JPWO2008053881A1 - 減光板、露光装置、露光方法およびデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明による減光板（１０１ａ）は、光源からの光の量を調整する減光板であって、相対的に透過率の高い複数の高透過率領域を有し、前記高透過率領域の形状は、減光板を通過した拡散光または集光光の強度分布が一様となるように定められている。

Description

本発明は、半導体集積回路などのリソグラフィ用の露光装置において露光対象面の照度を調整するために使用される減光板（ND）、当該減光板を備えた露光装置ならびに当該露光装置を使用する露光方法およびデバイスの製造方法に関するものである。特に、通過した光の強度分布を一様とする減光板、当該減光板を備えた露光装置ならびに当該露光装置を使用する露光方法およびデバイスの製造方法に関するものである。

米国特許第６５９４３３４号公報（以下、特許文献１という）には、半導体集積回路などのリソグラフィ用の露光装置においては、露光対象面の照度を調整するために減光板を使用することが開示され、この減光板は、露光装置の照明光学系の上流などの光路中に、通過光量を調整するように配置されている。

減光板は、複数の開口部を通過する光の量によって露光対象面の照度を調整する。減光板の開口部以外の部分に照射された光は、減光板に吸収される。減光板には、吸収された光のエネルギーが熱として蓄積される。したがって、減光板の温度を抑えるには、所定の熱容量を確保するように、減光板を厚くする必要がある。

図１は、従来の減光板の、受光面に垂直な断面の構成を示す図である。減光板に照射される光が拡散光である場合に、図１に示すように、減光板の周縁部の開口部を通過する光の量は、減光板の中心位置の開口部を通過する光の量に比較して著しく減少する。これは、減光板の受光面に垂直な方向に対して大きな角度を有する光について、減光板が厚いために、開口部におけるケラレが生じるためである。したがって、従来の減光板を通過した拡散光の強度分布は、一様とならず、露光対象面において、減光板を通過した場所により光の強度が異なる。減光板に照射される光が集光光である場合も、従来の減光板を通過した集光光の強度分布は、一様とならず、露光対象面において、減光板を通過した場所により光の強度が異なる。

米国特許第６５９４３３４号公報

減光板に照射される光が拡散光または集光光である場合に、通過した光の強度分布を一様とすることができる減光板が求められている。

本発明による減光板は、相対的に透過率の高い複数の高透過率領域を有し、前記高透過率領域の形状は、減光板を通過した拡散光または集光光の強度分布が一様となるように定められていることを特徴とする。

本発明による減光板によれば、減光板を通過した拡散光または集光光の強度分布が一様となり、露光対象面において、減光板を通過した場所（位置）により拡散光または集光光の強度が異なることはない。

本発明に係る減光板は、複数の高透過率領域の少なくとも一部の、減光板の受光面に平行な断面の大きさが、光束の進行方向に沿って変化していることを特徴とする。

本発明の一実施例によれば、減光板を通過した光の強度分布が一様となるように、複数の高透過率領域の少なくとも一部の、減光板の受光面に平行な断面の大きさが、光束の進行方向に沿って変化しているので、露光対象面において、減光板を通過した場所により光の強度が異なることはない。

また、本発明の一実施例によれば、開口部の、減光板の中心側は円柱状とするので、開口部全体を円錐台状とした場合に比較して、非光源側の面における開口部間距離(開口部のピッチから開口部の径を差し引いた値)が大きくなる。したがって、減光板を製造するのがより容易となる。

本発明の別の一実施例に従う減光板は、減光板を通過した光の強度分布が一様となるように、複数の高透過率領域のうち、外側にあるものの大きさが、内側にあるものの大きさよりも大きいことを特徴とする。

本発明の一実施例によれば、減光板を通過した光の強度分布が一様となるように、複数の高透過率領域のうち、外側にあるものの大きさが、内側にあるものの大きさよりも大きいので、露光対象面において、減光板を通過した場所により、光の強度が異なることはない。

本発明によれば、減光板を通過した光の強度分布が一様となり、露光対象面において、減光板を通過した場所により、光の強度が異なることはない。

従来の減光板の、受光面に垂直な断面の構成を示す図である。 本発明の一実施例による減光板の平面図である。 本発明の第１の実施例による減光板の、受光面に垂直な断面の構成を示す図である。 本発明の第２の実施例による減光板の、受光面に垂直な断面の構成を示す図である。 本発明の第３の実施例による減光板の、受光面に垂直な断面の構成を示す図である。 本発明の第３の実施例による減光板を含む露光装置の光学系の一部を示す図である。 減光板を含む露光装置の光学系の一部を示す図である。 本発明の一実施例による減光板を備えたＥＵＶ露光装置の構成を示す図である。 本発明の半導体デバイス製造方法の実施例の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ…減光板

図２は、本発明の一実施例による減光板の平面図である。

減光板は、開口部以外の部分が光を吸収することによって、減光板を通過する光の量を調節する。開口部の径および開口部の中心間間隔(以下ピッチと呼称する)は、減少させる光の量を実現するように定める。減光板の厚さは、吸収する光の量、すなわち熱量を考慮して定める。減光板の材質は、融点および熱伝導率の高い金属とすることができる。具体的に、波長１１乃至１４ナノメータ程度の軟Ｘ線を使用した、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet: 極端紫外線）リソグラフィ用の露光装置（以下、ＥＵＶ露光装置と呼称）に使用される場合には、減光板の材質は、モリブデンまたはタングステンまたはそのいずれかを含む化合物などとすることができる。

なお、開口部の代わりにジルコニウムなどの透過率の高い物質で、開口部に相当する領域を形成してもよい。

一例として、減光板の寸法は、以下のとおりである。

有効直径 ８０ミリメータ
開口部の径 ２．３ミリメータ
開口部のピッチ ２．６ミリメータ
板厚 ０．３ミリメータ
なお、減光板の寸法は上記の寸法に限定されない。

図７は、減光板１０１を含む露光装置の光学系の一部を示す図である。光源２０１からの光は、中間集光点２０３を経て拡散光となり、減光板１０１に到達する。図８において、中間集光点２０３と減光板１０１との距離をＤ、減光板の有効半径をＲ、中間集光点２０３からの拡がり角度をθとする。減光板１０１を通過した光は、露光装置の照明光学系へ向かう。

一例としての数値は、以下のとおりである。

Ｄ ７０ミリメータ
Ｒ ４０ミリメータ
θ ２９．７度
なお、距離Ｄ、減光板の有効半径Ｒ、中間集光点からの広がり角度θは上記の数値には限定されない。

図３は、本発明の第１の実施例による減光板の、受光面に垂直な断面の構成を示す図である。図３において陰影を付した領域は、光の照射される領域である。本実施例において、開口部は、円錐台状である。減光板１０１ａの受光面に垂直な方向に対して円錐台の母線のなす角度は、中間集光点２０３からの拡がり角度θと等しくなるようにする。この結果、減光板１０１ａの周縁部の開口部においても、ケラレが生じることはない。したがって、減光板１０１ａの周縁部の開口部を通過する光の量は、減光板１０１ａの中心位置の開口部を通過する光の量に比較して減少することはなく、減光板通過後の光の強度分布は一様となる。

開口部の径は、光源側の面においてｄ_０、非光源側の面においてｄ_１、であり、光源側の面から、非光源側の面に向けて単調に増加している。開口部間距離(開口部のピッチから開口部の径を差し引いた値)は、光源側の面においてＷ_０、非光源側の面においてＷ_１である。

本実施例においては、製造の容易さを考慮して、全ての開口部の形状を同じにした。しかし、減光板１０１ａの受光面に垂直な方向に対して円錐台の母線のなす角度は、当該開口部の位置における中間集光点２０３からの拡がり角度、すなわち、当該開口部の位置における光束の、減光板１０１ａの受光面に垂直な方向に対する角度にしたがって、０からθの範囲で定めてもよい。

図４は、本発明の第２の実施例による減光板の、受光面に垂直な断面の構成を示す図である。図４において陰影を付した領域は、光の照射される領域である。本実施例において、開口部の、減光板１０１ｂの周縁部側は円錐台状である。開口部の、減光板１０１ｂの中心側は円柱状である。減光板１０１ａの受光面に垂直な方向に対して円錐台の母線のなす角度は、中間集光点２０３からの拡がり角度θと等しくなるようにする。この結果、減光板１０１ｂの周縁部の開口部においても、ケラレ（光の遮蔽）が生じることはない。したがって、減光板１０１ｂの周縁部の開口部を通過する光の量は、減光板１０１ｂの中心位置の開口部を通過する光の量に比較して減少することはなく、減光板通過後の光の強度分布は一様となる。

開口部の、減光板１０１ｂの中心側を円柱状とする理由は以下のとおりである。第１の実施例においては、非光源側の面における開口部間距離Ｗ_１が小さくなる場合があり、極端な場合には、非光源側の平坦な面が消滅してしまう。減光板の開口部を加工する際には、最初に円柱状のストレート孔を開けてから、円錐台状に加工する。しかし、非光源側の面における開口部間距離Ｗ_１が小さい場合には、バリや剥離が生じ、加工歩留まりが低下してしまう。そこで、図４に示すように、開口部の、減光板１０１ｂの中心側は円柱状として、開口部全体を円錐台状とした場合に比較して、非光源側の面における開口部間距離が大きくなるようにする。

開口部の径は、光源側の面においてｄ_０、非光源側の面においてｄ_２であり、光源側の面から、非光源側の面に向けて単調に増加している。開口部間距離(開口部のピッチからかい後部の径を差し引いた値)は、光源側の面においてＷ_０、非光源側の面においてＷ_２である。

減光板の厚さをｔとすると、

である。

本実施例においては、製造の容易さを考慮して、全ての開口部の形状を同じにした。しかし、減光板１０１ｂの受光面に垂直な方向に対して円錐台の母線のなす角度は、当該開口部の位置における中間集光点２０３からの拡がり角度、すなわち、当該開口部の位置における光束の、減光板１０１ｂの受光面に垂直な方向に対する角度にしたがって、０からθの範囲で定めてもよい。

図５は、本発明の第３の実施例による減光板の、受光面に垂直な断面の構成を示す図である。図５において陰影を付した領域は、光の照射される領域である。本実施例において、開口部は、全て円柱状である。本実施例においては、拡散光に対する開口部の有効面積が、減光板１０１ｃの中心位置にある開口部の有効面積、すなわち実面積と等しくなるように開口部の径を定める。ここで、開口部の有効面積とは、一定量の光を通過させる開口部の面積であり、２個の開口部の有効面積が等しい場合には、２個の開口部を通過する光の量が等しい。

図６は、本実施例による減光板１０１ｃを含む露光装置の光学系の一部を示す図である。図６において、中間集光点２０３から減光板１０１ｃまでの距離をＤ、減光板１０１ｃの中心位置にある開口部の径をｄ_０、減光板１０１ｃの厚さをｔ、任意の開口部を照射する拡散光の拡がり角度を

減光板１０１ｃの中心位置から当該任意の開口部の中心までの距離をｒ、当該任意の開口部の径をｄとすると、厚さｔが距離Ｄよりも十分に小さいとして、当該任意の開口部の有効面積は以下の式で表せる。この式は、本来の開口面積から側壁による影の面積を引いたものである。ただし、角度の単位はラジアンとする。

ただし、

である。一方、減光板１０１ｃの中心位置の開口部の面積Ｓ_０は、

であるから、

を満たすｄを求めれば、減光板１０１ｃの中心位置にある開口部の実面積と等しくなる有効面積を有する、当該任意の位置の開口部径が求まる。

減光板１０１ｃの厚さｔを０．３ミリメータ、減光板１０１ｃの中心位置にある開口部の径をｄ_０を２．３ミリメータとすると、

となる。減光板内のｒ座標系に変換すると、

で表現される。

このように、減光板１０１ｃの厚さおよび減光板１０１ｃの中心位置にある開口部の径を定めると、減光板１０１ｃの中心位置にある開口部の実面積と等しくなる有効面積を有する、当該任意の位置の開口部径は、

の関数として表せ、減光板１０１ｃの中心位置から当該任意の開口部の中心までの距離ｒが大きくなるにしたがって大きくなる。

任意の位置における開口部の有効面積が減光板１０１ｃの中心位置にある開口部の実面積と等しくなるので、任意の位置における開口部を通過する光の量は等しくなり、減光板通過後の光の強度分布は一様となる。

本発明による減光フィルタを通過した光の強度分布は一様となる。

上記の実施例において、減光板に拡散光が照射される場合について説明した。減光板に集光光が照射される場合には、上記の実施例の減光板の、受光面と反対側の面を受光面として使用すれば同様である。

図８は、本発明の一実施例による減光板を備えたＥＵＶ露光装置の構成を示す図である。ＥＵＶ露光装置は、照明光学系３３および投影光学系３７を含む。

光源２０１から放出されたＥＵＶ光は、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡３４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂからなるオプティカルインテグレータ３５に入射する。

こうして、フライアイミラー３５ａの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ３５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は平面反射鏡３６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する。ここで、円弧状の照明領域を形成するための開口板は、図示していない。マスクＭの表面で反射された光は、その後、投影光学系３７の多層膜反射鏡Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順に反射されて、露光光１として、マスクＭの表面に形成されたパターンの像を、ウエハ２上に塗布されたレジスト３上に形成する。

ここで、減光板１０１は、照明光学系３３の上流に配置される。減光板１０１による減光率は、ウエハ２上の照度を所望の値とするように調整される。減光板１０１の位置に、または減光板１０１を備えたタブレット板を配置してもよい。

本発明による減光板を使用することによって、露光領域の全体にわたって露光光の強度分布が一様となるようにすることができ、露光装置の露光精度を向上させることができる。
なお、露光領域において均一でない露光光の強度分布を得ようとする場合には、得ようとする強度分布に応じて開口部の径および開口部の配置を適宜定めればよい。

以下、本発明に係わる半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図９は、本発明の半導体デバイス製造方法の実施例の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各工程を含む。

（１）ウエハを製造するウエハ製造工程(またはウエハを準備するウエハ準備工程)
（２）露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(またはマスクを準備するマスク
準備工程)
（３）ウエハに必要な露光処理を行うウエハプロセッシング工程
（４）ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
（５）できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。

これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウエハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工程は、以下の各工程を含む。

（１）絶縁層となる誘電体膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜などを形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリングなどを用いる）
（２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（３）薄膜層やウエハ基板などを選択的に加工するためにマスク（レクチル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィ工程
（４）レジストパターンにしたがって薄膜層や基板を加工するエッチング工程（たとえばドライエッチング技術を用いる）
（５）イオン・不純物注入拡散工程
（６）レジスト剥離工程
（７）さらに加工されたウエハを検査する検査工程
なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。

本実施例においては、上記リソグラフィ工程において、本発明による減光板を備えたＥＵＶ光露光装置を使用している。したがって、露光領域の全体にわたって露光光の強度分布が一様となるようにすることができ、上記リソグラフィ工程における露光精度を向上させることができる。

なお、図２では開口部の形状を円形にして、この円形の開口を２次元方向に等ピッチで配置したが、本発明はこのような形状や配置に限定されるものではない。例えば、開口部の形状を正方形等他の形状としてもよく、また、開口部の配置も縦方向及び／または横方向の配置を段違いにしたり、同心状に配置したりすることができ、様々な変形例が可能である。

本発明の減光板では、そこを通過した光の強度分布を一様にすることができ、露光装置に使用した時、露光対象面において、均一な光の強度を実現できる。

Claims (13)

1. 光源からの光の量を調整する減光板であって、相対的に透過率の高い複数の高透過率領域を有し、前記高透過率領域の形状は、減光板を通過した拡散光または集光光の強度分布が一様となるように定められていることを特徴とする減光板。
2. 前記減光板を通過した光の強度分布が一様となるように、前記複数の高透過率領域の少なくとも一部の、減光板の受光面に平行な断面の大きさが、光束の進行方向に沿って変化していることを特徴とする請求項１に記載の減光板。
3. 前記断面が、光束の進行方向に沿って大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載の減光板。
4. 前記高透過率領域の前記少なくとも一部の、減光板の受光面に垂直な方向の断面の外縁の少なくとも一部が減光板の受光面に垂直な方向に対して所定の角度を有することを特徴とする請求項２または３に記載の減光板。
5. 減光板を拡散光が通過する場合に、前記所定の角度は、前記拡散光または収束光の光束の、減光板の受光面に垂直な方向に対する角度の最大値以下であることを特徴とする請求項４に記載の減光板。
6. 前記高透過率領域の前記少なくとも一部の、減光板の受光面に垂直な方向の断面の外縁のうち、減光板の外側の部分のみが減光板に垂直な方向に対して前記所定の角度を有することを特徴とする請求項４または５に記載の減光板。
7. 前記減光板を通過した光の強度分布が一様となるように、前記複数の高透過率領域のうち、外側にあるものの大きさが、内側にあるものの大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の減光板。
8. 前記複数の高透過率領域のうちのある高透過率領域の大きさが、当該高透過率領域の位置における、前記拡散光または収束光の光束の、減光板の受光面に垂直な方向に対する角度を考慮して定められること特徴とする請求項７に記載の減光板。
9. 前記高透過率領域は開口部であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の減光板。
10. モリブデンまたはタングステンまたはそのいずれかを含む化合物からなることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の減光板。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の減光板を、少なくとも一つ光路中に備えたことを特徴とする露光装置。
12. 請求項１から１０のいずれかに記載の減光板を備える露光装置を使用して、マスクに形成された露光パターンを感応基板上に露光転写することを特徴とする露光方法。
13. 請求項１から１０のいずれかに記載の減光板を備える露光装置を使用して、マスクに形成された露光パターンを感応基板上に露光転写する工程を有するデバイスの製造方法。

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