JPH09148241A - 走査露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 マスク上のパターンを感光基板上に露光量の
むらがなく高精度に走査露光できる走査露光装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 ２つの同心円で囲まれる円環領域の一部
を含む所定開口１０５の照明光束で第１物体１０７面上
のパターンを照明し、第１物体面上のパターンを投影光
学系１０９により可動ステージ１１１に載置した第２物
体１１０面上に第１物体１０７と該可動ステージ１１１
とを投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期さ
せて２次元的に走査させながら投影露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査露光装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法に関し、ＩＣ，ＬＳＩ，
ＣＣＰ，磁気ヘッド，液晶パネル等のデバイスを製造す
る際に好適なものである。

【０００２】特にレチクル上のパターンの一部をウエハ
上に転写するための投影光学系と、レチクル上のパター
ンの一部を円弧状光束により照射するパルス光光源また
は連続発光光源を有した照明系、そしてレチクルとウエ
ハを円弧状光束と投影光学系に対して一定の速度比でス
キャンするスキャン機構部とを用いてレチクル上のパタ
ーンをウエハ上に走査露光転写し、高集積度のデバイス
を製造する際に好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】近年ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスの
高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半
導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加
工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光
域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板
を走査しながら露光する等倍投影露光装置（ミラープロ
ジェクションアライナー）や、マスクのパターン像を屈
折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステッ
プアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置（ス
テッパー）等がある。また最近では、高解像力が得ら
れ、且つ画面サイズを拡大できるステップアンドスキャ
ン方式の走査型の投影露光装置が種々と提案されてい
る。

【０００４】０．５ミクロン以下の解像度として、例え
ば高解像度化を図りつつ、１チップ面積当りの大面積化
を図ることが要望されているが、これを達成しようとす
ると設計上及び製造上種々な問題点が生じてくる。

【０００５】例えば、大面積の露光領域にわたって収差
を取り除く設計と、製造，加工誤差，環境変化等による
性能劣化防止を図ることが極めて困難になっている。こ
のような問題点を解決する方法の１つとして投影光学系
の特定の略諸収差が完全に補正された領域、所謂無収差
領域を利用して走査露光する方法があり、種々と提案さ
れている。

【０００６】この方法では、例えば矩形，円弧状等の部
分照明領域に対してレチクル及び感光性の基板を同期し
て走査することにより、レチクル上のその部分照明領域
より広い面積のパターンを基板上に逐次投影露光してい
る。部分照明領域は通常、この部分照明領域に対応する
像が無収差結像となるように選んでいる。投影光学系と
して反射屈折系を使用するような場合には、無収差領域
の形状がしばしば円弧状の領域となる。

【０００７】図１２は投影系で得られる円弧状の無収差
領域を露光領域１２１としてウエハ１２３上を矢印方向
（主走査方向）ＳＤに走査して１チップ１２２上に回路
パターンを順次露光する状態を示している。尚、実際の
露光領域は必ずしも完全なる円弧，即ち同心円にて囲ま
れる輪帯領域全てを用いてはいない。これは主走査方向
に対する切片長が、円弧端部で長く、円弧中心部で短く
なるためであり、この長さの違いは露光量むらを生じる
原因となるからである。

【０００８】この露光量むらを防ぐために実際は図１２
に示したように円弧状の露光領域１２１の端部を輪帯領
域よりも狭くするなど、形状を変化させている。また、
予め照明強度に傾斜を持たせ、端部で強度を弱めるよう
にしている。

【０００９】図１２に示した走査露光法では、円弧状の
露光領域１２１の走査方向ＳＤに垂直な長さによって露
光できる１チップ１２２の面積が制限される。１チップ
の大面積化を図るには走査を１次元的なものではなく、
図１３に示すように副走査方向ＳＢにも走査する２次元
的な走査を用いる方法がある。

【００１０】同図において１３２は１チップ領域，１３
１は露光領域，１３３はウエハである。この２次元的な
走査露光の場合、１チップ１３２に相当する回路パター
ン領域を図中に示した主走査と副走査の２方向で走査露
光する。この場合主走査，副走査ともに１つのチップに
対する領域制限がなくなるため大面積化が容易に図れ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】２次元走査露光を用い
ると１チップの大面積化が容易になる。しかしながら、
この２次元走査露光には、所謂ピッチむらと呼ばれる副
走査方向の走査精度の不良に起因して、図１４に示すよ
うに副走査方向の継ぎ目に露光量のむらが生じるという
問題点が生じてくる。図１４に示すように露光領域１４
１の走査時にピッチむらΔｘが生じた場合、それに応じ
て露光量むらが生じる。

【００１２】図１５はピッチむらΔｘが生じた場合の露
光量むらの様子の説明図である。図１５（Ａ）は露光領
域が重なる方向にピッチむらが生じた場合、図１５
（Ｂ）は離れる方向の場合である。図に示したように、
この方式の走査露光では露光量むらは、露光量が場所に
より０となるか、あるいは所定の露光量の２倍になるか
のどちらかの極値となり、露光むらは不連続的に変化す
る。

【００１３】このような露光量むらはむらというより
は、半導体回路パターンにおける線像の露光に近く、本
来の回路パターンに混在して、これを破壊するものであ
り、半導体製造用の露光装置における重大な問題点とな
っている。

【００１４】本発明は、円弧状の照明光束でマスク面上
を照明し、該マスク面上のパターンをウエハ面上に投影
光学系を介して走査露光方式を利用して２次元的に投影
露光する際に副走査方向のピッチむらによる露光量むら
の影響を少なくし、高解像度化及び大面積化を図った走
査型露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提
供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の走査露光装置
は、 （１−１）２つの同心円で囲まれる円環領域の一部を含
む所定開口の照明光束で第１物体面上のパターンを照明
し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により可動
ステージに載置した第２物体面上に該第１物体と該可動
ステージとを該投影光学系の投影倍率に対応させた速度
比で同期させて２次元的に走査させながら投影露光する
ことを特徴としている。

【００１６】特に、 （１−１−１）前記第１物体と可動ステージとを主走査
方向と副走査方向に２次元的に走査させる際、走査に伴
って前記第１物体面上に照射される照明光束のうち副走
査方向に隣接する照明光束の周辺部が一部重複するよう
にしていること。

【００１７】（１−１−２）前記所定開口は２つの同心
円で囲まれる円環領域の一部の両端部に副走査方向に開
口の主走査方向の切片長が変化する周辺開口を有し、走
査に伴って第１物体面上に照射される照明光束のうち副
走査方向に隣接する照明光束のうち該周辺開口が互いに
重なり合い、該重なり合った該周辺開口の主走査方向の
切片長の和が該第１物体面上における該円環領域の主走
査方向の長さと略等しいこと。

【００１８】（１−１−３）前記所定開口は走査に伴っ
て前記第１物体面上に照射される照明光束のうち副走査
方向に隣接する照明光束の端部の一部が互いに重複し、
副走査方向における該重複した領域の照明光量の和が重
複しない領域の照射光量を略等しくなるように設定され
ていること。等、を特徴としている。

【００１９】また本発明のデバイスの製造方法は、前述
の構成（１−１）の走査露光装置を用いてデバイスを製
造していることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。図中１０２は楕円鏡，１０１は楕円鏡１
０２の第１焦点近傍に配置されている水銀灯やレーザー
等の光源である。光源１０１からの光束は楕円鏡１０２
により集光されて第１照明系１０３に導光され、本実施
形態に従う露光の基本単位となる遮光マスク１０４に設
けた走査用の所定開口（以下「開口」ともいう。）１０
５を所定の角度分布を有しつつ照明している。開口１０
５を通過した光束（照明光束）は第２照明系１０６によ
り第１物体であるレチクル１０７の面上を照明する。
尚、走査用の開口１０５は均一照明するように第２照明
系１０６によりレチクル１０７面上に開口像２０１とし
て結像されている。

【００２１】レチクルステージ１０８はその上部にレチ
クル１０７を真空吸着等で固定すると共に、矢印１１２
ａ，１１２ｂに示す方向に２次元的な走査を行う。図２
（Ａ）はこのときの走査照明の様子を示す一実施形態の
説明図である。同図において２０１は第２照明系１０６
によるレチクル１０７上に形成された開口１０５の像
（開口像）である。この開口像２０１を同図に示す矢印
２０２ａの如く主走査方向と矢印２０２ｂの如く副走査
方向に各々レチクル１０７面上を２次元走査することに
よりレチクル１０７の半導体回路パターンの１チップの
露光を行っている。

【００２２】再び図１において１０９は投影光学系であ
り、レチクル１０７上のパターンを第２物体であるウエ
ハ１１０面上に投影している。本実施形態において、投
影光学系１０７の投影倍率は縮小若しくは等倍で構成さ
れている。ウエハ１１０はウエハステージ５１１上に配
置されている。ウエハステージ１１１は矢印１１３ａ，
１１３ｂに示す如く２次元的に走査することができ、レ
チクルステージ１０７と投影光学系１０９の投影倍率に
応じて共役な移動を行うことにより走査露光が行われ
る。

【００２３】本実施形態の遮光マスク１０４の開口１０
５は図２（Ａ）に示すように走査に関し、副走査方向の
ピッチむらがないと想定したときに開口１０５の周辺部
のレチクル１０７面上における開口像２０１ａ１が副走
査方向２０２ｂに隣接する開口１０５の周辺部の開口像
２０１ａ２と互いに所定量、重なり合うようにしてい
る。そしてこのときの重なり合うことによる露光量の合
計が開口１０５のうち重なり合わない開口像２０１ｂに
よる露光量と等しくなるように周辺部の形状を特定した
ことを特徴としている。

【００２４】図２（Ｂ）は本実施形態における遮光マス
ク１０４に設けた走査用の開口１０５の説明図である。
本実施形態の開口１０５は２つの同心円１０５ａ，１０
５ｂの円に囲まれる円環状の一領域のうち円弧状領域の
端部を主走査方向２０２ａに対して有限の角度を持つ複
数の直線１０５ｃ〜１０５ｅからなる形状としている。

【００２５】そして２つの同心円で囲まれる円環領域の
一部の両端部に副走査方向に開口面積が変化する周辺開
口を有し、走査に伴って第１物体面上に照射される照明
光束のうち副走査方向に隣接する照明光束のうち該周辺
開口が互いに重なり合い、該重なり合った該周辺開口の
主走査方向の切片長の和が該第１物体面上における該円
環領域の主走査方向の長さと略等しくなるようにしてい
る。これにより走査時にピッチむらが生じたときの副走
査方向２０６ｂの露光むらを最小限にしている。尚、複
数の直線１０５ｃ〜１０５ｅの代わりに曲線で連続的に
変化させても良い。

【００２６】特に本実施形態では、レチクル面上におけ
る露光領域（照明領域）の両端形状を両端で面積におい
て相補的となるように調整し、特にその形状が主走査方
向に対して有限な角度をなす直線により構成された露光
領域を持つようにして走査時にピッチむらが発生して
も、副走査方向の露光むら及び半導体回路パターンの損
傷を最小に抑えている。

【００２７】次に本実施形態による開口１０５を用いれ
ば副走査方向にピッチむらが生じても露光量むらを最小
限に留めることができる理由について説明する。図３は
本実施形態の走査において、例えば副走査方向にピッチ
むらが発生したときのレチクル面上での様子を表す説明
図である。同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は順に副走査方
向に隣り合う露光領域の重なり具合が大きいときと、設
計値どおりのときと、離れが少ないときを示している。

【００２８】図４は図３の走査露光時ピッチむらが発生
した場合の露光量むらをピッチむら（副走査方向）を横
軸にして表した説明図である。同図は副走査方向に隣り
合う露光領域が重なる場合（大きいときと中程と小さい
とき）と離れる場合（離れが小さいときと中程と大きい
とき）についてそれぞれ３段階ずつと設計値どおりのと
きを表示している。

【００２９】図５は従来の遮光マスクとして円弧状の開
口を用いたときの副走査方向のピッチむらにおけるレチ
クル面上の開口像５０１の様子を示す説明図である。同
図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は順に副走査方向に隣り合う
露光領域の重なりがあるときと、設計値どおりのとき
と、離れがあるときを示している。

【００３０】図６は図５の走査露光時ピッチむらが発生
した場合の露光量むらをピッチむら（副走査方向）を横
軸にして表した説明図である。同図は副走査方向に隣り
合う露光領域が重なる場合（大きいときと中程と小さい
とき）と離れる場合（離れが小さいときと中程と大きい
とき）についてそれぞれ３段階ずつと設計値どおりのと
きを表示している。

【００３１】図７は図４と図６より、同一の条件（副走
査方向のピッチむらとして離れが小さいとき）でのレチ
クル面上での照度むらを取り出して比較した説明図であ
る。４１は本発明に係る開口像２０１による照度分布、
６１は従来の円弧開口像５０１による照度分布である。

【００３２】図７に示すように従来の円弧開口を用いた
ときに有限のピッチむらが存在した場合には、照度分布
６１の如く有限幅７１の露光量が零の領域が不連続的に
形成される。これに対して本実施形態の方法を用いた場
合には、照度分布４１の如く有限幅の露光量が零の領域
は形成されず、露光量変化、即ち露光量むらはピッチむ
らに比例して連続的に変化する。その変化量はピッチむ
らが微小であれば同等に微小であり、このため半導体回
路パターンに関して致命的な損傷を与えない。以上のよ
うに本実施形態における開口１０５を用いれば、副走査
方向にピッチむらが生じても露光量のむらを最小限に留
めることができるという特徴がある。

【００３３】図８は本発明に係る遮光マスクに設ける開
口の形状を示す他の実施形態の要部概略図である。

【００３４】図８（Ａ）は開口８１の周辺部８１ａを先
に行くに従って主走査方向の切片長が一定となる３角形
状とした場合である。

【００３５】図８（Ｂ）は開口８２の周辺部８２ａを先
に行くに従って主走査方向の切片長が一定となる直線ま
たは曲線より成る形状とし、更にその先端部に副走査方
向に対して主走査方向の切片長が連続的に変化（小さく
なる）する３角開口８２ｂを設けた場合である。尚、図
８（Ｂ）において、８２ｃ１，８２ｃ２‥‥は主走査方
向の切片長である。

【００３６】図９（Ａ），（Ｂ）は図８（Ａ），（Ｂ）
の開口８１，８２を用いて走査したときのレチクル面上
の開口像９１，９２を示す説明図である。図８（Ａ），
（Ｂ）に示すような開口を用いて走査すれば、図９
（Ａ），（Ｂ）に示すように副走査方向にピッチむらが
あっても図３，図４で説明したのと同様に露光量むらを
最小限に留めることができる。

【００３７】尚、本実施形態において遮光マスクに設け
る開口はその端部の長さがあまり長いとスループットが
低下するので、端部の長さは５μｍ〜２０μｍ程度にす
るのが２次元走査時の重なりが大きく、且つスループッ
トの点で好ましい。

【００３８】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施例を説明する。図１０はデバ
イス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或は液晶パネル
やＣＣＤ等）の製造のフローを示す。

【００３９】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
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。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。

【００４０】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なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００４１】図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。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
縁膜を形成する。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１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。

【００４２】ステップ１６（露光）では上記説明した露
光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露
光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現
像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジ
スト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト
剥離）ではエッチングがす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なうことによ
ってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００４３】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを製造することがで
きる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、円弧状の照明光束でマスク面上を照
明し、該マスク面上のパターンをウエハ面上に投影光学
系を介して走査露光方式を利用して２次元的に投影露光
する際に副走査方向のピッチむらによる露光量むらの影
響を少なくし、高解像度化及び大面積化を図った走査型
露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】図１の走査手段による走査露光方法の説明図

【図３】図１の走査手段による走査露光方法の説明図

【図４】図１の走査手段による走査露光方法を用いたと
きの露光量の説明図

【図５】従来の走査手段による走査露光方法の説明図

【図６】従来の走査手段による走査露光方法を用いたと
きの露光量の説明図

【図７】本発明の従来の走査方法による露光量の説明図

【図８】本発明に係る照明光束の所定開口の他の実施形
態の説明図

【図９】本発明に係る照明光束の所定開口の他の実施形
態の説明図

【図１０】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図１１】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図１２】走査露光方法の説明図

【図１３】２次元走査による走査露光の説明図

【図１４】２次元走査による走査露光の説明図

【図１５】２次元走査による走査露光の説明図

【符号の説明】

１０１ 光源 １０２ 楕円鏡 １０３ 第１照明系 １０４ 遮光マスク １０５，８１，８２ 所定開口 １０６ 第２照明系 １０７ レチクル（第１物体） １０８ レチクルステージ １０９ 投影光学系 １１０ ウエハ（第２物体） １１１ ウエハステージ（可動ステージ） ２０１，３０１，５０１ 開口像

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの同心円で囲まれる円環領域の一部
   を含む所定開口の照明光束で第１物体面上のパターンを
   照明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により
   可動ステージに載置した第２物体面上に該第１物体と該
   可動ステージとを該投影光学系の投影倍率に対応させた
   速度比で同期させて２次元的に走査させながら投影露光
   することを特徴とする走査露光装置。
2. 【請求項２】 前記第１物体と可動ステージとを主走査
   方向と副走査方向に２次元的に走査させる際、走査に伴
   って前記第１物体面上に照射される照明光束のうち副走
   査方向に隣接する照明光束の周辺部が一部重複するよう
   にしていることを特徴とする請求項１の走査露光装置。
3. 【請求項３】 前記所定開口は２つの同心円で囲まれる
   円環領域の一部の両端部に副走査方向に開口の主走査方
   向の切片長が変化する周辺開口を有し、走査に伴って第
   １物体面上に照射される照明光束のうち副走査方向に隣
   接する照明光束のうち該周辺開口が互いに重なり合い、
   該重なり合った該周辺開口の主走査方向の切片長の和が
   該第１物体面上における該円環領域の主走査方向の長さ
   と略等しいことを特徴とする請求項２の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記所定開口は走査に伴って前記第１物
   体面上に照射される照明光束のうち副走査方向に隣接す
   る照明光束の端部の一部が互いに重複し、副走査方向に
   おける該重複した領域の照明光量の和が重複しない領域
   の照射光量を略等しくなるように設定されていることを
   特徴とする請求項１の投影露光装置。
5. 【請求項５】 請求項１から４の何れか１項記載の投影
   露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とする
   デバイスの製造方法。