JP4838698B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原版を照明する照明光学系と、該原版からの光を基板に投影する投影光学系とを有し、前記投影光学系の光軸に対し垂直な方向に該原版および該基板を走査させながら該原版及び前記投影光学系を介して該基板を露光する露光装置に関する。

フォトリソグラフィ技術を用いて極微細パターンを形成する半導体メモリなどの半導体素子を製造するには、レチクルに描画された回路パターンを縮小投影光学系によってウエハに投影して回路パターンを形成する。半導体素子のパターンのより一層の微細化が要求されることにより、レジストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応がなされてきた。露光装置の解像力を向上させる手段としては、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくしていく方法と露光波長をより短波長に変えていく方法とがある。

投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくしていく方法として近年では液浸化の開発が行われさらに高ＮＡ化が検討されている。一般に解像力は露光波長に比例し、ＮＡに反比例することが知られている。また縮小投影露光装置で転写できる最小の解像度は、露光に用いる光の波長に比例し、波長を短くするほど高くなる。このため、半導体素子の微細化への要求に伴い露光波長については、２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザから最近では１９３ｎｍ付近の発振波長を有するＡｒＦエキシマレーザが主流になっており、さらに波長の短いＥＵＶの開発が進められている。

また、解像度低下の一因として各線幅誤差がある。各線幅誤差としては、まず縦横線幅誤差があり、これを修整する方法としてＨＶ修整フィルタを用いる方法がある。次にショットごとの線幅誤差を修整するには、ショット毎にレーザの基本パルス数、すなわち露光量を制御することにより、ショット毎の線幅誤差を少なくする。そしてショット内の走査方向線幅誤差は、レーザのパルス数をショット内で制御することにより、ショット内の線幅誤差を少なくする。

また、ショット内の非走査方向線幅誤差は、一次結像面近傍に光軸に対し左右濃度を変化させたフィルタを濃度の低い側を内側に各々配置している。そして相反する方向に駆動させて透過光束の中心付近と周辺で光量変化を持たせることにより露光量修整を行う（例えば特許文献１）。
特開２００２−０３３２７２号公報

ところで、上記従来例では、ショット内の非走査方向線幅誤差は、一次結像面近傍に光軸に対し左右濃度を変化させたフィルタを濃度の低い側を内側に各々配置している。そして相反する方向に駆動させて透過光束の中心付近と周辺で光量変化を持たせることにより露光量修整を行うように構成されている。しかし、光学フィルタを使用しているため透過光量が概ね１０％程度の低下を招いてしまう。また、一次結像面近傍には走査露光を行うための走行マスキングブレード機構およびスリット形状修整機構が構成されている。そのため実際にはさらにこの面と光学的に共役な中間結像面を具備し、露光量修整はこの面で行わなければならない。このため照明光学系の光路長が長くなり、光学素子の構成枚数も増大するといった欠点があった。

本発明は、例えば、基板の露光量の分布を調整する新規な技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の露光装置は、原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを基板上に投影する投影光学系とを有し、前記原版および前記基板を走査させながら露光を行う露光装置であって、
前記照明光学系中に配され、前記原版上の被照明領域を走査方向において規定する、第１の遮光板および第２の遮光板と、
固定部と、モータと、該モータにより駆動される被駆動部材と、一方が一軸回りにのみ回動可能な回転支点を介して前記固定部に連結され他方が第１ヒンジを介して前記被駆動部材に連結され、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板のうち少なくとも一方を保持する第１の保持部材と、一方が第２のヒンジを介して前記固定部に連結され他方が第３のヒンジを介して前記被駆動部材に連結された前記第１の保持部材と平行に動く第２の保持部材とを有し、前記被駆動部材の駆動にともなう前記第１ヒンジ、前記第２のヒンジ及び前記第３のヒンジの変形により前記第１の保持部材を前記回転支点を支点として回転させることによって、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板の少なくとも一方を回動させるリンク機構と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、基板の露光量の分布を調整する新規な技術を提供することができる。

本発明の好ましい実施の形態において、本発明は、いわゆる走査型露光装置に適用される。この走査型露光装置は、レチクル（原版）を照明する照明光学系と、該レチクルからの光をウエハ（基板）に投影する投影光学系とを有する。そして、を走査させながら露光する。本実施形態の装置は、さらに、第１の遮光板および第２の遮光板と、固定部と、モータと、該モータによりモータ駆動される被駆動部材と、保持部材とを有するリンク機構を備える。
第１の遮光板および第２の遮光板は、前記照明光学系中に配され、前記レチクル上の被照明領域を走査方向において規定する。第１の保持部材は、一方が一軸回りにのみ回動可能な回転支点を介して前記固定部に連結され他方が第１ヒンジを介して前記被駆動部材に連結され、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板のうち少なくとも一方を保持する。また、リンク機構は一方が第２のヒンジを介して前記固定部に連結され他方が第３のヒンジを介して前記被駆動部材に連結された前記第１の保持部材と平行に動く第２の保持部材とを有している。そして、リンク機構は、前記被駆動部材の駆動にともなう前記第１ヒンジ、前記第２のヒンジ及び前記第３のヒンジの変形により前記保持部材を前記回転支点を支点として回転させることによって、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板の少なくとも一方を回動させる。

上記構成によれば、一次結像面近傍に光軸に対し左右濃度を変化させたフィルタを２枚配置し、相反する方向に駆動させて透過光束の中心付近と周辺で光量変化を持たせる方法に比べ透過光量の低下を低く押えることができる効果がある。また、非走査方向露光量修整（ＣＤ修整）スリットを小型軽量にできることから一次結像面近傍に配置することが容易にできる。すなわち、光学的に共役な中間結像面を追加構成することなく均一な露光条件を得ることができ、かつ駆動においても高速化、低消費電力が達成できる効果がある。

前記リンク機構は、前記基板のプロセス原因に基づいて、前記ショットごとに、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板のうち少なくとも一方を回動させることが好ましい。ＣＤ修整のための遮光板の駆動量を最小にすることができる。

本実施形態において、前記第１または第２の遮光板は、第１スリットを形成する第１スリット機構を構成する。
本実施形態において、前記リンク機構の回動中心は、前記照明光学系の光軸から隔たった位置にある。

走査露光装置は、原版をスリット状の露光光で照明するための第１のマスキングブレードおよび第２のマスキングブレード（第２スリット機構）を備えている。第２スリット機構は第２スリットを形成する。第１スリットの中心と前記第２スリットの中心とは略一致していることが好ましい。
前記第１の遮光板のエッジおよび前記第２の遮光板のエッジは、それぞれ前記第１のマスキングブレードのエッジおよび前記第２のマスキングブレードのエッジに対応した形状をしている。なお、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板の少なくとも一方のエッジの形状が可変であることが好ましい。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施例に係る露光装置の構成を示す。図１の装置では、レチクル（原版）を照明するための露光光をスリット状に加工する遮光スリット（第２スリット）とは別の遮光スリット（第１スリット）を形成している。第１スリットは、前記レチクルが照明される領域を前記走査の方向において規制する第１および第２の遮光スリット材（遮光板）光板により形成される。そして、走査方向と垂直な方向（非走査方向）で露光量を修整する際は、この追加した遮光スリットの前縁（第１の遮光板の遮光エッジ）および後縁（第２の遮光板の遮光エッジ）の少なくとも一方を回動する。これにより、スリット幅、すなわち透過光量を走査方向左右で異ならせる。また、第１の遮光板および第２の遮光板は、照明系の一次結像面近傍に配置する。

図１において、３１は露光光であるレーザパルスを発生させるレーザパルス発生装置、３２はレーザパルス発生装置３１で発生させた露光光を所望の露光光に形成するための光学系である。レーザパルス発生装置３１、光学系３２、リレーレンズ３８、ミラー３９およびリレーレンズ４０は照明光学系３０を構成している。３３はウエハステージ３７の走査と同期し露光光の走査を行うマスキングブレード（第２スリット機構）で、照明光学系３０の中間結像面近傍に配置されている。

３４はウエハ３６にパターンを焼くための素となるパターンを描画してあるレチクル、３５はレチクル３４のパターンをウエハ３６に縮小露光するための投影光学系である。マスキングブレード３３は、レチクル３４を照明するための露光光をスリット状に加工するスリット（第２スリット）を形成する。３６は感光基板であるウエハ、３７はウエハ３６を吸着保持し、走査露光を行うウエハステージである。１および３は本発明の特徴とする非走査方向露光量修整装置を構成するＣＤ修整駆動スリット材（第１の遮光板）およびＣＤ修整非駆動スリット材（第２の遮光板）である。ＣＤ修整駆動スリット材１およびＣＤ修整非駆動スリット材３は、第１スリット機構を構成する。第１スリット機構もマスキングブレード３３と同様に照明光学系３０の中間結像面近傍に配置されている。

図２は、図１の露光装置における非走査方向露光量修整装置（ＣＤ修整装置）の構成を示す。同図において、１は露光量制御を行うためのＣＤ修整駆動スリット材、２は前記中間結像面近傍を透過する露光光の有効光領域である。３はＣＤ修整駆動スリット材１と協働して非走査方向の露光量修整を行うためのＣＤ修整非駆動スリット材である。ＣＤ修整駆動スリット材１およびＣＤ修整非駆動スリット材３は、それぞれ走査方向と垂直な位置を基準位置として配置される端部（遮光エッジ）を有し、これらの端部間に露光量修整を行うためのＣＤ修整スリット（第１スリット）を形成する。ＣＤ修整駆動スリット材１およびＣＤ修整非駆動スリット材３は、照明光学系３０の中間結像面近傍に、第１スリットの中心が前記第２スリットの中心近傍に位置するように、配置される。

４は露光面上でのレーザパルス修整可能な走査方向、５はＣＤ修整で修整可能な非走査方向である。６はＣＤ修整駆動スリット材１を保持するための駆動部リンク機構、７は駆動部リンク機構６を一方向にのみ回動可能な回転駆動部支点、８はリンク部全体を保持する駆動部リンク固定部である。９は駆動部リンク機構６と平行に動く駆動部リンク機構、１０〜１２は駆動部リンク機構を構成するためのリンクヒンジ、１３はＣＤ修整駆動スリット材１と駆動部リンク機構６を結合するＣＤ修整駆動スリット支持部である。

２１はリニア駆動するモータのモータ非駆動部、２２はリニア駆動するモータのモータ駆動部、２３はモータ部全体を保持するモータ固定部、２４はリンク機構部を駆動させるモータのモータ駆動方向である。２５は駆動部リンク機構６と結合するモータ駆動部支持部材、２６はリンク機構に接続されＺ方向に変位する位置検出センサ変位部、２７は位置検出センサ変位部２６の変位量を読み取る位置検出センサ読み取り部である。

図３は本実施例の非走査方向露光量修整装置を駆動する前のウエハ面での照度ムラを表わす図である。同図において、４１はウエハ面上での露光照度の最高部、４２はウエハ面上での露光照度の中高部、４３はウエハ面上での露光照度の中間部、４４はウエハ面上での露光照度の中低部、４５はウエハ面上での露光照度の最低部である。

図４は本実施例における非走査方向の露光修整量を表わす図である。同図において、４６はＣＤ修整駆動スリット材１を中間位置（ＣＤ修整非駆動スリット材３と平行な位置）にした場合の露光レベル、すなわち、ＣＤ修整を行わない未修整レベルである。４７はＣＤ修整駆動スリット材１を中間位置より駆動させてＣＤ修整を行った一次修整レベル、４８は一次修整レベル４７の修整光量プラス側修整状態、４９は一次修整レベル４７の修整光量マイナス側修整状態である。

［動作説明］
図５は本実施例の非走査方向露光量修整装置を駆動した後のウエハ面での照度ムラを表わす図である。
ウエハの露光時のプロセス原因（レジスト塗布ムラ，現像ムラ、エッチングムラ等）によるウエハ面内照度ムラはショットごとに異なるのでショットごとのＣＤ修整が必要になる。そこで，図３で示すウエハ面内１ショットの修整前の照度ムラ分布を露光照度の最高部４１から露光照度の最低部４５までの範囲で計測する。

次に１ショット内の照度ムラ分布を均一に近づけるため、非走査方向の露光修整量の計測結果をもとに一次の傾きを持った値を以下のように設定する。
（１）計測した照度ムラが左右均等なショットの場合は中間位置にしてＣＤ修整を行わない未修整レベル４６（図４）に設定する。
（２）計測した照度ムラが略中心で高低に分かれているショットの場合は計測値が高い照度を示している側を修整光量マイナス側修整状態にしてＣＤ修整を行う状態となる一次修整レベル４７（図４）に設定する。
続いて、この設定された各々の修整値に対してＣＤ修整駆動スリット材１を駆動させてＣＤ修整を行う。

（１）の場合はＣＤ修整を行わない未修整レベル４６であるためＣＤ修整駆動スリット材１を傾ける必要はないのでウエハは通常露光で行う。まず露光光であるレーザパルスはレーザパルスを発生させるレーザパルス発生装置３１で発生させ、所望の露光光に加工するための光学系３２に入射する。露光光は、続いて中間結像面近傍に配置したＣＤ修整駆動スリット材１およびＣＤ修整非駆動スリット材３の間隔（第１スリット）を透過する。さらにマスキングブレード３３（第２スリット）を透過しレチクル３４に照射される。このレチクル３４に描画してあるパターンを投影光学系３５にてウエハ３６に縮小露光しパターンがウエハ面に焼かれる。

（２）の場合はＣＤ修整を行う状態となる一次修整レベル４７であるのでＣＤ修整駆動スリット材１を傾ける。すなわち、照明光学系３０の中間結像面近傍における露光光の有効光領域２を、一次修整レベル４７に対応するものとすべく該当ショットの露光前（ショット間）に次の操作を行う。
計測値に対する一次修整レベル４７が、設定されている値になるようにＣＤ修整駆動スリット材１を傾けるため、まずモータ固定部２３に支持されたリニアモータに駆動指令を出す。これにより、モータ駆動部２２がモータ駆動方向２４上方に移動し、モータ駆動部支持部材２５が上方に引き上げられる。このときモータ駆動部支持部材２５に固定された位置検出センサ変位部２６も同様に引き上げられる。この位置検出センサ変位部２６の変位量を位置検出センサ読み取り部２７で読み取り、指令位置で停止するようにフィードバックをかける。

リニアモータは、通常、直動ガイドが必要である。しかし、本実施例において、リンク機構は駆動部リンク機構６からリンクヒンジ１２、およびモータ駆動部支持部材２５で形成している。そのため、駆動部リンク固定部８と平行に動くモータ駆動部支持部材２５に固定されていることから、リニアモータは格別の直動ガイドを設けなくとも、常に平行移動状態を保つことができる。リニアモータが所定の位置まで駆動するとモータ駆動部支持部材２５に連結されているリンク機構は支点７を中心に傾き駆動部リンク機構６に連結されている部材１３を介してＣＤ修整駆動スリット材１が傾く。この傾いたことによりＣＤ修整非駆動スリット材３との間を透過する露光光が走査方向左右で光量が異なる一次の照度分布を持つことになる。この作用によりウエハ面に到達する露光光は照度分布の高い部分（図３の４１）および低い部分（図３の４５）が図５で示すように露光照度の中間部４３および露光照度の中高部４２となり面内の照度分布が均一化される方向に向かう。

次に、（１）と同様に露光光であるレーザパルスはレーザパルスを発生させるレーザパルス発生装置３１で発生させ、所望の露光光に加工するための光学系３２に入射する。露光光は、続いて中間結像面近傍に配置したＣＤ修整駆動スリット材１およびＣＤ修整非駆動スリット材３の間隔（第１スリット）まで到達する。ここで、非走査方向の露光量は、ＣＤ修整駆動スリット材１の傾きに応じて、修整される。例えば、図３のような露光量分布が、図５のような露光量分布に修整される。

以上説明したとおり、本実施例によれば、透過光量の低下を従来例よりも大幅に少ない概ね２．５％以下の低下にとどめることができる。また、ＣＤ修整スリットを小型軽量にできることから一次結像面近傍に配置することが容易にできる。すなわち、光学的に共役な中間結像面を追加構成することなく露光条件を均一化することができる。また、駆動においても高速化、低消費電力が達成できる。

なお、上述においては、露光量修整用スリット（スリット材１、３）の遮光エッジは直線としている。しかし、マスキングブレード３３で形成される露光用スリットの形状が円弧状等非直線である場合は、露光量修整用スリットの遮光エッジも同形状にすることが好ましい。また、遮光エッジの形状を所望の形状に可変設定できる構成とすることがより好ましい。
また、図２では、露光量修整用のスリット材１、３の一方のみを回動させる場合を示したが、スリット材１、３の双方を、例えば、走査方向に対し垂直な方向の基準線に対し対称に、回動させてもよい。
さらに、露光量修整用スリットの遮光エッジと露光用スリットの遮光エッジとを交差させるようにすれば、例えば折れ線状の、図４よりも複雑な露光量修整を行うことも可能である。

［微小デバイス製造の実施例］
次に、この露光装置を利用した微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造プロセスを説明する。
図６は半導体デバイスの製造のフローを示す。
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う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。
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、上記用意したマスクを設置した露光装置とウエハを用いて、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る。後工程は、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）等の組立工程を含む。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、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップステップを有する。また、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、回路パターンを有するマスクを介し、レジスト処理ステップ後のウエハを露光する露光ステップを有する。さらに、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。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。

本発明の一実施例に係る露光装置の全体構成でＣＤ修整スリットとマスキングブレードとの位置関係を説明する図である。 図１の露光装置における照明系内の一次結像面近傍に配置された非走査方向露光量修整装置を説明する図である。 図２の非走査方向露光量修整装置を駆動する前のウエハ面での照度ムラを表わす図である。 図２の非走査方向露光量修整装置による非走査方向の露光修整量を表わす図である。 図２の非走査方向露光量修整装置により非走査方向の露光修整量を駆動した後のウエハ面での照度ムラを表わす図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。

符号の説明

１ ＣＤ修整駆動スリット材
２ 有効光領域
３ ＣＤ修整非駆動スリット材
４ 走査方向
５ 非走査方向
６ 駆動部リンク機構
７ 駆動部支点
８ 駆動部リンク固定部
９ 駆動部リンク機構
１０〜１２ リンクヒンジ
１３ ＣＤ修整駆動スリット支持部
２１ モータ非駆動部
２２ モータ駆動部
２３ モータ固定部
２４ モータ駆動方向
２５ モータ駆動部支持部材
２６ 位置検出センサ変位部
２７ 位置検出センサ読み取り部
３０ 照明光学系
３１ レーザパルス発生装置
３２ 光学系
３３ マスキングブレード
３４ レチクル
３５ 投影光学系
３６ ウエハ
３７ ウエハステージ
３８ リレーレンズ
３９ ミラー
４０ リレーレンズ
４１ 露光照度の最高部
４２ 露光照度の中高部
４３ 露光照度の中間部
４４ 露光照度の中低部
４５ 露光照度の最低部
４６ 未修整レベル
４７ 一次修整レベル
４８ 修整光量プラス側修整状態
４９ 修整光量マイナス側修整状態

Claims (10)

1. 原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを基板上に投影する投影光学系とを有し、前記原版および前記基板を走査させながら露光を行う露光装置であって、前記照明光学系中に配され、前記原版上の被照明領域を走査方向において規定する、第１の遮光板および第２の遮光板と、
   固定部と、モータと、該モータにより駆動される被駆動部材と、一方が一軸回りにのみ回動可能な回転支点を介して前記固定部に連結され他方が第１ヒンジを介して前記被駆動部材に連結され、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板のうち少なくとも一方を保持する第１の保持部材と、
   一方が第２のヒンジを介して前記固定部に連結され他方が第３のヒンジを介して前記被駆動部材に連結された前記第１の保持部材と平行に動く第２の保持部材とを有し、前記被駆動部材の駆動にともなう前記第１ヒンジ、前記第２のヒンジ及び前記第３のヒンジの変形により前記第１の保持部材を前記回転支点を支点として回転させることによって、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板の少なくとも一方を回動させるリンク機構と、を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記基板上には複数のショットが露光され、
   前記リンク機構は、前記基板のプロセス原因に基づいて、前記ショットごとに、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板のうち少なくとも一方を回動させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記基板上には複数のショットが露光され、
   前記リンク機構は、ショット間で、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板のうち少なくとも一方を回動させることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記リンク機構の回動によって、前記基板上に露光される非走査方向線幅が調整されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記リンク機構は、前記第１の遮光板および前記第２の遮光板を、前記走査方向に垂直な基準線に関して対称となるように、回動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記リンク機構の回動中心は、前記照明光学系の光軸から隔たった位置にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記照明光学系は、前記原版および前記基板の走査に応じて移動する第１のマスキングブレードおよび第２のマスキングブレードを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記第１の遮光板のエッジおよび前記第２の遮光板のエッジは、それぞれ前記第１のマスキングブレードのエッジおよび前記第２のマスキングブレードのエッジに対応した形状をしていることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記第１の遮光板および前記第２の遮光板のうち少なくとも一方のエッジの形状が可変であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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