JP7005183B2 - 露光方法、露光装置および、物品製造方法 - Google Patents

Description

露光方法、露光装置および、物品製造方法に関する。

半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクルに描画された回路パターンを投影光学系によって基板に投影して転写する縮小投影露光装置が使用されている。縮小投影露光装置は、半導体素子の回路線幅の縮小に伴い、基板に転写されるパターンの線幅均一性の改善の要求が高まっている。

線幅均一性は、一般にＨＶ差とも称され、基板に転写されるパターンの、基板面の水平方向（Ｈ方向）および垂直方向（Ｖ方向）の線幅と設計線幅との差分の大きさを指す。線幅均一性が低下すると、半導体素子の歩留まりが低下する。線幅均一性の改善方法としては、絞りやＮＤフィルター等を用いて有効光源分布を歪ませる方法がある。（特許文献１）

特開２００５－２６８４８９号公報

しかし、特許文献１の方法は、有効光源を調整するための調整機構が必要となり、例えば、コストの面で不利となりうる。

本発明は、例えば、簡易な方法で線幅均一性を改善できる露光方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、原版に形成されているパターンを照明して、基板上の複数の露光領域を露光する露光方法であって、複数の露光領域のいずれかの領域の露光を開始して終了するまでの期間に基板を移動させる工程を含み、当該期間において領域の露光を終了する前に基板を移動させるタイミングは、基板上に形成されるパターンの、基板の面における第１方向の幅と、第１方向に対して垂直の方向である、基板の面における第２方向の幅と、の差分に基づいて決定される、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、簡易な方法で線幅均一性を改善できる露光方法を提供することができる。

第１実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。 露光開始から露光終了までの露光光量と時間の関係の例である。 線幅調整のフローチャートである。 第１実施形態に係る光学像のシミュレーション結果である。 ステージ駆動開始時間とＨＶ差との相関図である。 ウエハステージのステップ駆動の一例である。 ＨＶ差が最小となるウエハステージのステップ駆動の一例である。 露光光量と時間の関係である。 ウエハステージのステップ方向における位置を示すグラフである。 ウエハステージの駆動中に露光を開始した場合の光学像のシミュレーション結果である。 露光開始時間とＨＶ差との相関図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、各図面において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
〔第１実施形態〕

図１は、本実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。本実施形態における露光装置１００は、半導体デバイス製造工程に使用される、被処理基板であるウエハに対して露光処理を施す装置であり、特に、ステップ・アンド・リピート方式を採用した投影露光装置である。

露光装置１００は、照明光学系１１０と、レチクルＲを保持するレチクルステージ１２０と、投影光学系１３０と、基板Ｗを保持するウエハステージ１４０と、露光装置１００の各構成要素を制御する制御部１５０と、を備える。なお、以下の図において、投影光学系１３０の光軸に平行にＺ軸を取り、該Ｚ軸に垂直な平面内で紙面平行方向をＸ軸、該Ｘ軸に直交する紙面垂直方向をＹ軸として説明する。

照明光学系１１０は、不図示の光源部を備え、転写用の回路パターンが形成されたレチクルＲを照明する装置である。光源部に含まれる光源としては、例えば、レーザを使用する。使用可能なレーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ等である。

なお、レーザの種類は、エキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用しても良いし、レーザの個数も限定されない。また、光源部にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザをインコヒーレント化するインコヒーレント光学系を使用することが好ましい。更に、光源部に使用可能な光源は、レーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプ等のランプも使用可能である。

また、照明光学系１１０は、不図示であるが、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、及び絞り等を含む。一般に、内部の光学系は、コンデンサーレンズ、ハエの目、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する。この場合、ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含む。

なお、ライトインテグレーターは、光学ロッドや回折要素に置換される場合もある。また、有効光源形成部を有し、絞り、プリズムにより、円形、変形照明用の輪帯照明、４重極照明などを作成選択できる構成となっている。更に、光の偏光状態を制御できる構成を備えていてもよい。また、有効光源分布を、絞り、ＮＤフィルターにより非対称に歪ませたり、偏光調整により有効光源の偏光状態を非対称に調整したりすることで、特定方位の線幅を調整できる機構を備えていてもよい。

レチクルＲは、例えば、石英ガラス製の原版であり、転写されるべき回路パターンが形成されている。また、レチクルステージ１２０は、レチクルＲを保持、及び位置決めするための装置である。更に、レチクルステージ１２０は、移動鏡１４３１と、該移動鏡１４３１にレーザビームを投射し、その反射光を受光することによってレチクルステージ１２０の位置を検出するためのレーザ干渉計１２２を有する

投影光学系１３０は、照明光学系１１０からの露光光ＩＬで照明されたレチクルＲ上のパターンの回折光を所定倍率（例えば、１／２、１／４、若しくは１／５）で基板Ｗ上に結像、干渉させる。ウエハ上に形成された干渉像は、レチクルパターンとほぼ同じ像を形成する。この干渉像は一般的に光学像と呼び、光学像の形状がウエハ上に形成される線幅を決める。

投影光学系１３０は、複数の光学要素のみから構成される光学系や、複数の光学要素と少なくとも一枚の凹面鏡とから構成される光学系（カタディオプトリック光学系）が採用可能である。若しくは、投影光学系１３０として、複数の光学要素と少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学要素とから構成される光学系や、全ミラー型の光学系等も採用可能である。

基板Ｗは、表面上にレジスト（感光剤）が塗布された、単結晶シリコン製、ＳｉＣ製、ＧａＮ製、またはＳｉＯ_２製の基板である。基板Ｗは、パターンが形成される複数の露光領域（ショット）を有する。また、ウエハステージ１４０は、ＸＹＺ方向に移動可能な基板ステージであって、基板Ｗを保持、及び位置決めするための装置である。ウエハステージ１４０は、基板Ｗを吸着保持する保持部１４１と、該保持部１４１を支持する支持体１４２とを有する。

また、ウエハステージ１４０は、不図示であるが、支持体１４２の鉛直方向上面に、空気ばねによるアクチュエータ部を備える。更に、ウエハステージ１４０は、移動鏡１４３と、該移動鏡１４３にレーザビームを投射し、その反射光を受光することによってウエハステージ１４０の位置より駆動量を検出するためのレーザ干渉計（位置計測手段）１４４を有する。更に、ウエハステージ１４０の上部（Ｚ軸上）には、ウエハステージ１４０のＺ軸に対する位置、及び振動を検出するレーザ干渉計１４５を有する。

制御部１５０は、露光処理、及び、該露光処理に際してレチクルＲや基板Ｗの駆動等を実施するために、光学系やステージ系等の各構成要素を制御する制御手段である。制御部１５０は、本発明の露光方法をシーケンス、若しくはプログラムの形態で実施するものであり、磁気記憶装置やメモリ等で構成される記憶装置１５１を備えたコンピュータ、及びシーケンサ等で構成される。

また、制御部１５０は、ユーザーが各種動作命令を設定するためのコンソール部１６０を備える。制御部１５０は、ＬＡＮ等のケーブルを介し、露光処理の開始（露光光ＩＬの出力）や、レチクルステージ１２０及びウエハステージ１４０の駆動等の指令を各構成要素に送信する。また、制御部１５０は、レチクルステージ１２０及びウエハステージ１４０の位置、及び振動の計測値を、各レーザ干渉計１２２、１４４、１４５を介して集約する。この集約された各情報は、記憶装置１５１に保存される。

コンソール部１６０では、ユーザーが、予めレシピ情報の入力を行う。入力されたレシピ情報は記憶装置１５１に保存され、レイアウト指示に従い露光処理、ステージ移動が行われる。

続いて本実施形態の基本動作について説明する。図２は、基板Ｗ上の複数の露光領域のうち、ひとつの露光領域の露光開始から露光終了までの露光光量と時間の関係の例を示している。横軸が時間、縦軸が露光光量である。０で露光が開始されｔ_１にかけて絞り（露光シャッタ）を開き始める。ｔ_１～ｔ_２まで定常露光し、ｔ_２から露光シャッタを閉じ始めｔ_３で露光シャッタを閉じ終える。ステップ・アンド・リピート方式の場合、露光シャッタが閉じ切ったｔ_３以降に、ウエハステージ１４０が次の露光領域に向けてステップ移動を開始する。本実施形態では線幅均一性の向上のため、露光開始から終了までの期間（露光中）に、つまり露光シャッタが閉じ切る前にウエハステージ１４０の駆動を開始する。

以下、露光シャッタが閉じ切る前にステージ駆動することを「前倒し駆動」、前倒し駆動を開始するタイミングを「ステージ駆動開始時間」という。図２では露光終了時間がｔ_３で、露光中のｔ_４からウエハステージ１４０を駆動する。この場合の「ステージ駆動開始時間」はｔ_４となる。

図３は、線幅調整のフローチャートである。工程Ｓ３０１で、基板Ｗ上に形成されたパターンの線幅を測定、または計算で求める。線幅の測定には、例えば、ＳＥＭ、光学顕微鏡などを用いうる。線幅の算出は、例えば、投影光学系１３０の設計値、投影光学系１３０の製造後の収差、有効光源分布のうち、少なくとも一つを考慮した光学像計算による。

工程Ｓ３０２で、求めた線幅から、特定方位の線幅の調整量を決定する。調整量は、例えば、基板Ｗの面における第１方向の幅と、第１方向とは異なり、基板Ｗの面における第２方向の幅との差分に基づいて決定される。工程Ｓ３０３で、特定方位の調整量とステージ速度、または加速度および、露光量からウエハステージ１４０の「ステージ駆動開始時間」を決定する。工程Ｓ３０４で、コンソール部１６０から工程Ｓ３０３で決定された駆動前倒し時間を入力し、制御部１５０は、入力された「ステージ駆動開始時間」分だけウエハステージ１４０を「前倒し駆動」させる。

前倒し駆動による線幅調整の原理を説明する。まず、露光されるパターンがＸ方向に平行なパターンをＨパターン、Ｙ方向に平行なパターンをＶパターンとする。図４は、露光中にウエハステージ１４０がＸステップ駆動を開始した場合の光学像のシミュレーション結果を示す。Ｈパターン（本実施形態ではステップ方向に対して平行）は全く光学像への影響を受けないのに対して、Ｖパターン（本実施例ではステップ方向に対して垂直）は像がステップ方向に移動しながら露光されるため、光学像が変化し、線幅を変化する。

このように、露光中のステージ駆動によって、ステージステップ駆動方向に対して垂直なパターンの線幅を調整することが可能となる。例えば、ウエハステージ１４０がＹステップの場合は、ステップ方向に対して垂直なＨパターンの線幅を調整できる。また、レジストのノコシパターンでは線幅が細くなり、ヌキパターンでは太くなる。このように、特定方位の線幅を調整できるため、Ｖパターンのみ若しくはＨパターンのみのラインアンドスペース露光レイアウトの線幅調整や、ＨパターンおよびＶパターンが混在したときのＨＶ差の補正が可能となる。

図３に示すフローで実際に前倒し駆動したときのＨＶ差補正の具体例を述べる。まず、露光した基板Ｗの線幅（ノコシパターン）を評価した結果、ＨＶ差（Ｖ－Ｈ）が＋ΔＨＶ程度発生していることが分かった。この場合、調整目標は「ステップ方向をＸとし、Ｖパターンを－ΔＨＶ細くする。」ということになる。ステージ加速度、露光量を考慮し、光学シミュレーションをした結果、ステージ駆動開始時間Ｔのステージ前倒し駆動を行うことで、良好に補正できることが分かった。コンソール部１６０にステージ駆動開始時間Ｔを入力し、制御部１５０を通して前倒し露光を実施する。

図５は、ステージ駆動開始時間とＨＶ差との相関図である。前倒し駆動を実施しない場合、つまりステージ駆動開始時間０ｍｓｅｃではＨＶ差（Ｖ－Ｈ）が＋ΔＨＶ＝１５ｎｍ程度発生していた。Ｘステップ前倒し駆動を行うとＶパターンが細くなることでＨＶ差が低減し、ステージ駆動開始時間Ｔで、実験値でＨＶ差が２ｎｍ、シミュレーションではゼロとなる。

本実施形態ではＨＶ差補正量およびステージ加速度からシミュレーションでステージ駆動開始時間を求めた。記憶装置１５１にステージ加速度、速度データ、露光量を保持し、補正ＨＶ差から、制御部１５０が記憶装置１５１に保持されたデータを参照して自動でステージ駆動開始時間を算出、前倒し駆動を実行しても構わない。

また、ステージ駆動開始時間をショット共通、つまり、基板ごとに設定してもよいし、ショット毎に最適化して、ショット毎に異なるステージ駆動開始時間を設定して前倒し駆動を実施しても構わない。

また、本実施形態ではステップ方向に前倒し駆動したことにより、光学像が非対称になり、像シフトが発生しうる。必要であれば像シフトを考慮して露光位置を調整する、シフト補正を実施することも可能である。また、露光中にステップ方向とステップ方向と１８０°方向に交互にステージ駆動させ、光学像が非対称になることを防ぎ、シフト発生を抑えることも可能である。

また、ウエハステージ１４０のステップ方向をショット毎のＨＶ差によって最適化しても構わない。図６は、ウエハステージ１４０のステップ駆動の一例である。図７は、ＨＶ差が最小となるウエハステージ１４０のステップ駆動の一例である。それぞれの図において、番号は露光領域の場所を示し、矢印で結ぶ順に露光される。通常であれば図６のようにウエハステージ１４０は、スネーク状にステップ駆動するが、図７のようにステップを、ウエハ内のＨＶ差が最小になるように最適化しても構わない。

図６の４５番のショットから４６番のショットのように斜めにウエハステージ１４０がステップ駆動する場合、必要な補正方向がＸ方向のとき、露光中にＸ方向に微小ステップした後、露光終了後に４６番のショット位置に移動することも可能である。

また、ステップ駆動開始前に線幅補正のためのステージ駆動を終わらせてもよい。図８は、基板Ｗ上の複数の露光領域のうち、ひとつの露光領域の露光開始から露光終了までの露光光量と時間の関係の例を示している。横軸が時間、縦軸が露光光量である。図８に示すように、ｔ_１～ｔ_２の定常露光中のｔ_４でステージ駆動を開始し、ｔ_５でステージ駆動を終了させる。ステージ駆動方位は線幅補正の方位で決定された一方向に駆動されてもよいし、一方向と一方向と１８０°方向に交互にステージ駆動させてもよい。ステージ駆動時間は、線幅補正量、ステージ速度、加速度、露光量から決定される。

以上のように、本実施形態の露光方法によれば、線幅の調整のために有効光源を調整するなどの調整機構を用いることなく、ステージ駆動のタイミングを調整するという簡易な方法で線幅均一性を改善できる。
〔第２実施形態〕

第１実施形態では、ひとつのショットの露光において露光シャッタが閉じきる前にウエハステージ１４０を駆動させることで、線幅を調整していた。本実施形態では、ウエハステージ１４０の駆動途中で露光を開始することで線幅を調整する。

図９は、ウエハステージ１４０が露光位置にステップ駆動した後からステージが完全に静止するまでの、レーザ干渉計１４４で計測されたウエハステージ１４０のステップ方向における位置を示すグラフである。横軸が時間、縦軸がステップ方向における位置である。原点は、いずれかのショットを露光するときのウエハステージ１４０の位置（目標位置）である。

ウエハステージ１４０を目標位置まで移動させる過程で、目標位置を中心としてウエハステージ１４０が振動する。ウエハステージ１４０の振動の振幅は、ウエハステージ１４０が目標位置付近に到着してから徐々に小さくなっていく。従来の露光装置では、例えば、図９で示す完全静定した時点をウエハステージ１４０の駆動が終了した時点として、この時点以降にショットの露光が開始される。なお、完全静定前に振幅がある程度小さくなった時点をウエハステージ１４０の駆動が終了した時点としてもよい。本実施形態では、ウエハステージ１４０の振動を利用して、ウエハステージ１４０の静定を待たずに、つまり駆動中に露光を開始することで線幅を調整する。

露光の開始タイミングは、振動量（振幅）が、線幅調整に必要なウエハステージ１４０の駆動量と一致する時点である。調整量、必要駆動量は、第１実施形態と同様に求められる。

図１０は、ウエハステージ１４０の駆動中に露光を開始した場合の光学像のシミュレーション結果を示す。ウエハステージ１４０がＸ駆動中に露光を開始する場合、Ｈパターン（本実施形態ではステップ方向に対して平行）は変わらないが、Ｖパターン（本実施形態ではステップ方向に対して垂直）の光学像が変化し、線幅を変化する。このように、露光中のステージ駆動によって、ステージステップ駆動方向に対して垂直なパターンの線幅を調整することが可能となる。また、レジストのノコシパターンでは線幅が細くなり、ヌキパターンでは太くなる。

また、第１実施形態と違い、＋Ｘ方向、－Ｘ方向にステージが駆動するので、左右対称に像が歪むことになり、像シフトの影響は少なくなる。このように、特定方位の線幅を調整できるため、Ｖパターンのみ若しくはＨパターンのみのラインアンドスペース露光レイアウトの線幅調整や、ＨパターンＶパターンが混在したときのＨＶ差の補正が可能となる。

図１１は、露光開始時間とＨＶ差との相関図である。ウエハステージ１４０をＸステップするショットで、パターンはノコシパターンである。本実施形態では、露光開始時間をＴ´で運用することになる。本実施形態では、ＨＶ差補正量から「露光開始時間」を求めたが、入力した補正ＨＶ差から、装置がレーザ干渉計１４４で計測されたウエハステージ１４０の駆動量を把握し、制御部１５０が自動で「露光開始時間」を算出、露光を行っても構わない。以上、本実施形態でも第１実施形態と同様の効果を得られる。

なお、従来用いられていた有効光源分布の調整と第１実施形態または第２実施形態を併用して特定方位の線幅補正を実施しても構わない。また、特定方位の線幅補正方向が、ウエハステージ１４０の、例えば生産性の観点で理想的なステップ方向と一致せず、線幅補正、生産性が両立できないショットが混在する場合がある。補正方向とステップ方向が一致しないショットに対しては、有効光源分布の調整で特定方位の線幅補正を実施してもよい。有効光源分布の調整以外に、例えば、特許第５３１２０５８号公報に記載の縦横倍率補正機構を併用することも可能である。

（物品製造方法に係る実施形態）
本実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等や微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。例えば、物品として、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。さらに、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。基板は、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられ、必要に応じて、その表面に基板とは別の材料からなる部材が形成されていてもよい。基板としては、具体的に、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスなどである。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。

１００ 露光装置
１１０ 照明光学系
１２０ レチクルステージ
１３０ 投影光学系
１４０ ウエハステージ
１５０ 制御部

Claims (9)

1. 原版に形成されているパターンを照明して、基板上の複数の露光領域を露光する露光方法であって、
   前記複数の露光領域のいずれかの領域の露光を開始して終了するまでの期間に前記基板を移動させる工程を含み、
   前記期間において前記領域の露光を終了する前に前記基板を移動させるタイミングが、前記基板上に形成されるパターンの、前記基板の面における第１方向の幅と、前記第１方向に対して垂直の方向である、前記基板の面における第２方向の幅と、の差分に基づいて決定される、
   ことを特徴とする露光方法。
2. 前記基板を移動させる方向は、前記差分に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記基板を移動させる量は、前記差分に基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
4. 前記いずれかの領域の露光を開始するタイミングは、前記差分に基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光方法。
5. 前記いずれかの領域の露光を開始するタイミングは、前記いずれかの領域を露光する位置まで前記基板を移動させている過程で生じる前記基板の振動量に基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
6. 前記差分に基づいて、前記原版を照明する光学系の有効光源分布を調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光方法。
7. 前記差分は、前記基板上の複数の露光領域のそれぞれに形成されるパターンについて求められることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光方法。
8. 原版に形成されているパターンを照明して、基板上の複数の露光領域を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持して移動するステージと、
   前記ステージを制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記複数の露光領域のうちいずれかの領域の露光を開始して終了するまでの期間に前記ステージを移動させ、
   前記期間において前記領域の露光を終了する前に前記ステージを移動させるタイミングを、前記基板上に形成されるパターンの、前記基板の面における第１方向の幅と、前記第１方向に対して垂直の方向である、前記基板の面における第２方向の幅と、の差分に基づいて決定する、
   ことを特徴とする露光装置。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光方法または請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
   前記露光工程で前記露光された前記基板を現像する現像工程と、
   前記現像工程で前記現像された基板から物品を製造する製造工程と、
   を含むことを特徴とする物品製造方法。

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