TW202028872A

TW202028872A - 投影曝光裝置以及使用於投影曝光裝置之遮光板

Info

Publication number: TW202028872A
Application number: TW108130422A
Authority: TW
Inventors: 六川裕樹; 山部耕平
Original assignee: 日商奧克製作所股份有限公司
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2020-08-01
Also published as: KR102651377B1; JP2020122811A; TWI799637B; KR20200094064A; JP7179420B2

Abstract

[課題] 可將具有定向平面的晶圓進行適當的曝光。 [解決技術手段] 一種投影曝光裝置，包括將光源的出射光的照度均一化而照射於遮罩的照明光學系統、設置於照明光學系統的遮光板、以及使遮光板移動的遮光板移動機構，在將形成定向平面部的基板曝光的投影曝光裝置中，遮光板具有由直線部以及曲線部組成的連續邊緣，對應定向平面部與投影範圍的相對位置關係而藉由遮光板移動機構控制遮光板的位置。

Description

投影曝光裝置以及使用於投影曝光裝置之遮光板

本發明係關於一種藉由步進重複而將圖案曝光在晶圓的投影曝光裝置以及使用於投影曝光裝置之遮光板。

投影曝光裝置設置有當曝光區域到達晶圓邊緣時不從邊緣端曝光所定寬度的機構（WEM：晶圓邊緣光罩）。在需要高精度曝光結果的投影曝光裝置中，以顆粒對策以及遮光邊界的清晰度等的理由，選擇在光學系統中設置晶圓邊緣光罩的方法。

例如，存在設置可移動到與照明光學系統的遮罩共軛的位置的遮光板，並對應曝光位置而使遮光板移動，經由遮住所定部分的光進行晶圓周邊非曝光的先前技術（專利文獻1）。半導體晶圓中，設置有定向平面（orientation flat）用以指示晶圓的結晶軸的方向。定向平面是例如經由切出晶圓的一部分而形成的直線邊緣部分（以下，此部分稱為定向平面部）。在專利文獻1中的技術不能做到此定向平面部的遮光。

又，於晶圓上設置遮光構件的技術為習知的。在晶圓上設置覆蓋晶圓的整個圓周的遮光構件的方法中，專利文獻2（第8圖）中記載了同時做到晶圓的圓弧形外圍邊緣部分以及定向平面部的遮光。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2011-233781號公報 [專利文獻2] 日本特開2015-200910號公報

[發明所欲解決之問題]

由於在晶圓上遮光的晶圓邊緣光罩是將遮光構件設置於晶圓上，因此產生源自遮光構件的顆粒附著在晶圓上、並且遮光的邊界變得不清楚這樣的問題。又，當曝光沒有定向平面的晶圓時，需要以沒有直線部的遮光構件交換（先前文獻2的第3圖），並且作業繁雜。

因此，本發明的目的是提供一種包括在進行晶圓的周邊非曝光時，不僅圓弧狀部連定向平面部也可非曝光的設置於照明光學系統的晶圓邊緣光罩的投影曝光裝置以及使用於投影曝光裝置的遮光板。 [解決問題之技術手段]

本發明係為一種投影曝光裝置，包括：將光源的出射光的照度均一化而照射於遮罩的照明光學系統、設置於照明光學系統的遮光板、以及使遮光板移動的遮光板移動機構，在將形成定向平面部的基板曝光的投影曝光裝置中，遮光板具有由直線部以及曲線部組成的連續邊緣，對應定向平面部與投影範圍的相對位置關係而藉由遮光板移動機構控制遮光板的位置。又，本發明係為一種遮光板，係為配置在投影曝光裝置的照明光學系統的遮光板，其中為了相對於具有定向平面部的晶圓形成非曝光區域，具有由直線部以及曲線部組成的連續邊緣。此外，本發明係為一種投影曝光裝置，包括：將光源的出射光的照度均一化而照射於遮罩的照明光學系統、設置於照明光學系統的遮光板、以及使遮光板移動的遮光板移動機構，遮光板移動機構具有相對於照明光學系統的光軸而使遮光板進出的直動機構、以照明光學系統的光軸為中心而使遮光板旋轉的第一θ軸機構、以及相對於直動機構而使遮光板旋轉的第二θ軸機構，遮光板具有由直線部以及曲線部組成的連續邊緣，對應基板的定向平面部與投影範圍的相對位置關係而藉由遮光板移動機構控制遮光板的位置。 [發明的效果]

根據至少一個實施例，當進行晶圓的周邊非曝光時，不僅圓弧狀部連定向平面部也可非曝光。又，不一定只限定在此記載的效果，可以是本說明書中記載的任何效果或不同於這些的效果。

以下，將參考圖式說明關於本發明的實施例等。又，以下說明的實施例等是本發明的較佳的具體例，而本發明的內容不限於這些實施例。

第1圖是本發明的投影曝光裝置的一實施例的概略構成圖。又，第1圖中的每個元件以沿主光軸的剖面圖表示，並且此時的陰影線被省略。投影曝光裝置係具有光源1、以及將從光源1的出射光作為均一照度的照明光的照明光學系統4。來自照明光學系統4的照明光被照射到作為圖案原版的遮罩（光罩）8上。遮罩8的圖像藉由投影光學系統12投影到晶圓13。

晶圓13被載置在曝光載台（工作卡盤）14上。曝光載台14藉由載台移動機構15移動。載台移動機構15以及光學系統（光源1、照明光學系統4、投影光學系統12）藉由架台16支持。

光源1例如是紫外線燈。又，設置橢圓鏡2以朝著桿狀透鏡的入口集光。桿狀透鏡5藉由桿狀透鏡支持部6支持。也可以使用水銀燈、雷射等作為光源1。

照明光學系統4包括桿狀透鏡5以及臨界照明透鏡組7。桿狀透鏡5是具有多邊形的剖面的透明體，並且作用為照明光均一化手段。照明光均一化手段不限於桿狀透鏡，也可以使用內面反射鏡（使複數個反射鏡向內貼合的多邊形的筒）。

臨界照明透鏡組7以所定的倍率（例如2倍）將桿狀透鏡5的出口面的圖像放大並照射遮罩8。又，雖然在圖中臨界照明透鏡組7以四邊形簡略表示，但是以複數個透鏡（例如10個透鏡）構成。又，照明光學系統4包括後述的遮光機構（晶圓邊緣光罩）11。

遮罩8是繪製所定圖案的通過型的光罩。遮罩8藉由遮罩載台9支持。遮罩8由例如以石英玻璃製，並且繪製有要轉印的所定圖案（例如，電路圖案）通過型的光罩。

投影光學系統12例如是戴森（Dyson）光學系統。在一實施例中，投影光學系統12的倍率為等倍。

晶圓13的形狀為圓形，並且直徑為例如300mm。又，形成定向平面。晶圓13例如是在單晶矽的表面上塗佈光阻（感光劑）的矽晶圓。除了由單晶矽製的那些之外，也可以由玻璃、藍寶石或化合物製成。

光阻不僅被塗佈到圖案曝光區域，而且被塗佈到晶圓13的周邊部的至少一部分。光阻是使用紫外線形成圖案的感光材料。光阻可以是正型或負型。在晶圓13的周邊部設定所定的非曝光區域。例如，將晶圓13的占整個邊緣寬度5mm設置為非曝光區域。又，非曝光區域也設置在定向平面部。

曝光載台14將晶圓13吸附保持。曝光載台14藉由載台移動機構15在X、Y、θ方向上移動。晶圓13的表面（二維平面）由X方向以及Y方向限定，旋轉方向由θ限定。載台移動機構15進行用於步進曝光的移動以及用於晶圓對準的微小移動。又，為了使晶圓13聚焦，包括進行在Z方向的移動以及調整曝光載台的傾斜度的機構。

投影曝光裝置包括用於設置曝光載台14以及光學系統的架台16。對準照相機10安裝到架台16。

在一實施例中，將遮光板17設置在照明光學系統4的晶圓13的共軛面。又，遮光板17位於桿狀透鏡5的出口部。具體而言，桿狀透鏡5的出口面位於遮光板17的附近的位置。

第2圖示出了用於沿晶圓13的周邊非曝光區域遮蔽光的遮光板17的一例。遮光板17是相對在與遮罩8相同的材質（例如石英玻璃板）上附著黑色遮光劑。如後述般，設置相對光軸而使遮光板進出的直動機構、以照明光學系統的光軸為中心使遮光板旋轉的第一θ軸機構、以及相對於直動機構使遮光板旋轉的第二θ軸機構的遮光板移動機構。

遮光板17在內周側的中心部份具有作為第二θ軸機構的凹陷的半圓狀的凹口18。外周側沿著凹口18而整體為山形或凸形。遮光板17在外周側具有第一遮光部19a、第二遮光部19b以及第三遮光部19c。朝向圖從左側的頂點a1朝向右側的更上側的頂點a2形成曲線狀邊緣c1，並且從頂點a2朝向右側的更上側的頂點a3形成直線狀邊緣s1。藉由這些曲線狀邊緣c1以及直線狀邊緣s1組成的連續邊緣而構成第一遮光部19a。

頂點a3以及頂點b3處於大致相同的高度位置，並且藉由將這些頂點a3以及頂點b3連結的曲線狀邊緣c3而構成第三遮光部19c。此外，從頂點b3朝向右側下降的位置的頂點b2形成直線狀邊緣s2，並且從頂點b2朝向右側的較低位置的頂點b1形成曲線狀邊緣c2。藉由這些曲線狀邊緣c2以及直線狀邊緣s2而構成第二遮光部19b。在晶圓13上，直線狀邊緣s1以及s2的各自的長度比一個曝光範圍的縱向方向的長度長。又，這裡的曝光範圍是指一次曝光照射可以在晶圓13上曝光的最大投影圖像，例如，將桿狀透鏡5的出口面的圖像依據臨界透鏡系統7以及投影光學系統12的倍率以放大（或縮小）的形狀表示。

因此，遮光板17相對於通過半圓狀凹口18的中心而在上下延伸的線具有左右對稱的形狀。第一遮光部19a具有定向平面部、以及相對與此直線邊緣部分連續的一方曲線部的遮光功能，第二遮光部19b具有定向平面部、以及相對與此定向平面部連續的另一方曲線部的遮光功能，第三遮光部19c具有定向平面部以外的遮光功能。又，各遮光部的邊緣部份具有與照明光學系統的數值孔徑（NA, Numerical Aperture）對應的錐形形狀的剖面。錐形形狀用於防止在非曝光區域以外出射光的光量減少。

第3圖示出了作為遮光板17的變形例的遮光板17A。相同的參考標號被附加到與第2圖中相對應的部分。此遮光板17A具有第一遮光部19aa以及第二遮光部19ab、並省略第三遮光部19c而構成。在此遮光板17A的情況下，定向平面部以外的遮光是藉由第一遮光部19aa的曲線狀邊緣c1以及第二遮光部19ab的曲線狀邊緣c2而完成。

第4圖示出了作為遮光板17的變形例的遮光板17B。與遮光板17不同，遮光板17B外周側為與凹口18相反的整體谷形或凹形。朝向圖從左側的頂點dl往右下到頂點d2形成曲線狀邊緣c4。頂點d2通過與定向平面部對應的直線狀邊緣s3而到達頂點d3。此外，從頂點d3往右上到頂點d4形成曲線狀邊緣c5。

遮光板17B由曲線狀邊緣c4以及直線狀邊緣s3構成第一遮光部19ba，並且由曲線狀邊緣c5以及直線狀邊緣s3構成第二遮光部19bb。藉由這些遮光部19ba以及19bb而完成定向平面部以及與定向平面部連續的曲線部分的遮光。此外，定向平面部以及與定向平面部連續的曲線部分以外的曲線部分的遮光是藉由曲線狀邊緣c4以及c5進行。

第5圖以及第6圖是例如使遮光板17移動的遮光板移動機構的前視圖以及側視剖面圖。如第6圖所示般，遮光板移動機構設置成與桿狀透鏡的側面鄰接。遮光板移動機構為中空結構，並且在中空部內設置有桿透鏡支持部。遮光板移動機構包括相對於光軸使遮光板進出的直動機構23、以照明光學系統的光軸為中心使遮光板旋轉的第一θ軸機構、以及相對於直動機構23使遮光板17旋轉的第二θ軸機構。

如第5圖所示般，遮光板17的內側的圓弧狀的凹口18的圓弧安裝在遮光板旋轉電動機20的旋轉軸。遮光板旋轉電動機20相對於基板21而被固定。基板21藉由拆卸用螺釘22a以及22b相對於直動機構23而被裝配。又，遮光板旋轉電動機20用於使遮光板17相對於直動機構23旋轉，並且構成第二θ軸機構。

直動機構23是滾珠螺桿等的單軸致動器，並且是使遮光板17以及遮光板旋轉電動機20直線地位移的機構。藉由直動機構23，相對於照明光學系統4的光軸使遮光板17的邊緣接近或遠離。直動機構23對應於非曝光區域的寬度而設定遮光板17的邊緣的位置。

第一θ軸機構是使遮光板17以照明光學系統的光軸為中心旋轉的旋轉機構。如第6圖所示般，設置有中空電動機24，並且藉由中空電動機24使中空軸25旋轉。中空電動機24包括滑環等的旋轉電纜部26。

具有桿狀透鏡5的桿狀透鏡支持部6設置在中空軸25內。例如，中空軸25的中心與桿狀透鏡5的光軸一致。桿狀透鏡支持部6將桿狀透鏡5的入口側固定到殼體，並且出口側藉由設置在中空軸25內的軸承27而被支持。然而，不藉由軸承27支持桿狀透鏡5的出口側，而以桿狀透鏡5以及桿狀透鏡支持部6僅在入口側單方支持的構成也可以。

旋轉載台28安裝到中空軸25的桿狀透鏡5的出口側。旋轉載台28係為圓板狀，中空軸25的前端固定在其中心位置。直動機構23藉由安裝部安裝到旋轉載台28。例如，使旋轉載台28的徑向與直動機構23的直線運動的方向一致。如上所述，相對於直動機構23，具有遮光板17以及遮光板旋轉電動機20的第二θ軸機構被安裝。因此，當中空軸25藉由中空電動機24旋轉時，以照明光學系統的光軸為中心，旋轉載台28、直動機構23、第二θ軸機構以及遮光板17一體地旋轉。

又，在本實施例中，雖然桿狀透鏡被使用作為照明光均一化手段，但是可以使用複眼透鏡。在那種情況下，可以在複眼透鏡之後設置成像光學系統，並且可以設置遮光板移動機構，使得遮光板來到成像面。

接下來，將說明關於本發明的一實施例的遮光動作。第7圖是示出相對於晶圓13的步進重複曝光動作的圖。在第7圖的示例中，進行41次曝光。一次的曝光範圍以矩形示出，而十字表示曝光的中心（光軸的位置）。

沿著晶圓13的外周設定非曝光區域MA。左上方示出了藉由晶圓邊緣光罩遮光的示例。在曝光區域沒有覆蓋非曝光區域MA的位置的曝光動作期間，遮光板17從桿狀透鏡5後退到縮回的位置。

遮光板移動機構對定向平面部的遮光以及定向平面部以外的遮光進行不同的動作。首先，將說明將定向平面部以外的非曝光區域的遮光的動作。在這種情況下，第二θ軸機構（遮光板旋轉電動機20）旋轉，以使遮光板17的第三遮光部19c來到直動機構23的移動軸上的中心，然後維持此狀態。

在曝光區域覆蓋非曝光區域MA的位置處（曝光範圍EA1、EA2），遮光板17以只將非曝光區域MA遮光的量向桿狀透鏡5前進，將照明光的一部份遮光。又，第一θ軸機構對應EA1、EA2中的非曝光區域MA的角度旋轉。此結果，遮光區域SA對應曝光位置（曝光範圍EA1、EA2、…）以及非曝光區域MA而定位。

接下來，將說明關於定向平面部的遮光動作。第8圖是示出晶圓邊緣光罩（遮光板17）將定向平面部的非曝光區域MA遮光的圖像的圖。又，第8圖所示的遮光板17表示藉由照明光學系統以及投影光學系統的倍率而放大的圖像。

如第7圖所示般，當曝光包含定向平面部的右端部的曝光範圍EA3時，使用遮光板17的第二遮光部19b。即，使用直線狀邊緣s2以及曲線狀邊緣c2兩方以同時進行圓弧以及直線的兩方的部分的遮光。

為了將曝光範圍EA3的非曝光區域遮光，第二θ軸機構旋轉並移動，以使遮光板17的第二遮光部19b覆蓋桿狀透鏡5。此時，與第一θ軸機構的角度θ1、直動機構23的距離R以及第二θ軸機構的角度θ2連動計算，並且使遮光板17移動，以將遮光板17的第二遮光部19b適當地定位在定向平面部上。

同樣地，當曝光曝光範圍EA5時，使遮光板17移動，以將遮光板17的第一遮光部19a適當地定位在定向平面部上。此外，當曝光曝光範圍EA4時，使用第一遮光部19a或第二遮光部19b進行遮光。因此，第一遮光部19a的直線狀邊緣s1以及第二遮光部19b的直線狀邊緣s2比曝光範圍EA4的長邊的長度長。

以上，儘管已經具體地說明關於本技術的一實施例，但是本發明不限於上述的一實施例，並且基於本發明的技術思想，各種變形是可能的。又，在上述實施例中舉出的構成、方法、工程、形狀、材料、數值等僅是示例，並且根據需要使用不同的構成、方法、工程、形狀、材料、數值等也可以。

1:光源 2:橢圓鏡 4:照明光學系統 5:桿狀透鏡 6:桿狀透鏡支持部 7:臨界照明透鏡組 8:遮罩 9:遮罩載台 10:對準照相機 11:遮光機構 12:投影光學系統 13:晶圓 14:曝光載台 15:載台移動機構 16:架台 17、17A、17B:遮光板 18:凹口 19a、19aa、19ba:第一遮光部 19b、19ab、19bb:第二遮光部 19c:第三遮光部 20:遮光板旋轉電動機 21:基板 22a、22b:螺釘 23:直動機構 24:中空電動機 25:中空軸 26:旋轉電纜部 27:軸承 28:旋轉載台 a1、a2、a3、b1、b2、b3、d1、d2、d3、d4:頂點 c1、c2、c3、c4、c5:曲線狀邊緣 EA1、EA2、EA3、EA4、EA5:曝光範圍 MA:非曝光區域 SA:遮光區域 s1、s2、s3:直線狀邊緣

第1圖係為示出根據本發明的一實施例的曝光裝置的構成的圖。第2圖係為在一實施例中的遮光板的一例的前視圖。第3圖係為在一實施例中的遮光板的另一例的前視圖。第4圖係為在一實施例中的遮光板的又一例的前視圖。第5圖係為在一實施例中的遮光板移動機構的前視圖。第6圖係為在一實施例中的遮光板移動機構的剖面圖。第7圖係為使用於說明曝光動作的平面圖。第8圖係為示出晶圓與遮光板的關係的平面圖。

17:遮光板

18:凹口

19a:第一遮光部

19b:第二遮光部

19c:第三遮光部

a1、a2、a3、b1、b2、b3:頂點

c1、c2、c3:曲線狀邊緣

s1、s2:直線狀邊緣

Claims

一種投影曝光裝置，包括：照明光學系統，將光源的出射光的照度均一化而照射於遮罩；遮光板，設置於前述照明光學系統；以及遮光板移動機構，使前述遮光板移動，在將形成定向平面部的基板曝光的投影曝光裝置中，前述遮光板具有由直線部以及曲線部組成的連續邊緣，對應前述定向平面部與投影範圍的相對位置關係而藉由前述遮光板移動機構控制前述遮光板的位置。
如申請專利範圍第1項所述之投影曝光裝置，其中在前述晶圓上的前述直線部的長度比前述投影範圍的縱向方向的長度長。
如申請專利範圍第1項所述之投影曝光裝置，具有以對稱前述遮光板的中心線的兩個前述連續邊緣。
如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項所述之投影曝光裝置，其中前述遮光板具有不同於前述連續邊緣的曲線狀邊緣。
一種遮光板，係為配置在投影曝光裝置的照明光學系統的遮光板，其中為了相對於具有定向平面部的晶圓形成非曝光區域，具有由直線部以及曲線部組成的連續邊緣。
一種投影曝光裝置，包括：照明光學系統，將光源的出射光的照度均一化而照射於遮罩；遮光板，設置於前述照明光學系統；以及遮光板移動機構，使前述遮光板移動，前述遮光板移動機構具有相對於前述照明光學系統的光軸而使前述遮光板進出的直動機構、以前述照明光學系統的光軸為中心而使前述遮光板旋轉的第一θ軸機構、以及相對於前述直動機構而使前述遮光板旋轉的第二θ軸機構，前述遮光板具有由直線部以及曲線部組成的連續邊緣，對應基板的定向平面部與投影範圍的相對位置關係而藉由前述遮光板移動機構控制前述遮光板的位置。