JPWO2005076322A1 - 露光装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
露光装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
集積回路パターンの半導体ウエハへの転写精度の低下を防ぐことに関しては、例えば1996年8月20日、株式会社工業調査会発行、「フォトマスク技術のはなし」、p236〜p240に、半導体ウエハへ転写される集積回路パターンの変形を見込んで、マスク上に形成される回路パターンの寸法または形状を補正してマスクの設計を行い、集積回路パターンの半導体ウエハへの転写精度を向上させる光近接効果補正(Optical Proximity Correction;OPC)技術についての記載がある。
また、例えば特開平10−303114号公報には、縮小投影レンズのウエハ面側とウエハ面とのスペースを液浸状態とすることで、微細パターンに対しても結像性能の劣化を招くことのない液浸式投影露光装置が開示されている。
上記公知例の位相シフト技術を用いると露光光の波長の半分程度までは、半導体集積回路パターンの微細化に対応できるとされているが、それ以下は極めて困難である。
また、上記の特開平10−303114号に記載されている液浸式投影露光装置は、微小な泡の発生、露光光の繰り返し照射による液温変化などの課題がある。また、フォトレジスト、現像液の材料に制約があり、実用化に課題がある。
縮小投影露光装置は、投影レンズとウエハ面とで平面上の相対位置を変えて、ウエハ上へマスクパターンの転写を繰り返すものである。このため、例えば、上記液浸式において液体を固体にそのまま置き換えると、縮小投影レンズとウエハ面とで平面上の相対位置を変えることができなくなる。
本発明の目的は、縮小投影露光法を用いて、露光波長の半分より微細な回路パターンの半導体集積回路装置を精度良く、かつ、効率よく製造する手段を提供することである。
本発明の具体的な一つの目的は、縮小投影露光装置によりマスクに形成されたパターンを半導体ウエハ上のフォトレジストに露光する際に、投影露光パターン歪となる投影レンズの瞳面での理想的な波面との光路長差を低減し、投影レンズの実質的開口数を増加させて、通常実現できる以上に微細なパターンを半導体ウエハ上のフォトレジスト面へ精度よく露光する手段を提供することである。
本発明の具体的な一つの目的は、半導体ウエハ上の絶縁膜、導電膜に回路パターンを形成する工程において、絶縁膜、導電膜の段差と微細な回路パターン形成の課題を解消し、露光光の波長より微細な回路パターンを精度よく形成する手法を提供することである。
本発明の具体的な一つの目的は、液侵露光における微小な泡の発生、液温変化などの問題やレジスト材料、現像液などの制約を解消し、回路パターン形成プロセスの開発コストを削減する手法を提供することである。
本発明の具体的な一つの目的は、新規の集積回路の開発において、集積度の増加に伴う回路パターンの微細化、投影露光による転写パターンの歪補正による設計開発工数増加を削減する手法を提供することである。
本発明の具体的な一つの目的は、微細な集積回路パターン形成に対して位相シフトマスクの代わりに遮光マスクを適用可能とすることで、マスク製作コスト削減する手法を提供することである。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
すなわち、本発明は、集積回路パターンを形成したマスク、マスクの集積回路パターン面に接触させたマスクカバー、半導体ウエハ上のフォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用い、縮小投影露光法により、半導体ウエハ上のフォトレジスト面に回路パターンを露光するものである。露光光は、マスクを照明し、マスクカバー、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過して、半導体ウエハ上のフォトレジストを露光させる。ウエハカバーを除去して、フォトレジストを現像し、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する。
また、本願において開示される発明のうち、他のものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明は、フォトレジスト面に接触した透明液体から成るウエハカバー、ガラスの投影レンズカバーを設けた縮小投影露光装置であり、マスクの集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジストに露光する装置である。露光光は、マスクを照明して、縮小投影露光装置の投影レンズ、投影レンズカバー、ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジスト面に結像し、露光する機能を備えた装置である。
また、本発明は、縮小投影露光法を用い、従来マスクを流用して半導体ウエハ上で追加縮小した回路パターンを形成するものである。追加縮小する手法は、マスクまたはウエハの少なくとも一方を光軸方向に移動する手段、または縮小投影露光装置の投影レンズの一部である補正レンズを光軸方向に移動する手段を用いる。追加縮小して良好なパターン形成するため、フォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用いる。露光光は、マスク、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過し、半導体ウエハ上のフォトレジスト面にマスクの集積回路パターンを結像させ、露光するものである。
また、本発明は、マスクに形成した集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジストに露光するため、次の第一の機能と第二の機能と両方備えた縮小投影露光装置である。
また、本発明は、縮小投影露光装置の露光光の光束がマスクの回路パターンの方向性と周期性に対応してマスク面を斜め照明する手段とフォトレジスト面に接触させたウエハカバーとを併用するものである。露光光は、マスクを照明して、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過し、半導体ウエハ上のフォトレジスト面にマスクの集積回路パターンを結像し、露光する。ウエハカバーの媒質中で実質的に露光波長が短波長化し、斜め照明による超解像効果と相乗させ、露光光の波長の半分より微細なパターンの形成を可能とする。
また、本発明は、フォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用いる回路パターンの形成工程とウエハカバーを用いない工程の両方を含む半導体装置の製造方法である。ウエハカバーを用いた回路パターンの形成工程では、露光光がマスクを照明して、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過し、半導体ウエハ上のフォトレジスト面にマスクの回路パターンを結像させて露光し、ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する。ウエハカバーを用いない回路パターンの形成工程では、露光光がマスクを照明して、縮小投影露光装置の投影レンズを透過し、半導体ウエハ上のフォトレジスト面にマスクの回路パターンを結像させて露光し、フォトレジストを現像して、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する。
また、本発明は、回路パターンの位相シフトマスクとフォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用い、縮小投影露光法により、半導体ウエハ上に回路パターンを転写するものである。位相シフトマスクによる位相差光の効果と、ウエハカバー媒質中で実質的に露光波長が短くなった効果を相乗させて、露光波長の半分以下の微細な回路パターンの形成を実現させる。
位相シフトマスクは、マスクを透過する露光光の部分的位相を反転させ、その干渉を利用し、転写パターンの解像度を向上させたマスクである。露光光は、マスク、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過し、半導体ウエハ上のフォトレジスト面にマスク透過光の位相差による干渉を利用して集積回路パターンを結像させて露光する。ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する。
また、本発明は、集積回路パターンを形成したマスクの回路パターン面へ斜め照明の露光とフォトレジスト面に接触させたウエハカバーとを併用し、縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上に回路パターンを転写するものである。マスクの回路パターン面へ斜め照射露光する手段は、マスクの回路パターンの方向性と周期性に対応して最適化した角度だけ傾けてマスクの回路パターン面を照明する。
ウエハカバー媒質中で実質的に露光波長が短波長化し、露光光の斜め照射手法とウエハカバーとの相乗により、マスク自体に位相差を設けなくても、光露光による限界に近い微細な回路パターンの形成を実現する。露光光は、マスク、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過し、フォトレジストを露光させる。ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する。
また、本発明は、半導体ウエハの主面に形成した絶縁膜を化学機械研磨法または化学機械研削法を用いて表面平坦化し、フォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用い、集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、フォトレジスト露光して、半導体ウエハ上の絶縁膜を堀込み加工するものである。露光光が、マスクを照明し、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過して、半導体ウエハのフォトレジストを露光する。ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像して、エッチングマスクとし、絶縁膜の堀込みパターンを形成する。絶縁膜段差の影響が少なく、精度良い堀込みパターンが形成できる。
また、本発明は半導体ウエハの主面に形成した導電膜またはその下層膜を化学機械研磨法または化学機械研削法を用いて表面平坦化した後、フォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用い、集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、フォトレジスト露光して、半導体ウエハ上の導電膜の回路パターン加工するものである。露光光が、マスクを照明し、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過して、半導体ウエハのフォトレジストを露光する。ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像して、エッチングマスクとし、導電膜の回路パターンを形成する。導電膜段差の影響が少なく、精度良い回路パターンを形成する。
また、本発明は、縮小投影露光装置の投影レンズ開口数が1以上と仮定し、露光光波長が193nm、157nmなどの個々の波長に対応させて最小寸法の回路パターンを設計したマスクとフォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用い、マスクに形成された集積回路パターンを縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上に回路パターンを転写するものである。
マスク設計に利用した縮小投影露光装置と露光光の波長が同じを装置用い、露光光がマスク、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過し、半導体ウエハ上のフォトレジストを露光する。ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する。
また、本発明は、従来の集積回路の回路パターンデータからコンピュータ処理の方法が事前設定可能なデータ変換処理により得られる回路パターンのマスクとフォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用い、集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上に回路パターンを形成するものである。
また、本発明は従来、位相シフトマスクと縮小投影露光装置とにより、微細回路パターンを形成していたものを、遮光マスクとフォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用いて露光する方式に切り替えて微細回路パターンを形成するものである。
従来の位相シフトマスクを形成する元になった集積回路チップの回路パターンデータから透過光に位相差を設けないマスクとする処理により得られる回路パターンのマスクを作成する。露光光は遮光マスク、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過し、半導体ウエハ上のフォトレジストを露光する。ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像し、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する。
マスクの回路パターン面にマスクカバー、半導体ウエハのフォトレジスト面にウエハカバーを設け、マスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光することにより、縮小投影露光の収差問題を抑制し、半導体ウエハへ転写される回路パターンの精度を向上させる。
また、位相シフトマスク露光や斜め照射露光などの超解像露光手法とフォトレジスト面に接触させたウエハカバーを併用して露光する手法である。前者がマスク面での超解像露光手法による改善と、後者がウエハカバー中の露光光波長が実質的に短くなることによるウエハ面で改善との相乗効果により、露光波長の半分より微細なパターン形成を得る効果がある。
ウエハ上のフォトレジスト面に接触させたウエハカバーと縮小投影レンズとの間に微小ギャップを設けることで、縮小投影レンズとウエハ面との平面上の移動が可能となる。ウエハカバーは、投影レンズの開口数を増加させる。ウエハカバーを用いた縮小投影露光法は、開発に最もコストがかかる投影レンズへの影響が少なく、縮小投影露光装置の開発コストを大幅に抑制させる効果がある。
ウエハカバーを用いる露光とウエハカバーを用いない露光は、投影レンズの共用となり、露光装置のユーザ側の投資を削減させる。半導体集積回路装置の製造コストを削減させる効果がある。
また、半導体ウエハ上の絶縁膜の平坦化プロセスとウエハカバーを用い、マスクの回路パターンを縮小投影露光することにより、同じ露光波長、投影レンズ、フォトレジストを利用しても、光露光波長より微細な絶縁膜の開口パターンを精度よく形成させる効果がある。
また、半導体ウエハ上の導電膜の平坦化プロセスとウエハカバーを用い、マスクの回路パターンを縮小投影露光することにより、同じ露光波長、投影レンズ、フォトレジストを利用しても、光露光波長より微細な導電膜の回路パターンを精度よく形成させる効果がある。
また、従来の縮小投影露光装置の投影レンズでは限界に近い微細な回路パターンを有する集積回路マスクを流用して、さらに縮小された集積回路パターンを半導体ウエハ上に転写するものである。その結果、半導体集積回路装置の開発、製造コストを削減させる効果がある。
また、半導体集積回路装置の新規プロセス開発に用いる集積回路パターンデータに関し、それまでに開発済みの集積回路パターンデータを利用することにより、半導体設計開発工数を削減できる効果がある。回路パターンの微細化に伴って、投影露光歪が増加するが、ウエハカバーを用いた露光法では、これを抑制させることができる。このため、マスクデータ作成処理の簡略化だけでなく、マスクパターンの近接効果補正を少なくさせることが可能であり、マスク描画時間短縮、マスク検査の容易化により、パターン転写精度が向上した集積回路マスクが簡単に作成できる効果がある。その結果、集積回路装置の製造コストを削減する効果がある。
また、ウエハカバーが複数の半導体ウエハのフォトレジスト面へ異物による欠陥の転写を防止させる構造としたことにより、半導体集積回路装置の製造歩留りを向上させる効果がある。
また、従来位相シフトマスクを適用した半導体集積回路の製造工程において、これを遮光マスクに置き換え、ウエハカバーを用いた露光方法とすることで、半導体製造コストを削減させる効果がある。
EXP 縮小投影露光装置
E1 光源
E2 ミラー
E3 コンデンサレンズ
E4 マスキングブレード
E5 アライメント機構部
E6 マスク用XYZ駆動ステージ
E7 縮小投影レンズ
E8 ウエハ用XYZ駆動ステージ
E9 倍率校正、フォーカス校正用センサ
M1 マスク
M2 マスクカバー
W1 半導体ウエハ
W2 ウエハカバー
図2:
(a) マスクパターン面
(b) マスクカバー
(c) 投影レンズ
(d) 結像面
図6:
M1 マスク
E7 縮小投影レンズ
W1 半導体ウエハ
W2 ウエハカバー
E11 ウエハローダ
E12 ウエハカバーローダ
E13 マスクローダ
図7:
M1 マスク
E7 縮小投影レンズ
W1 半導体ウエハ
W2 ウエハカバー
W3 フォトレジスト
B1 斜め照明光
B2 0次回折光
B3 1次回折光
図8:
M1 マスク
E7 縮小投影レンズ
E8 ウエハ用XYZ駆動ステージ
W1 半導体ウエハ
W2 ウエハカバー
W4 追加縮小露光による半導体チップ
W5 通常縮小露光による半導体チップ
図9:
M1 マスク
M2 マスクカバー
M3 遮光金属膜
M4 転写倍率計測パターン
M5 レチクルアライメントマーク
M6 チップアライメントマーク
M7 フォーカス合せパターン
M8 転写用回路パターン
M9 製品名、工程名、バーコード他マスクID
図10:
M1 マスク
M2 マスクカバー
M11 レジスト
M12 クロム膜
M13 石英ガラス基板
MP1 レジスト塗布工程
MP2 電子ビーム露光、現像工程
MP3 クロムエッチング、レジスト除去工程
MP4 カバーガラス
MP5 反射防止膜塗布工程
MP6 カバーガラス貼り合せ工程
図19:
M1 マスク
E7 縮小投影レンズ
W1 半導体ウエハ
W2 ウエハカバー
E8 ウエハ用XYZ駆動ステージ
半導体ウエハとは、半導体装置の製造に用いるシリコンその他の半導体単結晶基板、サファイア基板、ガラス基板その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等、並びにそれらの複合的基板であり、絶縁層、エピタキシャル半導体層、その他の半導体層および配線層などを形成して集積回路を形成するものとする。また、基板表面の一部または全部を他の半導体、例えばシリコン−ゲルマニウム(SiGe)等にしても良い。
また、マスクとは、フォトマスクおよびレチクル等のような露光原版を含むものとし、マスク上に光を遮蔽するパターンや光の位相を変化させるパターンを形成したものとする。また、ハーフトーン型位相シフトマスクは、位相シフトマスクの一種で透過率が1%以上、40%未満で、それが無い部分に対し、透過光の位相を反転させるハーフトーンシフタ膜を有するものである。
また、縮小投影露光装置とは、マスクに形成された回路パターンを半導体ウエハなどの試料表面に形成したフォトレジストを露光するための装置である。ここでは、投影レンズとウエハ面とで平面上の相対位置を連続して変える(スキャナー)、または短時間のステップアンドリピートして変える(ステッパ)である。露光装置の光源は、例えばi線(波長365nm)、KrF(波長248nm)、ArF(波長193nm)またはF2ガスレーザ光(波長157nm)等のような露光光を放射することが可能な単色光源である。露光光は、波長により、紫外光、遠紫外光、真空紫外光などと呼ばれているものである。
以下の実施例においては便宜上その必要があり、複数に分割して説明する。特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。以下の実施例において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。
第一の発明は、集積回路パターンを形成したマスク、マスクの集積回路パターン面に接触させたマスクカバー、半導体ウエハ上のフォトレジスト面に接触させたウエハカバーを用い、縮小投影露光法により、半導体ウエハ上に回路パターンを露光する手法である。露光光は、マスクを照明し、マスクカバー、縮小投影露光装置の投影レンズ、ウエハカバーを透過して、半導体ウエハ上のフォトレジストを露光させる。露光後、ウエハカバーを除去、フォトレジストを現像し、半導体ウエハ上に微細な回路パターンを形成させる。
図1は、半導体集積回路装置の製造に用いるマスク、縮小投影露光装置、半導体ウエハの全体構成図の一例を示している。マスクには、回路パターン面に接触させたマスクカバーと半導体ウエハには、フォトレジスト面に接触させたウエハカバーを設けている。縮小投影レンズ端とウエハカバーとの間に微小ギャップを設けてある。この縮小投影露光法により、露光光の波長より微細な回路パターンが形成できるようにした。
最初に図1に示したマスクカバーに関して、特許第3120474号との違いを説明し、続けて本発明の特徴を説明する。
特許第3120474号に記載された方式においては、マスクの回路パターン面と縮小投影レンズとの間に厚い高屈折率の透明媒体を設けると転写パターンの歪が増し、転写できる回路パターンの解像度が劣化する問題があった。特に露光光の波長よりも微細な回路パターンの場合、精度不足となり、波面収差の問題があることが判明した。即ち、公知例となる特許第3120474号は、マスクの回路パターン面と縮小投影レンズとの間に厚い高屈折率媒質を設けた場合の波面収差を考慮していなかった。
転写パターン歪の問題解決のため、本発明者は、位相シフト手段となるガラス基板と遮光パターンを形成したマスク基板とを重ねて設けた場合の波面収差の解析を行った。本発明者は、マスクの回路パターン面と縮小投影レンズとの間に屈折率が1より大きい媒質のマスクカバーを設けた場合の波面収差は、マスクの回路パターン面、縮小投影レンズ、結像面の光軸方向位置を微調整すると大幅に減少することを発見した。
また、本発明者は、マスクカバーの材質として合成石英ガラスを用いた時、マスクカバーを今回の縮小投影レンズでは0.3mm程度とすれば、従来予測と違ってマスクカバーを設けない場合よりも波面収差が減少することを見出した。
さらに、本発明者は、露光波長、開口数、収差が同じ縮小投影レンズを用いた場合であっても、ウエハのフォトレジスト面にウエハカバーを用いる露光法により、転写された回路パターンの解像度が向上することを見出した。
以下、本発明の根拠に関して、図2から図5を用いて説明する。
図2は、光学設計した縮小投影レンズとマスクの回路パターン面に屈折率が1より大きい媒質のマスクカバーを設けた時の配置図とレイトレーシング法による光束のプロット図である。光学設計した縮小投影レンズは、波長λが248nmのKrF(クリプトンフロライド)エキシマレーザを用い、開口数0.75である。マスクカバーは、材質として、合成石英ガラスを用い、マスクの回路パターン面に接触配置して、その厚さを変えられるようにした。
図3は、光学設計した縮小投影レンズにマスクカバーの厚さが0mm、即ち、マスクカバーを設けなかった時の波面収差である。この波面収差は、縮小投影レンズの射出瞳面に形成した理想的な参照波面との光路長差であり、結像面からレンズをみた画角全体に対する光路長差を示している。取り扱いを簡単にするため、波面収差として、rms値を用いる。設計した投影レンズは、図3に示したように、rms値が0.0017λまで小さく追い込むことに成功した投影レンズである。これにより、投影レンズの意味ある評価できるようにした。
上記の縮小投影レンズを用い、マスクのパターン面に2.3mm(0.09インチ)厚の合成石英基板からなるマスクカバーを設けた時、マスクカバーを含む縮小投影レンズの波面収差は、rms値が0.3314λとなった。この値は、マスクカバーを設けなかった場合を基準とすると約200倍に激増した。
本発明者は、縮小投影レンズとマスクカバーがこのような大きい波面収差の状態となると、投影像パターンがボケ状態となり、パターン形成できないことを確認した。
同じ材質、厚さのマスクカバーと縮小投影レンズを用い、マスク面と結像面位置を光軸方向に位置を補正し最適化すると、マスクカバーを含む縮小投影レンズの波面収差は、rms値が0.0089λまで減少した。本発明者は、同一縮小投影レンズを用いても、マスク面と結像面位置を光軸方向に位置を補正し、最適化すれば激減することを見出した。
図4は、マスクカバーの厚さに対して、設計した縮小投影レンズの波面収差の変化を調べたものである。マスクカバーの材質は、屈折率1.47の合成石英ガラスである。波面収差は、マスクカバーを設ければその厚さに依存して激増する。図4に示したように、マスク面と結像面位置を光軸方向に補正し、最適化した場合、その波面収差は、マスクカバーの厚さに依存して変化した。
縮小投影レンズとマスク位置、ウエハ位置を光軸方向に調整し、最適化した場合の波面収差は、縮小投影レンズをブラックボックスとして扱う従来方式では予測できない結果である。上記した点について記載した論文、特許は本発明者の知る限りない。
本発明者は、マスクカバーの厚さが、0.1mmから0.6mmとし、マスク面と結像面位置を光軸方向に位置を補正して最適化すれば、マスクカバーを設けなかった時より小さくなることを見出した。マスクカバーの厚さが0.3mmの時、縮小投影レンズの波面収差は、図5に示すように、rms値が0.0008λである。
上記の検討から、本発明者は、マスクの回路パターン面でなく、ウエハ上のフォトレジスト面へウエハカバーを付加することで、縮小投影レンズを利用してフォトレジスト面へ露光するとパターン転写の解像度が向上することを見出した。
上記手法は、縮小投影レンズ端とウエハ面との間全体を液体で満たした液侵露光装置と異なる。縮小投影レンズ端とウエハ面との間全体を屈折率が1より大の媒質で満たす必要がないことに特徴がある。縮小投影露光装置としては、投影レンズとウエハ面と平面上でその相対位置を変えられることが不可欠であり、縮小投影レンズ端とウエハカバーとの間に狭小ギャップを設けた。
縮小投影露光装置は、縮小比5:1のステッパを改造したものである。マスクM1は、実際の集積回路パターンの約5倍に拡大された回路パターン原画が形成されたレチクルである。本明細書では、このレチクルをマスクと記す。
縮小投影露光装置の光源E1は、例えばi線(波長365nm)、KrF(波長248nm)、ArF(波長193nm)またはF2ガスレーザ光(波長157nm)等のような露光光を放射することが可能な単色光源である。光源E1から放射された露光光は、ミラーE2およびコンデンサレンズE3を介してマスクM1に照射され、さらにマスクカバーM2を透過して縮小レンズE7とウエハカバーW2を通じて半導体ウエハW1の主面(デバイス形成面)のフォトレジストに照射されるようになっている。マスクM1は、その第1主面を半導体ウエハW1側に向けた状態で置かれ、前記第1主面に接触し、露光光に対して透明なマスクカバーM2が設けられている。
半導体ウエハW1は、XYZステージE8上に載置されている。この半導体ウエハW1の主面には、露光光に対して感光性を有するフォトレジストが形成されている。このフォトレジスト面に接触させたウエハカバーW2が設けられている。ウエハカバーは、屈折率が高い材質が望ましい。ウエハカバーW2は、露光光に対して実質的に透明なマスクの基板材料である合成石英ガラス(1mm厚、屈折率が1.47)を用いた。投影レンズの結像面側のレンズ端面とウエハカバーとのギャップは、100ミクロンとした。ウエハカバーは、投影レンズの結像面側のレンズ端面からフォトレジスト面まで、90%以上となる光路長の厚さとなった。投影レンズの結像面側のレンズ端面からフォトレジスト面までの光路長に対し、ウエハカバーの厚さを増す程、転写パターンの解像度向上の大きい効果を得ることができる。投影レンズの結像面側のレンズ端面とウエハカバーとのギャップは、窒素ガスなどを充填し、ガス圧を検出するようにした。これにより、ギャップの幅の変動を抑制するようにした。
一部の半導体ウエハ上のフォトレジストに付着した異物が他の半導体ウエハの露光に影響しないように、半導体ウエハとウエハカバーはそれぞれ独立したローダ部を設けた。1枚のウエハカバーに複数枚数のウエハ接触させるようにすると、フォトレジスト、微小異物がウエハカバーに付着し、他のウエハへ転写欠陥の要因となる。
そこで、ウエハカバーは、1枚の半導体ウエハのフォトレジストに接触させ、露光処理すれば、直に洗浄クリーニングできるように、ウエハの露光処理と独立して露光装置へロードとアンロードできるようにした。
半導体ウエハとウエハカバーは、別々のローダから搬送アームにて、露光ステージに一体化して移載される。ウエハカバーは、半導体ウエハより外形寸法を大きくした。ウエハカバーは、露光前にウエハのフォトレジスト面に接触させ、共に露光ステージ上で、投影レンズと反対側から真空チャックにより保持するようにした。
半導体ウエハ上のフォトレジストに付着した異物が他の半導体ウエハの露光に影響しないようにすることは、液侵露光方式を採用する場合にも不可欠なアイデアである。本発明の露光装置は、ウエハカバーとして、純水を用いる液侵露光装置としても露光できるようにした。液侵露光装置としては、透明液体を投影レンズに直接接触状態として使用すると、投影レンズ表面に異物が付着することが分った。さらに、投影レンズ表面に付着した異物をクリーニング除去する手段を導入すると、液侵露光の際に透明液体中の泡の発生要因となることが分った。
この対応手段として、透明液体をウエハカバーとする場合、投影レンズの結像面側にレンズカバーを設けた。このレンズカバーは、投影レンズと同じ材質の合成石英を用い、簡単に取り換え交換できるようにした。
露光光を斜めに照明する方式は、マスクのパターンの方向性と周期性に対応して、斜め照明の角度を変える。斜め照明の角度は、光学系光軸から偏芯した位置に2個または4個の開口部を持つ特殊な絞りを照明光学系中に挿入し、光軸中心からの開口部の位置を変えて実現した。斜め照明光することで、マスクの回路パターンで生じた0次回折光、+1次回折光、1次回折光の方向も変化する。
図7に示すように、分割した一方の露光光は、露光光は、マスク面を斜め照射し、0次回折光と+1次回折光により結像を得るようにしている。この斜め照射方式は、マスクの回路パターンがx方向またはy方向に均一に並んでいるときに、有効である。
マスクの回路パターン面への露光光の照明角度の変更手段とウエハカバー手段とを併用することにより、ウエハカバー媒質中で露光光の波長が短くなり、露光光の波長より微細な回路パターンの精度良い形成を可能とした。
縮小投影露光装置の露光光がマスクの回路パターンに対応してマスク面を斜め照明し、ウエハカバーを透過して、前記ウエハ上のフォトレジスト面に結像することで、転写パターンの解像度向上を可能とした。
フォトレジスト面の代わりにフォトレジスト面に対応した前記縮小投影露光装置の所定の部位、また、ウエハカバー表面の代わりにウエハカバー表面に対応した縮小投影露光装置の所定の部位にレーザ光を斜め照射して、その反射光の位置を検出することで代用できる。
図8に示すように、マスクに形成された集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジスト面に転写する際、予め設定された縮小倍率での露光に追加して縮小倍率を0.5倍程度まで乗じた露光ができるようにした。縮小倍率の変更は、マスク、半導体ウエハを光軸方向移動させて実現した。縮小投影露光装置の投影レンズの一部を構成する補正レンズを光軸方向移動させても良い。前記の縮小倍率追加とウエハカバー露光により、従来露光装置用に準備したマスクをそのまま流用して、集積回路チップ全体が縮小した回路パターンを転写するための露光ができるようにした。
本発明の縮小投影露光装置は、半導体ウエハのフォトレジスト面にウエハカバーを設けた場合と設けない従来のウエハに対しても縮小投影露光できるようにした。即ち、マスクの回路パターン面と縮小投影レンズとウエハ面との光軸方向の位置を調整し、最適化して、ウエハ面にウエハカバーを設けた露光と設けない露光とができるようにした。ウエハ面にウエハカバーを設けた露光と設けない露光を実現する機能は、縮小投影レンズを構成するレンズの一部を光軸方向に位置を調整移動させてもよい。また、縮小投影レンズ系に別レンズ追加するようにしてもよい。
また、ラフパターンは、ファインパターンに比べて高い寸法精度が要求されないパターンであり、露光光の波長よりも大きなパターンを半導体ウエハに転写する場合のパターンである。例えばMOSデバイスのソースおよびドレイン用の半導体領域のパターンや活性領域(分離領域)のパターン等がこれに該当する。これらは、ウエハカバーを用いない従来の露光方法を適用することができる。
次に、実施例1のマスクについて詳細に説明する。図9は、実施例1のマスクの平面図と断面図である。図9に示すように、回路パターン面にマスクカバーのガラスM2が重ねて一体化してある。図9において、マスクM1を構成するマスクの基板は、例えば露光光に対して透明な平面四角形状の合成石英ガラス板からなり、第1主面とその反対面(裏面)側の第2主面とを有している。マスクの基板1の第1主面には、外周に縁取られた遮光帯M3を持つ転写領域M8がある。露光光を遮光する膜は、例えばクロム(Cr)等のような金属膜からなる。
露光においては、マスクM1と縮小投影レンズE7とウエハW1との間にマスクカバーとウエハカバーW2が光路上に存在し、それらの厚さの変動がマスクパターンの転写に影響する。このため、図9に示すマスク上の転写領域の周囲領域に、転写倍率計測パターンM4a、M4bとフォーカス合わせ用パターンM7を設けた。フォーカス合わせ用パターンM7はラインアンドスペースパターンを用い、光検出器(E9)により、検出器上に結像されるパターンのコントラストが最良となるようにした。前記光検出器(E9)は、前記ウエハ面またはウエハ面上と同一光軸面位置に設けている。
ウエハ上への露光前に、露光装置のステージE8に設置されている光検出器(E9)により、マスクに形成した転写倍率計測パターンM4a、M4b、フォーカス合わせ用パターンM7の透過光がウエハのウエハカバーを透過した状態で検出する。マスクM1面の倍率決めの基準となるマークパターンM4a、M4bの位置座標は、光検出器(E9)により、マスク上での位置座標が既知の転写倍率計測パターンM4a、M4bに対応した光信号を検出し、レーザ干渉により高精度計測しているウエハステージ位置座標系を基準として計測した。前記のマークパターンM4a、M4bの位置座標を計測した時、マークパターン位置がステージ上の所定の位置になるようにマスク倍率を合わせ、マスク面、結像面を光軸方向に微移動して校正する。前記マスクとウエハを光軸方向に微移動させる機構を設けて転写倍率校正できるようにした。この校正は、マスク面、結像面を光軸方向に微移動する代わりに縮小投影レンズの一部を移動させても良い。
マスク、ウエハを光軸方向に微移動する機構、または前記縮小投影露光装置の投影レンズの一部を構成する補正レンズを光軸方向に微移動させる機構を設け、ウエハカバーを露光光が透過する際のウエハカバー厚さ変動による転写倍率補正と結像面位置補正を行うようにした。
露光光は、マスクカバー、ウエハカバーを透過して、前記ウエハ上のフォトレジスト面に結像するように露光できるようにした。露光後、ウエハカバーW2を取り除き、フォトレジストを現像して、マスクM1のパターンを半導体ウエハW1上に転写した。
これらのパターンは、上記したマスキングブレードE4により、露光光を遮断し、ウエハ上に転写されない。
次に、マスクM1のチップアライメントマークM6とウエハ上に形成された位置合わせマークを検出し、重ね合せることによって、マスク上の回路パターンのウエハ上への重ね合せ精度を確保した。
図9のM5は、マスクM1と縮小投影露光装置または半導体ウエハとの位置合わせに用いるアライメントマークパターンである。マスクM1の第1主面の遮光帯領域M3に遮光帯の金属膜の一部を除去することで形成されている。
図9のM8は、転写領域M8と半導体ウエハW1に形成されている下地のパターンとの位置合わせに用いるアライメントマークパターンである。また、転写領域M8内には、半導体ウエハ上に形成して、次の工程で形成する回路パターンと重ね合わせするためのアライメントマークパターンを必要に応じて形成する。この理由は、半導体集積回路は、下層のマスクパターンに順に上層のマスクパターンをウエハ上で重ね合わせるのでなく、ある特定のパターン層に形成したマークに複数層のマスクパターンを重ね合わせているためである。
また、マスクM1の第1主面上において、上記遮光帯の外側の周辺領域には、転写領域対応したパターン情報領域M9が配置されている。このパターン情報領域M9には、例えば半導体装置の製品名、転写領域の露光工程名(適用工程名)、枝番号のようなパターン情報が記載されている。このパターン情報は、例えばクロム(Cr)等のような遮光性を持つ金属膜パターンで形成されており、その記載形式は、例えば英字、数字または記号等のように人が認識できる形式でも良いし、二値表記やバーコード等のように機械的に自動認識できる形式にしても良い。
図10のMP1は、マスクM1の第1主面全面上に、例えばCr等のような遮光膜をスパッタリング法等によって堆積した後に、その上に電子ビーム描画用のフォトレジストを塗布する工程である。
MP2は、マスクM1のフォトレジスト面に電子ビームを選択的に照射して集積回路転写用のパターンを描画し、現像処理を施してフォトレジストパターンを形成する工程である。
続いて、MP3は、フォトレジストパターンをエッチングマスクとしてマスクM1に対してエッチング処理を施し遮光膜をパターニングすることにより、マスクM1の第1主面上に遮光帯および回路パターン、アライメントマーク等を形成する工程である。このようにしてマスクM1を製造した後、マスク上の回路パターンの外観を検査する。マスク上に同一パターンがあれば、それらを比較し、無ければ、パターン形成の基の設計パターンデータと比較することで回路パターンの外観を検査する。
MP4は、マスクカバーを準備する工程である。特に図示しないが、マスクカバーに位相シフタパターンを設けておいても良い。
MP5は、マスクカバーの洗浄クリーニング、反射防止膜を設ける工程である。
MP6は、外観検査により、欠陥がなければ、反射防止膜を付けたマスクカバーを重ね、マスクカバー周辺部とマスクM1とを接着剤により固定する工程である。
マスクカバーは、従来ペリクルと呼ばれていた異物遮蔽膜の代用となる。マスクの回路パターンを覆うマスクカバーに付着した異物はクリーンエアーをブローして取り除くことができる。マスクカバー面とマスクパターン面までの距離の差により、小さな異物まで転写の影響があるが、ペリクルに比べ物理的強度あり、ブローして取り除くことが容易である。
従来の縮小投影露光装置に使われている投影レンズを用い、単に縮小率を高くしても解像度は向上しない。本提案方式は、投影レンズの開口数を大きくでき、効果は大きい。この方式の最大のメリットは、新規集積回路装置の開発に際して、半導体製造プロセス技術開発のためのマスク費用が節約できることである。
ここで、従来の縮小投影露光装置として想定されるものは、露光光波長が193nmまたは248nm、投影レンズ開口数が1以下である。
本発明のウエハカバー対応の縮小投影露光装置では、当初設定の縮小率の他に、追加して縮小率を可変とした機能を設けてある。露光装置で縮小率を可変とするため、図8に示すように、マスク、または半導体ウエハを光軸方向に可動手段を設けた。露光装置の投影レンズの一部を構成する補正レンズを光軸方向に可動するようにしても良い。これにより、マスクに形成された集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジスト面に転写する際、予め設定されている縮小倍率の他に、さらに0.5倍程度まで縮小倍率が変更できるようにした。
縮小投影レンズ自体の収差は、できるだけ小さくなるように、投影レンズ設計しておくことが必要である。液侵露光装置においても、上記の従来マスクを流用させるには、予め設定されている縮小倍率の他に、0.5倍程度まで縮小倍率が可変できるように改造することで、対応可能である。
露光装置側で追加縮小する機能は、半導体製品開発に必要なマスクの精度を緩くすることができ、新規にマスク製作する場合にも有効である。半導体装置の開発初期では、マスク製作技術が間に合わないので、既存のマスク技術でマスク製作し、マスク技術開発した後で、目標の精度で生産用マスク製作することができる。
以下、本実施例2における集積回路の設計工程からマスク製作のためのマスク設計工程までの流れを図11により説明する。
上記したようにマスク設計パターンデータまで、新製品の開発には、回路の高集積化と共に膨大な回路設計の工数が掛かる。そこで、実施例1で示したウエハカバー露光方式で用いるマスクは、高集積化に対して効率良いことが必要である。
マスクの新規製作が簡単に済ますには、従来の縮小投影露光装置によって形成できた集積回路チップの回路パターンデータからルールに従ったデータ変換処理により目的とする集積回路チップの回路パターンを作成することである。ルールに従ったデータ変換処理であれば、設計工数が削減できる。データ変換処理による回路パターンを主要部とする集積回路チップの回路パターンからは、マスクの精度品質レベルに依存した所定の工数でマスクが作成できる。
ここで、従来の縮小投影露光装置として想定されるものは、投影レンズの開口数1以下である。この従来の縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光してパターン形成できる寸法の回路パターンから構成される集積回路チップの回路パターンデータを利用する。本件発明の手法である屈折率が1以上の媒質をフォトレジスト面上に設けることでパターン形成できる寸法の回路パターンを実質的に含まない既設計の集積回路チップの回路パターンデータを利用する。
図12に示したように、ルールに従ったデータ変換処理としては、集積回路チップパターンデータに対して、データ領域を指定しての縮小処理、縮小したパターン幅の補正処理などである。マスク作成時のパターン寸法シフトの補正だけでなく、縮小投影露光法により、ウエハ上で露光量が不足する箇所のパターン幅を太らせる処理や、逆に露光量が過剰となる箇所のパターン幅を細らせる処理を含むものである。コンピュータによる回路パターンのデータ処理の手順が、コンピュータ上でルール化できれば良い。自動処理が可能となれば、集積回路パターン作成の工数が大幅に削減できる。
ルールに従ったデータ変換処理の特例として、形状を実質的に相似形に0.5倍程度まで縮小処理した回路パターンを主要部とする集積回路チップの回路パターンを用いることが有効である。この集積回路チップの回路パターンをマスクに形成することで、それに対応した微細なパターンをウエハ上に転写する。
縮小投影露光法により半導体ウエハ上に形成できる回路パターンは、露光光の波長、投影レンズの収差、レンズ開口数などを元に計算によってフォトレジスト面での光強度分布を求めることができる。確立された手法としては、マスクの回路パターンをフーリエ変換する手法があり、半導体ウエハ面に形成されるパターン形成できる寸法の回路パターンが求められる。この手法から、所望の回路パターンを形成したマスクが準備できる。
半導体集積回路マスク製作上、透過光に位相差を設ける位相シフトマスクは、従来の遮光マスクに比べてコストがかかる。製作に要する日時も3倍以上かかる。そこで、図13に示したように、従来位相シフトマスクを使って形成した回路パターンの一部は、これを使わないで、遮光マスクとウエハカバー露光を適用することができる。従来の縮小投影露光と位相シフトマスクとの組合で形成できる多くの回路パターンに適用できる。
想定される第一縮小投影露光装置の投影レンズ開口数が1以下で、透過光に位相差を設けるマスクにより、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光してパターン形成できる寸法の回路パターンから構成される集積回路チップの回路パターンデータを準備する。
集積回路チップの回路パターンデータは、通常20層以上が用いられており、回路パターン寸法が微細で高精度が必要な工程の回路パターンに位相差マスクが用いられている。この位相差マスクを用いた回路パターンデータは、位相シフトパターンのデータと遮光パターンのデータである。透過光に位相差を設けないマスクの遮光パターンのデータを取り出す。位相シフトマスクのパターンデータと遮光マスクのパターンデータとは違うのでコンピュータによる演算処理が必要となる。コンピュータ処理した回路パターンデータを用いてマスクに回路パターンを形成する。
実施例1の露光方式を半導体装置の製造工程に適用することで、マスク上の微細な回路パターンを精度良く半導体ウエハ上に転写できる効果がある。半導体ウエハ上のフォトレジスト膜の表面に均一して接触状態とするには、半導体ウエハ表面を平坦化してフォトレジスト膜を形成する。ウエハカバーを用いる方式においては、半導体ウエハ表面を平坦化してフォトレジスト膜を形成することで、マスク上の微細な回路パターンを精度良く半導体ウエハ上に転写することが可能となる。
図14は、実施例3の半導体装置の製造工程におけるフォトリソグラフィ工程のフローチャートを示している。
従来技術では、ゲートパターンの微細化、高精度化に応えるため、前記のハーフトーン型位相シフトマスクを用い、ネガ型フォトレジストへ露光する方式や、開口領域の透過光の位相を交互に反転させたオルタネイト型位相シフトマスクと位相反転境界部を遮蔽するトリム遮光マスクを用い、ポジ型フォトレジスト上へ重ね露光する方式が用いられている。
上記のゲート・フォト工程P4に対しては、フォトレジスト面に接触したウエハカバーを適用することで選択できる技術を多くすることができる。先端製品で、ゲートパターンの微細化と精度が必要な場合には、図15に示したように、ゲート用導電膜を形成する下地層を平坦化しておき、その後、絶縁膜と導電膜を形成し、ウエハカバーを用いてゲートパターン露光する。この半導体製造プロセスとすることで、ゲート用導電膜への転写パターン精度を向上させることができる。半導体ウエハW1の主面の半導体素子のアイソレーション形成などで生じた絶縁膜段差を化学的機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing)により表面研磨し、平坦化する。平坦化後、酸化シリコン膜(SiO2)などからなるゲート絶縁膜を形成し、ポリシリコン等からなる導電膜を堆積する。前記の絶縁膜と導電膜は、ウエハ段差を生じさせないプロセスである。この後、フォトレジストを塗布形成した半導体ウエハは、平坦になっている。続けて、ウエハカバー付加し、縮小投影露光してゲート回路パターンを転写する。
従来ハーフトーン型位相シフトマスクを用いてゲートパターンを形成した製品では、遮光マスクとウエハカバーを併用した露光法に換えて、露光コストを削減することができる。さらに、位相シフトマスクとウエハカバーを用いることで、位相シフト効果とウエハカバー内で露光光の波長が短くした効果が相乗され、露光波長以下の転写パターンを形成することができる。
露光波長の半分より微細なゲートパターン形成に用いるマスクは、位相反転させた境界部を投影露光した時に生じる急峻な影を転写させる位相シフトマスク用いるのが有効である。この方式は同じフォトレジスト膜上に位相シフトマスク露光と遮光マスク露光とを重ねる必要があり、処理工数が増える。位相反転させたマスクパターンの光の干渉による極めて細い影を露光し、遮光マスクを用いて前記の細い影を残すように重ね露光することで微細ゲートパターンを形成することができる。
平坦化した層間絶縁膜に、前記の半導体領域および配線の一部が露出するようなコンタクトホールをフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって穿孔する。コンタクトホールは、図16に示した半導体プロセスとすることで、絶縁膜にパターン転写する。このプロセスの特徴は、絶縁膜形成、平坦化処理した後、ポジ型フォトレジスト面形成、ウエハカバー露光、ウエハカバー除去、現像と続く処理フローとすることで、寸法バラツキの少ないコンタクトホールを形成することができる。
続いて、半導体ウエハW1の主面上に、例えば窒化チタン(TiN)、チタン(Ti)およびタングステン(W)を下層から順にスパッタリング法等によって堆積した後、前記堆積金属膜をエッチバック法または化学的機械研磨法によってコンタクトホール内のみに残されるようにエッチングすることで、コンタクトホールを埋め込む。
マスクは、先端製品で回路パターンが露光光の波長より小さい場合、位相シフトマスクを用いる。更にウエハカバーを用いることで、ウエハカバー中の露光光の波長が短くなった効果が相乗され、転写パターンの寸法精度を向上させることが可能となる。
スルーホールTH1は、図16に示した半導体製造プロセスを採用して、絶縁膜の開口パターンを形成する。このプロセスの特徴は、絶縁膜の平坦化、ポジ型フォトレジスト面形成、ウエハカバー露光とすることで、転写パターンの精度を向上させるものである。
マスクは、先端製品で回路パターンが露光波長以下の場合、位相シフトマスクを用いる。マスクは、図9の遮光膜の代わりにハーフトーン型とし、更にウエハカバーを用いた露光とすることで、ウエハカバー中の露光光の波長が短くなり、相乗効果により解像度向上される。
露光波長より微細な寸法の配線形成工程では、図17または図18に示した半導体プロセスとすることで、導電膜(金属膜)に転写するパターン精度を向上させることができる。第1層配線は、マスクは、ハーフトーン型などの位相シフトマスクを用い、転写パターン精度を向上させることができる。図18において、平坦化直後に絶縁膜の開口のための第一露光は、ウエハカバーを用いた露光方式でも良いし、従来の露光方式でも良い。ポイントは、パターニングした絶縁膜上に導電膜を形成し、この導電膜を配線として用いる配線のパターン形成には、図18に示した導電膜パターンの形成プロセスとする。この方式により、より微細な導電膜パターンが形成でき、その精度を向上させることができる。
ウエハカバーに関して、透過率が低い材質を選択した場合は、フォトレジストの露光時間が増加する。露光光に対して透過率が低い材質を用いると露光光はウエハカバーで吸収され、温度上昇する。従って、露光光に対して透過率が高い方が望ましいのであるが、露光光に対して透過率が80%程度あれば、プラスチックのような有機材を平板にしたものであっても良い。また、ビニールシートであっても良い。
また、半導体ウエハ上のフォトレジスト面にレジストと異なる有機膜を堆積させたものであっても良い。露光後、フォトレジスト膜の現像前に有機膜の除去できれば良い。
例えば、平坦化プロセスと液浸露光方式とを組み合わせてもよい。被露光試料表面を平坦にすることで、液浸用液体の流れに伴うカルマン渦と呼ばれる泡の発生を抑えることができる。また、液浸用液体として純水を用いる場合は、沸騰冷却して気泡除去することで泡の発生をさらに抑制することができる。
また、半導体ウエハに転写するための回路パターンが本投影露光方式によって生じる転写歪を逆に歪ませた回路パターンをマスク上に形成しておく手法、光近接効果補正(Optical Proximity Correction)を付加したパターンをマスク上に形成してあっても良い。また、本発明マスクと液浸露光方式とを組み合わせて用いても良い。
時間が増加する。露光光に対して透過率が低い材質を用いると露光光はウエハカバーで吸収され、温度上昇する。従って、露光光に対して透過率が高い方が望ましいのであるが、露光光に対して透過率が80%程度あれば、プラスチックのような有機材を平板にしたものであっても良い。また、ビニールシートであっても良い。
また、半導体ウエハ上のフォトレジスト面にレジストと異なる有機膜を堆積させたものであっても良い。露光後、フォトレジスト膜の現像前に有機膜の除去できれば良い。
[0075] なお、半導体集積回路の製造プロセスへは、ウエハカバーを用いた縮小投影露光法、マスクカバーを用いたマスクを用いて、集積回路パターンを形成することに重点をおいて説明したが、この組み合せに限定されるものではない。
例えば、平坦化プロセスと液浸露光方式とを組み合わせてもよい。被露光試料表面を平坦にすることで、試料表面の微小段差による液浸用液体の不均一な流れに伴う微小泡の発生を抑えることができる。試料表面の段差が1ミクロン以下のごく微小段差であってもカルマン渦と呼ばれる渦状に分布した泡が生じることが多く、試料表面を平坦にすることで、その発生を抑制することができる。また、液浸用液体として純水を用いる場合は、沸騰冷却して気泡除去することで泡の発生をさらに抑制することができる。
[0076] また、半導体集積回路の平坦化プロセス手法として、化学的機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing)を示したが、化学機械研削法(Chemical Mechanical Lapping)を用いても良い。
また、半導体ウエハに転写するための回路パターンが本投影露光方式によって生じる転写歪を逆に歪ませた回路パターンをマスク上に形成しておく手法、光近接効果補正(Optical Proximily Correclion)を付加したパターンをマスク上に形成してあっても良い。また、本発明マスクと液浸露光方式とを組み合わせて用いても良い。
[0077] マスクのパターン回に装着するマスクカバー、半導体ウエハのフォトレジスト面に装着するウエハカバーの投影レンズ側の表面には、露光光に対して反射防止膜を設けても良い。これにより、マスクカバー、ウエハカバー表面で反射の影響なくすることができる。
[0078] 本発明の半導体露光装置の縮小投影レンズとして説明したが、複数のレンズから構成されるレンズ群の中に、非球面ミラーを組み合わせて用いた縮小投影光学系であっても良い。また、マスクは、光透過型であるが、反射型であっても良い。
[0079] 以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが
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Claims (20)
- マスクに形成した集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジストに露光するための縮小投影露光装置であって、
主たる媒質がガラスまたは高分子樹脂のマスクカバーを前記マスクの集積回路パターン面に接触、または近接して前記マスクと共に前記縮小投影露光装置の所定の部位に配置する手段と、主たる媒質がガラスまたは高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して前記半導体ウエハと共に前記露光装置の所定部位に配置する手段とを備え、
前記露光光が前記マスクを照明して、前記マスクカバー、前記縮小投影露光装置の投影レンズ、前記ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジスト面に結像して露光することを特徴とする縮小投影露光装置。 - マスクに形成した集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジストに露光するための縮小投影露光装置であって、
主たる媒質がガラスまたは高分子樹脂のマスクカバーを前記マスクの回路パターン面に接触、または近接して設ける手段と、主たる媒質が透明液体のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設ける手段と、主たる媒質がガラスのレンズカバーを前記縮小投影露光装置の投影レンズとウエハカバーとの間に設ける手段を備え、
露光光がマスクを照明して、前記のマスクカバー、投影レンズ、レンズカバー、ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジスト面に結像露光することを特徴とする縮小投影露光装置。 - マスクに形成した集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジストに露光するための縮小投影露光装置であって、
前記マスクを前記縮小投影露光装置の所定部位に配置する手段と、前記フォトレジスト膜が形成された半導体ウエハを前記縮小投影露光装置の所定部位に配置する手段と、厚さ1mm程度であって前記縮小投影露光装置の露光光を透過するウエハカバーを前記フォトレジスト表面に接触させて設ける手段と、予め設定された縮小倍率での露光に、さらに縮小倍率を0.5倍程度まで可変設定できるようにした露光手段を備え、
前記露光光が前記マスクを照明して、前記縮小投影露光装置の投影レンズ、前記ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジストを露光することを特徴とする縮小投影露光装置。 - マスクに形成した集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジストに露光するための縮小投影露光装置であって、
前記マスクを前記縮小投影露光装置の所定部位に配置する手段と、前記縮小投影露光装置の露光光を用い、前記マスクの回路パターンの方向性と周期性に対応して最適化した角度だけ傾けてマスクの回路パターン面を照明する手段と、主たる媒質が透明液体、ガラスまたは高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト表面に接触させて設け、前記半導体ウエハと共に前記露光装置の所定部位に配置する手段とを備え、
前記露光光が前記マスクを照明して、前記縮小投影露光装置の投影レンズ、前記ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジストを露光することを特徴とする縮小投影露光装置。 - マスクに形成した集積回路パターンを半導体ウエハ上のフォトレジストに露光するための縮小投影露光装置であって、次の第一の機能と第二の機能とが使い分けできるようにしたことを特徴とする縮小投影露光装置。
第一の機能は、主たる媒質が透明液体、ガラスまたは高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト表面に接触させて設け、前記露光光が前記ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジストを露光する機能であり、
第二の機能は、前記ウエハカバーを用いないで、前記露光光が前記半導体ウエハ上のフォトレジストを露光する機能である。 - マスクに形成した集積回路パターンを縮小投影露光法により半導体ウエハ上のフォトレジストに露光し、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する半導体集積回路装置の製造において、
主たる媒質がガラスまたは高分子樹脂で、厚さが0.1mmから0.6mmのマスクカバーを前記マスクの集積回路パターン面に接触するか、または近接して設け、
前記マスクカバーによる縮小投影レンズの収差が少なくなるように、マスク面または半導体ウエハ面の光軸位置を調整して、半導体ウエハ上に回路パターンを転写すること特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光し、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する半導体集積回路装置の製造において、
主たる媒質がガラス、または高分子樹脂のマスクカバーを前記マスクの集積回路パターン面に接触、または近接して設け、前記マスクと共に前記縮小投影露光装置の所定の部位に配置する工程と、
主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設け、前記半導体ウエハと共に前記縮小投影露光装置の所定の部位に配置する工程と、
前記露光光が前記マスクを照明して前記マスクカバー、前記縮小投影露光装置の投影レンズ、前記ウエハカバーを透過して前記半導体ウエハ上のフォトレジストを露光する工程とを有し、
前記ウエハカバーを除去後、前記フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光する半導体集積回路装置の製造において、
前記マスクの透過光が位相反転するようにした領域をマスクに設け、主たる媒質がガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設けて半導体ウエハのフォトレジストを露光し、前記ウエハカバーを除去後、前記フォトレジストを現像することにより、回路パターンを形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上の絶縁膜に転写する半導体集積回路装置の製造において、
回路パターンを形成しようとする第一絶縁膜、またはその下層となる第二絶縁膜を化学機械研磨法または化学機械研削法を用いて表面平坦化してフォトレジスト膜を形成した半導体ウエハに対し、主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設けて半導体ウエハのフォトレジストを露光し、前記ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像して、エッチングマスクとし、少なくとも前記第一絶縁膜に回路パターンを形成したことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上の導電膜に転写する半導体集積回路装置の製造において、
回路パターンを形成しようとする導電膜、またはその下層となる導電膜を化学機械研磨法または化学機械研削法を用いて表面平坦化してフォトレジスト膜を形成した半導体ウエハに対し、主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設けて半導体ウエハのフォトレジストを露光し、前記ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像して、エッチングマスクとし、前記導電膜に回路パターンを形成したことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光する半導体集積回路装置の製造において、
回路パターンを形成しようとする導電膜の下層となる絶縁膜を化学機械研磨法または化学機械研削法を用いて表面平坦化した後、導電膜とフォトレジスト膜を順次形成した半導体ウエハに対し、
主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設けて半導体ウエハのフォトレジストを露光し、前記ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像し、エッチングマスクとして、導電膜の回路パターンを形成したことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光する半導体集積回路装置の製造において、
前記マスクは、投影レンズ開口数1以下の第一縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光してパターン形成できる寸法の回路パターンから構成される集積回路チップの回路パターンデータを準備し、前記回路パターンデータからコンピュータ処理手順が事前設定可能なデータ変換処理により得られる回路パターンを要部とする集積回路チップの回路パターンをマスクに形成したものであり、
前記マスクを前記第一縮小投影露光と同じ波長の露光光にて、主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設けて半導体ウエハのフォトレジストを露光し、前記ウエハカバーを除去後、フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成したことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体集積回路装置の製造において、
請求項12記載のデータ変換処理は、形状を実質的に相似形として、半導体ウエハ上で追加縮小されるように0.5倍程度までの縮小変換処理を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体集積回路装置の製造において、
請求項12記載のデータ変換処理は、半導体ウエハ上に形成する回路パターンから位相差マスクを製作するための位相シフトパターンと遮光パターンのデータ変換処理ではなく、遮光パターンのマスクを製作するための遮光パターンのデータ変換処理であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光する半導体集積回路装置の製造において、
前記マスクは、第一縮小投影露光装置の投影レンズ開口数が1以上と仮定し、露光光波長が193nm、157nmなど個別波長に対応させた最小寸法の回路パターンを設計し、これを要部とする集積回路パターンを形成したものであり、
前記マスクを前記第一縮小投影露光と同じ波長の露光光にて、主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設けて半導体ウエハのフォトレジストを露光し、前記ウエハカバーを除去後、前記フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成したことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光し、回路パターンを形成する半導体集積回路装置の製造において、
主たる媒質がガラスまたは高分子樹脂のマスクカバーを前記マスクの回路パターン面に接触、または近接して設ける工程と、主たる媒質が透明液体のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設ける工程と、主たる媒質がガラスのレンズカバーを前記縮小投影露光装置の投影レンズとウエハカバーとの間に設ける工程と、露光光がマスクを照明して、前記のマスクカバー、投影レンズ、レンズカバー、ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジスト面に結像露光する工程を有し、
前記ウエハカバーを除去後、前記フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 半導体ウエハ上のフォトレジストに第一マスクの第一回路パターンを縮小投影露光法により結像するように露光して、前記フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に第一の回路パターンを形成する工程と、
第二の回路パターンが形成された第二マスクと、主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーが接触して設けられた半導体ウエハ上のフォトレジストに、第二マスクの第二回路パターンを縮小投影露光法により結像するように露光し、前記ウエハカバーを除去後、前記フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に第二の回路パターンを形成する工程とを含み、
前記第一回路パターンは、ドナーまたはアクセプタをドーピングして半導体素子領域を形成するためのパターンであり、前記第二回路パターンは、形成した半導体素子間に金属配線するための絶縁膜穴明け加工のパターンであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 化学機械研磨法または化学機械研削法を用いて絶縁膜の表面平坦化した半導体ウエハ上のフォトレジストに第一マスクの第一回路パターンを縮小投影露光法により結像するように露光して、前記フォトレジストを現像することにより、第一の回路パターンを形成した後、半導体ウエハ上に導電膜と第二のフォトレジスト膜を順に形成し、
第二の回路パターンが形成された第二マスクと、主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーが接触して設けられた半導体ウエハ上のフォトレジストに、第二マスクの第二回路パターンを縮小投影露光法により結像するように露光し、前記ウエハカバーを除去後、前記フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上の前記導電膜に回路パターンを形成したことを特徴とする半導体集積回路の製造方法。 - 集積回路パターンを形成したマスクと縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光し、半導体ウエハ上に回路パターンを形成する半導体集積回路装置の製造において、
前記マスクを前記縮小投影露光装置の所定の部位に配置する工程と、前記縮小投影露光装置の露光光を、前記マスクの回路パターンの方向性と周期性に対応して、マスクの回路パターン面への照明角度を変えて斜め方向に照明する工程と、主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設け、前記半導体ウエハと共に前記縮小投影露光装置の所定の部位に配置する工程と、前記露光光が前記マスクを照明して、前記縮小投影露光装置の投影レンズ、前記ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジストを露光する工程を有し、
前記ウエハカバーを除去後、前記フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成したことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 - 半導体ウエハ上に回路パターンを形成する半導体集積回路装置の製造において、
露光光の波長が248nm、193nm、157nmであり、投影レンズ開口数が1以下の第一縮小投影露光装置により、半導体ウエハ上のフォトレジストに露光してパターン形成できる寸法の回路パターンを要部とする集積回路パターンを形成したマスクを準備する工程と、前記マスクを前記第一縮小投影露光装置と露光光の波長が同じかそれ以下の第二縮小投影露光装置の所定部位に配置する工程と、主たる媒質が透明液体、ガラス、または高分子樹脂のウエハカバーを前記フォトレジスト面に接触して設けて前記半導体ウエハと共に第二縮小投影露光装置の所定部位に配置する工程と、前記マスクの集積回路パターンが半導体ウエハに転写されるパターン縮小率を第二縮小投影露光装置では前記第一縮小投影露光装置より高く設定する工程と、前記第二縮小投影露光装置の露光光が前記マスクを照明して、第二縮小投影露光装置の投影レンズ、前記ウエハカバーを透過し、前記半導体ウエハ上のフォトレジストを露光する工程を有し、
前記ウエハカバーを除去後、前記フォトレジストを現像することにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成したことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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