領域３０１が受けるフレア光束によるフレア量を例示している。線４１３は、線４１１で示されるフレア量と線４１２で示されるフレア量とを合算したフレア量を示している。図５に例示するように、合算したフレア量は、平坦化された分布を有する。

図４では、中心から離れるに従って走査方向に沿った長さが小さくなる部分を含む開口４０３が形成された絞り１０８が例示されている。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。本発明における絞りは、図６に例示するように、中心から離れるに従って走査方向に沿った長さが大きくなる部分を含む開口が形成された絞りも包含しうる。このような絞りは、例えば、１つの側方には隣接ショット領域を有するが、他の側方には隣接ショット領域を有しないショット領域（例えば、図３（ａ）のショット領域３０５）内のフレア量の分布を均一化するために有用である。図６に例示する絞り１０８の開口４０３は、隣接ショット領域が存在する側には、開口４０３の中心から離れるに従って走査方向に沿った長さが小さくなる部分４０３ａを含む。開口４０３はまた、隣接ショット領域が存在しない側には、開口４０３の中心から離れるに従って走査方向に沿った長さが大きくなる部分４０３ｂを含む。

基板１０９上に到達するフレア光束の量やフレア量の分布は、例えば、第１照明光学ユニット１０２で制御される有効光源分布や偏光条件、第２照明光学ユニット１０３で制御されるスリットサイズや照度分布等の露光条件に応じて変化する。基板１０９上に到達するフレア光束の量やフレア量の分布は、更に、原板１１１のパターンや種類、基板１０９上のショットレイアウト等の露光条件に応じても変化する。

露光条件の変更に対応して、絞りの開口形状を変更することにより、露光条件による結像性能の劣化又は変化を防ぐことができる。

図７は、開口の形状を変更可能な絞りを例示する図である。図７に例示する絞り１０８は、例えば、絞り基板５０１、可動遮光部５０２、ガイド５０３、操作部５０４を含む。ガイド５０３は、例えば、絞り基板５０１に溝を掘ることにより形成されうる。操作部５０４は、可動遮光部５０２に固定されている。可動遮光部５０２は、操作部５０４を不図示のロボットハンドで掴んでスライドされうる。これにより、露光条件に応じて絞り１０８の開口５１０の形状を変更し、結像性能の劣化又は変化を防ぐことができる。

絞り１０８の形状、構成、配置等については、上記のほか、種々の形態が採用されうる。
＜絞り配置例＞
絞りは、基板と投影光学系１０６との間ではなく、投影光学系１０６の中に配置されても良い。例えば、図８のように、投影光学系１０６が複数回結像の光学系である場合には、絞り１０８は、投影光学系１０６の中にある中間結像面６０７に面する２つの光学素子６１２、６１０の間に配置されてもよい。
＜絞りの開口形状＞
露光装置の露光領域は、一般的には回転対称な形状ではない。したがって、絞り１０８の開口も回転対象ではない形状にすることが好ましい。図９（ａ）〜（ｄ）は、絞りの開口の形状を例示している。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に例示された絞りは、それぞれ開口７０５、７０６、７０７、７０８を有する。

絞り面上の露光領域７０１の中心位置（図中”Ｘ”で示されている）と、露光領域７０１のうち中心から最も遠い位置（図中”○”で示されている）７０３との間の距離をＲとする。より多くのフレア光束を遮断するためには、開口７０５〜７０８の面積をπＲ^２よりも小さくすることが好ましい。図９（ａ）〜（ｄ）は、走査方向（又は、ショット領域の１組の対辺）に平行な第１方向における長さが開口の中心からの第２方向（第１方向に垂直な方向）における距離に応じて変化する部分を含む開口を有する絞りの例である。

図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１、図１２（ａ）〜（ｄ）もまたは、走査方向に平行な第１方向における長さが開口の中心からの第２方向における距離に応じて変化する部分を含む開口を有する絞りの例である。図１０（ａ）〜（ｃ）に示す絞り１０８は、矩形の両側に三角形、半円、鋸形状の図形を連結した形状の開口８０１、８０２、８０３を有する。図１１に示す絞り１０８は、円弧又は曲線で外縁が規定された開口を有する。図１２（ａ）、（ｂ）に示す絞り１０８は、主開口１００３と補助開口配列１００４とを含む。補助開口配列１００４は、複数の補助開口１００６を含む。図１２（ｃ）、（ｄ）に示す絞り１０８は、主開口１００３と補助開口１００５とを含む。主開口１００３は、少なくとも原板のパターンの光学像を基板の上に形成するための結像光束を通過させる。補助開口１００５、１００６は、基板に入射するフレア光束の分布を制御するためにフレア光束を通過させる。

図１３は、走査方向に平行な第１方向における長さが開口の中心からの第２方向における距離に応じて変化する部分を含む開口を有する絞りの他の例である。図１３に示す絞り１０８は、主開口１００３と補助開口配列１００４とを含む開口１３０１を有する。補助開口配列１００４は、例えば、複数の矩形開口１３０を配列して構成されうる。このような構成の開口１３０１も、走査方向に平行な第１方向における長さが開口の中心からの第２方向における距離に応じて変化する部分を有する開口の範疇に含まれうる。何故なら、開口１３０１の中心（”Ｘ”を付した部分）からの距離に応じて、矩形開口１３０の個数が３、２、１と変化しているからである。つまり、１つの矩形開口１３０の第１方向（走査方向）における長さをＤとすると、開口１３０１の中心（”Ｘ”を付した部分）からの距離に応じて、実質的な開口の長さは、３Ｄ、２Ｄ、１Ｄと変化しているからである。
＜応用例＞
次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図１４は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版またはマスクともいう）を作製する。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（基板ともいう）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、上記のレチクルとウエハを用いて、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。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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。 図１５は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。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成膜する。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（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（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。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 基板と投影光学系との間に絞りが配置された構成における基板の周辺を模式的に示す図である。 フレア量の像高分布（像高の変化に対するフレア量の変化）を説明するための図である。 フレア量の分布の均一化に有効な絞りの開口形状を例示する図である。 図４に例示した絞りを使用した場合におけるフレア量の分布を例示する図である。 絞りの開口形状の一例を示す図である。 開口の形状を変更可能な絞りを例示する図である。 本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 絞りの開口形状を例示する図である。 絞りの開口形状を例示する図である。 絞りの開口形状を例示する図である。 絞りの開口形状を例示する図である。 絞りの開口形状を例示する図である。 デバイス製造方法を例示する図である。 デバイス製造方法を例示する図である。

符号の説明

１００：露光装置
１０１：光源ユニット
１０２：第１照明光学ユニット
１０３：第２照明光学ユニット
１０４：第３照明光学ユニット
１０５：原板駆動機構
１０６：投影光学系
１０７：光学素子
１０８：絞り
１０９：基板
１１０：基板駆動機構
１１１：原板
１２０：照明光学系
４０３：絞りの開口
２０３：結像光束
２０４：フレア光束
５０１：絞り基板
５０２：可動遮光部
５０３：ガイド
５０４：操作部

Claims (9)

1. 原板の矩形の照明領域を照明し、投影光学系を介して該原板のパターンを基板の各ショット領域に投影して該基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系から前記基板に向かう光束のうちフレアを生じさせるフレア光束の一部を遮断し、該フレア光束の他の一部を通過させるように形成された絞りを備え、
   前記絞りの開口は、前記基板の走査方向に平行な第１方向における長さが前記開口の中心からの前記第１方向に垂直な第２方向における距離に応じて変化した部分を含み、前記走査方向に平行な辺を含まない、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記部分は、前記開口の中心から前記第２方向に離れる従って前記第１方向における長さが小さくなった部分を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記開口の形状が変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記絞りは、前記基板が配置される面と前記投影光学系との間に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記投影光学系は、前記投影光学系の中に中間結像面を有し、前記絞りは、前記投影光学系を構成する光学素子のうち前記中間結像面を挟んで前記中間結像面に面する２つの光学素子の間に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 原板の矩形の照明領域を照明し、投影光学系を介して該原板のパターンを基板の各ショット領域に投影して該基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系から前記基板に向かう光束のうちフレアを生じさせるフレア光束の一部を遮断し、該フレア光束の他の一部を通過させるように形成された絞りを備え、
   前記絞りの開口は、ショット領域の１組の対辺に平行な第１方向における長さが前記開口の中心からの前記第１方向に垂直な第２方向における距離に応じて変化した部分を含み、
   前記開口は、少なくとも原板のパターンの光学像を基板の上に形成するための結像光束を通過させる主開口と、基板に入射するフレア光束の分布を制御するためにフレア光束を通過させる補助開口とを含む、
   ことを特徴とする露光装置。
7. 前記開口は、矩形の両側に三角形を連結した形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
8. 前記絞りの面における露光領域の中心位置と前記露光領域のうち中心から最も遠い位置との間の距離をＲとしたときに、前記開口の面積はπＲ ^２ よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
9. デバイス製造方法であって、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する露光工程と、
   該基板の該感光剤を現像する現像工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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