JPH06120108A - 投影露光方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、微細パターンを有する比較的
大面積の回路パターンを精度良くかつ高速に転写する方
法およびその装置を提供することにある。 【構成】複数の露光光学系、複数のレティクル（５、
６）を導入し、ウェーハ（１１）上でパターン合成を行
なうことによリ、さらに複数の露光光学系の露光条件を
適宜変えることにより達成される。 【効果】レティクルの移動あるいは交換を伴わない複数
のパターンの合成により、大面積の回路パターンの転写
を精度良くかつ高速に行なうことができるという効果が
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウェーハ上に微細パタ
ーンを転写する投影露光方法および装置に関し、特に微
細パターンを有する比較的大面積の半導体集積回路パタ
ーン等を精度よくかつ高速に転写する方法およびその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や液晶素子の回路パター
ンの形成には、リソグラフィ技術と呼ばれる、マスク上
に描かれたパターンを試料基板上に転写する方法が広く
採用されている。このパターン転写を行なうために、一
般には、マスク上のパターンを縮小して転写する縮小投
影型の投影露光装置が用いられる。

【０００３】近年、半導体集積回路等のパターンの微細
化と大面積化が進むに伴って、上記投影露光装置には、
解像力が高く微細なパターンの転写が可能であると共に
露光領域ができるかぎり広いことが要求されている。一
般に、投影レンズの開口数（ＮＡ）が大きいほど、ある
いは露光光の波長が短いほど解像力は向上する。しか
し、投影レンズを設計するに当たり、露光領域を広くす
ることと解像力を向上させることを両立させることは一
般に困難である。そこで、高い解像力を前提とすると、
露光領域はある程度限られてしまうのが現状である。こ
のような場合、大面積のパターンを転写する際には、回
路パターンを複数個の領域に分割し、各々のパターンを
転写してつなぎ合わせていく方法をとらざるをえない。
従来は、複数個の領域に分割した各々のパターンが描か
れた複数のマスクを準備し、同一の試料基板に対して、
投影露光装置に載置するマスクを交換してパターンを転
写する工程を繰り返すことによって、大面積のパターン
を形成した。また、マスクの交換を省略する方法とし
て、特開昭６３−１０７０２３号公報に、投影露光装置
の投影レンズの投影可能な領域よりも大きな領域のマス
クを用いて、マスクを移動させながらマスクの一部分を
露光し、パターンをつなぎ合わせる方法が示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】大面積の素子パターン
転写に際しては、素子の一部分のパターンが描かれたマ
スクを複数個準備し、試料基板上に各々のパターンをつ
なぎ合わせて転写する方法がある。パターンのつなぎ合
わせ精度を確保するために、一般には同一の投影露光装
置を用いて、マスクを交換しながらパターン転写を行な
っていく。このため、同一試料にパターンを転写する間
にマスクの交換は必須であり、露光工程は複雑であると
共に、単位時間当たりの基板の処理能力すなわちスルー
プットも低いという問題がある。一方、特開昭６３−１
０７０２３号公報に開示されている縮小投影露光装置で
は、マスクの交換を行なうことなく同一の投影レンズを
用いて大面積のパターンを分割露光することができる。
しかし、投影レンズの転写可能な領域より大きなマスク
を搭載し、マスクを移動させながら分割露光するので、
ウェーハ等の試料基板の位置決め機能のほかにマスク位
置の移動の機能も必要となり、投影露光装置全体の構成
が複雑になる。

【０００５】本発明の課題は、スループットの低下を招
かない投影露光方法および投影露光装置を提供すること
にある。特に、投影レンズの転写可能な領域より大きな
サイズの集積回路パターンの転写に際しては、解像力を
確保したまま分割露光したパターンを接続させて所望の
パターンを形成し、かつスループットの低下の無い投影
露光方法および投影露光装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、露光可能な
投影領域の大きさよりも解像力を優先させて設計した投
影光学系を少なくとも２個設置し、各々の投影光学系に
は所定のパターンが描かれたマスクを配置し、上記少な
くとも２個の投影光学系を用いて同一試料基板上に所望
のパターンを形成することにより達成される。また、上
記少なくとも２個の投影光学系の露光条件を絞り等を用
いて適宜選択し、同一試料基板上にパターンを隣接ある
いは合成することによって達成される。

【０００７】

【作用】少なくとも２個の投影光学系に載置されている
マスクには、それぞれ一つの回路素子を分割したときの
異なる領域のパターンが描かれているので、同一試料基
板を順次上記投影光学系に対応する所定位置に移動させ
て露光を行なうことにより、マスクの移動を伴うこと無
く所望の回路パターンを形成することができる。更に、
少なくとも２個の投影光学系の露光条件を異なる条件に
設定し、例えば一方を周期パターンに最適な条件、他方
を孤立パターンに最適な条件として、あるいは、一方に
は透過光の位相差を与えるマスク、他方には位相差を与
えないマスクを用いて、それぞれのパターンを接続ある
いは合成することによって、複雑なパターン群から構成
される回路パターンを試料基板上に形成することができ
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。

【０００９】〔実施例１〕図１は、本発明の第１の実施
例を示す図である。本実施例では一つの露光装置にパタ
ーン転写のための露光光学系が２個以上搭載されてい
る。まず、照明光源１から発する光束は照明光学系３を
介して第１の基板であるマスク５を照明する。マスク５
上に描かれたパターン（図示していない）は投影レンズ
９を介して所定の倍率で第２の基板であるウェーハ１１
上に転写される。同様に、照明光源２から発する光束は
照明光学系４を介して第１の基板であるマスク６を照明
し、マスク６上に描かれたパターンは投影レンズ１０を
介して所定の倍率でウェーハ１１上に転写される。マス
ク５、６は、それぞれマスク載置台７、８上の所定の位
置に位置決めされている。以後、マスク５、６を共レテ
ィクルと称することにする。

【００１０】ウェーハ１１は、Ｚ方向に移動可能なＺス
テージ１４上に載置され、さらにＸＹ方向に移動可能な
ＸＹステージ１５上に搭載されているので、投影露光装
置のベース１６に対して所望の露光位置に移動可能であ
る。ウェーハ１１が載置された位置は、従来の投影露光
装置の位置検出方法で行なわれる。すなわち、ウェーハ
１１上に予めその位置情報を与えるマークを設けてお
き、そのマークを専用の検出器（図示していない）で検
出することによって位置誤差を検出する。検出結果に応
じてパターン転写の際にウェーハ１１が停止すべき位置
を求め、ＸＹステージ１５、Ｚステージ１４の移動によ
り逐次位置決めしていく。Ｚステージ１４およびＸＹス
テージ１５は、それぞれの駆動手段１７、１８によって
駆動される。また、ウェーハ１１の位置は、Ｚステージ
１４に固定されたミラー１２の位置として、レーザ測長
器１３で正確にモニタされている。

【００１１】レティクル５はレティクルステージ７上に
載置され、図２に示す領域２１内のパターンが投影レン
ズ９を介してウェーハ１１上に転写される。図２におい
て２２は投影レンズ９の投影可能な領域を示す。同様
に、レティクル６はレティクルステージ８上に載置さ
れ、図３に示す領域２３内のパターンが投影レンズ１０
を介してウェーハ１１上に転写される。図３において２
４は投影レンズ９の投影可能な領域を示す。ウェーハ１
１が一旦Ｚステージ上に載置されると、途中で回収され
ること無くレティクル５上のパターン２１とレティクル
６上のパターン２３とが転写される。転写の順序は、パ
ターン２１とパターン２３とを交互に行なっても良い
し、まず一方のパターンを所定の位置すべてにわたって
転写し、次に他のパターンを転写しても良い。図４は、
上記２種類のパターンの転写により得られた投影像３
１、３２を隣接させてつなぎ合わせることによって一つ
の回路素子３０のパターンを形成した例を示す図であ
る。３３は接続領域であるが、この領域内には、素子回
路を構成する全パターンの中の最も微細なパターンは配
置されていない。本実施例では最小寸法の１．２倍以上
のパターンのみを配置し、パターンのつなぎ合わせ誤差
の許容値を大きくした。図５は４種類のパターンを３
５、３６、３７、３８つなぎ合わせて一つの素子３４の
回路パターンを形成した例である。３９は接続領域であ
る。以上のように、投影レンズ９、１０の投影可能な領
域を積極的に広くすることを避けることによって、解像
力のみを重視することができ、微細なパターンの転写が
可能となる。

【００１２】〔実施例２〕以下、第２の実施例について
説明する。

【００１３】一つの回路パターンには周期性の有るパタ
ーンや孤立したパターン等種々のパターンが含まれる。
通常、照明手段１あるいは２には図７に示すような照明
絞り４２が設けられている。絞りは遮光部４３内の円形
開口４４から成るのが一般的で、円形開口４４の半径を
変えることによってパターン転写の際の干渉性の度合い
を変えることができる。しかし、ライン／スペースパタ
ーンのように周期性を有するパターンを転写する際は、
図８（Ａ）または図８（Ｂ）の例に示すように絞りの中
心部が遮光部となっている方が解像力を確保する上で有
利である。４５は輪帯開口部、４６−１、４６−２、４
６−３、４６−４は遮光部内に設けた開口部である。そ
こで、本実施例では、図１に示す照明手段１には従来と
同様に図７に示す絞りを設け、照明手段２には図８
（Ａ）あるいは図８（Ｂ）に示す絞りを設けた。そし
て、素子回路パターンのうちホール等の孤立パターンに
ついてはレティクル５、周期パターンについてはレティ
クル６を用いてパターン転写を行ない合成すると、所望
のパターンが精度良く得られた。パターンの合成に当た
っては、図４、図５の例に示すように、複数のパターン
を隣接させてつなぎ合わせても良いし、またパターンの
種類に応じて露光光学系を使いわけ、図６に示すように
転写したパターン領域を少なくとも部分的に重ねること
によって所望のパターンを形成しても良い。また、パタ
ーンの方向性に応じて露光光学系を使いわけてもよい。

【００１４】パターン転写にあたり、レティクル５ある
いは６の特定の部分を遮光するマスキングブレードをレ
ティクルと照明手段の間に設けても良い。また、本実施
例ではパターンの種類に応じて照明絞りを変えたが、同
様の絞りあるいはフィルターは照明光源の位置のみなら
ず、照明光源と共役な位置、投影レンズの瞳位置に配置
することも可能である。特に、投影レンズの瞳位置に配
置するフィルタは透過光の強度のみならず光の位相も変
化させることにより、パターンの種類に適したフィルタ
ーとなる。更に、複数の露光光学系の条件を変える手法
として、投影レンズの開口数（ＮＡ）や露光光の波長を
互いに変えておくこと、あるいは、レティクルの種類と
して透過光の位相差を与えるものと位相差を与えない通
常のレティクルとを用いることも可能である。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、レティクルの移動ある
いは交換を行なうことなく複数のパターンの合成が可能
なので、大面積の回路パターンの転写を精度良くかつ高
速に行なうことができるという効果がある。また、複数
の投影光学系を並列利用することにより、小面積の回路
パターンを形成する際のスループットを大幅に向上させ
ることがきるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である投影露光装置の構
成図である。

【図２】第１のレティクルとパターン領域および投影領
域を示す図である。

【図３】第２のレティクルとパターン領域および投影領
域を示す図である。

【図４】転写された２種類のパターンを合成して回路パ
ターンを形成した素子の領域を示す図である。

【図５】素子領域を４分割し、それぞれの転写パターン
を合成して回路パターンを形成した例を示す図である。

【図６】転写パターンを少なくとも部分的に重ねあわせ
て回路パターンを形成した例を示す図である。

【図７】照明光源１または２に設けた絞りの形状の例を
示す図である。

【図８】照明光源１または２に設けた絞りの他の形状の
例を示す図である。

【符号の説明】

１、２…照明光源、３、４…照明光学系、５、６…レテ
ィクル、９、１０…レティクル、１１…ウェーハ、１９
…システム制御系、４２…照明絞り。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 彰 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 木村 紳一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光、真空紫外領域あるいはＸ線領域のビー
   ムを放射する光源を用いて、第１の基板上に描かれてい
   るパターンを結像光学系を介して第２の基板上に転写す
   る投影露光方法であって、上記結像光学系を少なくとも
   ２個有し、上記第２の基板の位置情報を与えるマークを
   検出するマーク検出工程と、該マーク検出工程で得られ
   る結果に基づいて上記の結像光学系に対して上記第２の
   基板が停止すべき座標を演算する位置演算工程と、上記
   第２の基板を前記位置演算工程で求められた位置に逐次
   位置決めしていく工程と、上記少なくとも２個の結像光
   学系を介して異なる種類のパターンを同一の第２の基板
   上に転写する露光工程とからなることを特徴とする投影
   露光方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の投影露光方法において、
   上記第１の基板は上記少なくとも２個の複数の結像光学
   系に対してそれぞれ独立して配置されていることを特徴
   とする投影露光方法。
3. 【請求項３】請求項２に記載の投影露光方法において、
   上記複数の第１の基板上のパターンの投影像を上記第２
   の基板上で隣接させてつなぎ合わせるかあるいは少なく
   とも部分的に重ね合わせることにより上記第２の基板上
   に所望のパターンを形成することを特徴とする投影露光
   方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の投影露光方法において、
   上記第１の基板を上記少なくとも２個の結像光学系に対
   して選択的に移動させて位置決めする第１の基板の位置
   決め工程と、選択された結像光学系を介して上記第１の
   基板上に描かれているパターンの全部あるいは一部分の
   領域を第２の基板上に転写する露光工程とを設けたこと
   を特徴とする投影露光方法。
5. 【請求項５】第１の基板上に描かれているパターンを結
   像光学系を介して第２の基板上に転写する投影露光装置
   において、光、真空紫外領域あるいはＸ線領域のビーム
   を放射する光源と、少なくとも２個の上記結像光学系
   と、上記の結像光学系に対して上記第２の基板が停止す
   べき座標を演算する位置演算手段と、前記位置演算手段
   で求められた位置に上記第２の基板を逐次位置決めして
   いく駆動手段と、上記位置決めされた時点で該位置に対
   応する結像光学系を介して第２の基板上に前記第１の基
   板上のパターンを露光する露光手段とを有することを特
   徴とする投影露光装置。
6. 【請求項６】請求項５に記載の投影露光装置において、
   上記第１の基板は上記少なくとも２個の複数の結像光学
   系に対してそれぞれ独立して配置されていることを特徴
   とする投影露光装置。
7. 【請求項７】請求項５記載の投影露光装置において、前
   記光、真空紫外領域あるいはＸ線領域のビームを放射す
   る光源を含む照明手段を少なくとも２個設け、各々の照
   明手段には互いに異なる照明絞りを設けたことを特徴と
   する投影露光装置。
8. 【請求項８】回路パターン形成領域を複数の領域に分割
   できる境界線領域を有し、該境界線領域内に配置あるい
   は境界領域を横切るパターンの寸法は、回路パターンを
   構成するすべてのパターンのうちの最小寸法よりは大き
   な寸法であることを特徴とする半導体集積回路。