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図面 (7)

目的

走査型露光装置光源としてエキシマレーザ等の出力が不安定な光を使用したときに、露光基盤上に均一な露光量を得る。

構成

第1物体面上のパターンを第2物体面上に投影する投影光学系と、第1物体と第2物体とを前記投影光学系に対し同期させて1次元移動させる移動手段とを有し、第1物体面上のパターンを走査露光方式で第2物体面に露光する投影露光装置において、前記走査露光の方向に向かって順に第1の照明領域と第2の照明領域を設け、第1の照明領域の光強度に比べ第2の照明領域の光強度を小さくするように照明する照明手段と、第1の照明領域内で第1物体に照射された光量を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて第2の照明領域内で第1物体に照射する光量を制御する制御手段とを有する。

概要

背景

半導体技術は高集積化微細化の一途をたどりますますその領域を広げつつある。

このような半導体露光装置において、マスクまたはレチクル回路パターンウエハー上に転写焼き付ける場合には、ウエハー上に焼き付けられる回路パターンの解像線幅露光光波長に比例するため、近年では遠紫外領域の短い波長の光源が用いられている。

この種の遠紫外光源としては重水素ランプ水銀ランプが知られている。これらの光源からの光は直流または交流点灯した場合でも原則的には連続光であり、単位時間あたりの出力も一定に制御することは容易である。

より高出力の光源としてエキシマレーザがある。しかしながらエキシマレーザからの光はパルス光で、パルスごとの出力が不安定であるため、特に一定出力・連続光を前提とした露光量制御を行う走査型露光装置の光源としては、重水素ランプ、水銀ランプに比べ エキシマレーザを用いることは困難であった。

概要

走査型露光装置の光源としてエキシマレーザ等の出力が不安定な光を使用したときに、露光基盤上に均一な露光量を得る。

第1物体面上のパターンを第2物体面上に投影する投影光学系と、第1物体と第2物体とを前記投影光学系に対し同期させて1次元移動させる移動手段とを有し、第1物体面上のパターンを走査露光方式で第2物体面に露光する投影露光装置において、前記走査露光の方向に向かって順に第1の照明領域と第2の照明領域を設け、第1の照明領域の光強度に比べ第2の照明領域の光強度を小さくするように照明する照明手段と、第1の照明領域内で第1物体に照射された光量を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて第2の照明領域内で第1物体に照射する光量を制御する制御手段とを有する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

第1物体面上のパターンを第2物体面上に投影する投影光学系と、第1物体と第2物体とを前記投影光学系に対し同期させて1次元移動させる移動手段とを有し、第1物体面上のパターンを走査露光方式で第2物体面に露光する投影露光装置において、前記走査露光の方向に向かって順に第1の照明領域と第2の照明領域を設け、第1の照明領域の光強度に比べ第2の照明領域の光強度を小さくするように照明する照明手段と;第1の照明領域内で第1物体に照射された光量を検出する検出手段と;前記検出手段の出力に基づいて第2の照明領域内で第1物体に照射する光量を制御する制御手段;とを有することを特徴とする投影露光装置。

請求項2

前記照明手段が、光源からの光束を振幅分割し所望の分割比で第1の照明領域と第2の照明領域に光束を振り分け光束分割手段を有することを特徴とする請求項1の投影露光装置。

請求項3

第1の照明領域が前記投影光学系の光軸と交差することを特徴とする請求項1、2の投影露光装置。

請求項4

前記制御手段が、第2の照明領域を前記走査方向に拡大・縮小させる照明領域規定手段を有することを特徴とする請求項1、2、3の投影露光装置。

請求項5

前記照明手段の照明光パルス光であることを特徴とする請求項1、2、3、4の投影露光装置。

請求項6

前記照明領域規定手段が前記パルス光と同期することを特徴とする請求項4の投影露光装置。

請求項7

請求項1及び請求項6に至る投影露光装置を用いることを特徴とする素子の製造方法。

技術分野

0001

本発明は投影露光装置に関するもので、特にICやLSI等の半導体デバイス液晶パネル等の表示デバイスを製造するために使用される投影露光装置に関する。

背景技術

0002

半導体技術は高集積化微細化の一途をたどりますますその領域を広げつつある。

0003

このような半導体露光装置において、マスクまたはレチクル回路パターンウエハー上に転写焼き付ける場合には、ウエハー上に焼き付けられる回路パターンの解像線幅露光光波長に比例するため、近年では遠紫外領域の短い波長の光源が用いられている。

0004

この種の遠紫外光源としては重水素ランプ水銀ランプが知られている。これらの光源からの光は直流または交流点灯した場合でも原則的には連続光であり、単位時間あたりの出力も一定に制御することは容易である。

0005

より高出力の光源としてエキシマレーザがある。しかしながらエキシマレーザからの光はパルス光で、パルスごとの出力が不安定であるため、特に一定出力・連続光を前提とした露光量制御を行う走査型露光装置の光源としては、重水素ランプ、水銀ランプに比べ エキシマレーザを用いることは困難であった。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の目的は、上記走査型露光装置の光源としてエキシマレーザ等の出力が不安定な光を使用したときに、露光基盤上全体に均一な露光量を得ることにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の投影露光装置は、第1物体面上のパターンを第2物体面上に投影する投影光学系と、第1物体と第2物体とを前記投影光学系に対し同期させて1次元移動させる移動手段とを有し、第1物体面上のパターンを走査露光方式で第2物体面に露光する投影露光装置において、前記走査露光の方向に向かって順に第1の照明領域と第2の照明領域を設け、第1の照明領域の光強度に比べ第2の照明領域の光強度を小さくするように照明する照明手段と、第1の照明領域内で第1物体に照射された光量を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて第2の照明領域内で第1物体に照射する光量を制御する制御手段とを有することを特徴としている。

0008

特に、前記照明手段が、光源からの光束を振幅分割し所望の分割比で第1の照明領域と第2の照明領域に光束を振り分け光束分割手段を有することを特徴とている。

0009

また、第1の照明領域が前記投影光学系の光軸と交差することを特徴としている。

0010

また、前記制御手段が、第2の照明領域を前記走査方向に拡大・縮小させる照明領域規定手段を有することを特徴としている。

0011

また、前記照明手段の照明光がパルス光であることを特徴としている。

0012

また、前記照明領域規定手段が前記パルス光と同期することを特徴としている。

0013

図1は、本発明の第1の実施例を示している。

0014

1は、パルス発振している発光源で、3は、オプティカルインテグレータ、2のレンズによって、1の発光源と3のオプティカルインテグレータの入射面3aは、像と瞳の関係になっている5は、レーザ照射範囲を制限するためのマスキングブレードで、単軸方向に移動可能とする。6は、マスキングブレードの像を7被露光面上に結んでいる。8 は投影レンズで、7の像を露光面9上に縮小投影している。10ハーフミラーは光束の一部を反射し、9被露光面と共役な位置に配置された31光強度検出器導光している。

0015

レチクル21は、被照射面7上に配置され、光軸に垂直な方向に、XY移動ができる機構を有している。22は、上面が、露光面9に一致するように配置されたウエハーで、光軸に垂直な方向にxy移動可能である。

0016

マスキングブレード5を射出した光束は、レンズ6により被露光面21に像を結ぶ。被露光面上でマスキングブレードの形状を映し出し、長方形をなしている。この光束を主光束する。この長方形の短辺方向に、レチクル21が移動しながら、光源1のパルス発振にしたがって、順次露光していく様子を図2に示す。

0017

また図1に戻って、ハーフミラー16を透過した光束は、レンズ11により被露光面7と共役な15マスキングブレードに像を結ぶ。この時、ハーフミラー16を透過した光束がハーフミラー16を反射した光束に対して、たとえば40 %(p = 0.4 )程度になるようにすると、被露光面上のスキャン方向の照度分布図3のようになる。ハーフミラー16を透過してきた光束を、補助光束とし、光強度を32で検出する。12はNDフィルターでハーフミラーが製造誤差等により所望の分割比が得られない時の光量調整用のものである。

0018

図2に戻って、ウエハ22は、レチクルの移動方向と逆に移動し、ウエハの移動速度はレチクルの移動速度のM8 倍(投影レンズ8の倍率をM8 とした。)になっている。被露光面では、パルスの周期T、スキャンのスピードをVとすると、
△X = V × T
で表され、△X ずつズレながら、露光が積算されていく。

0019

パルスの周期Tとすると、マスキングブレードによって制限された主光束の露光距離L、補助光束の露光距離L’と△X の間に、
L = n × △X (n は整数
= n × V × T
L' = m × V × T (m は整数)
という関係がなり立っている。

0020

被露光物照度の高い方から走査しながら、パルスを打ち積算露光をしていく。このとき、パルスごとの照度のばらつきが10% 程度だけ含まれているので、パルスごとの照度を光強度検出器31で測定しておく。あるhパルス目での1パルスあたりの主光束の露光量をI(h)とすると、レチクルのパターン面が、主光束により露光されだしてから、終了するまでの積算露光量Siは、

0021

ID=000003HE=020 WI=082 LX=0640 LY=1450
で表されるが、積算露光量のばらつきも、最大10% 程度乗ってしまっている(図4)。

0022

ここで、補正用の補助光束の領域にレチクルが走査されていく。ここでもパルスごとに強度のばらつきがあるが、光強度が主光束のp 倍(0<p<1) とすると、ばらつきは主光束の露光量の約(p/10)倍となる。補助光束の照射範囲をレチクルが移動し終わるのに、mパルス分かかるとすると、補助光束での露光量は、最大で光され出してから、終了するまでの積算露光量Siは、

0023

ID=000004HE=020 WI=092 LX=0590 LY=1950
となるが、最小値は0 であり、マスキングブレード15を1パルスごとに動かして、光束を遮る範囲を変えることにより、主光束の積算露光で出たばらつきを補正している。

0024

主光束の積算露光で出る露光量のばらつきは、
△S = ±(0.1 × n ×Iave )
(Iave :主光束の平均パルス光量)
なので、補助光束での調整で使うパルス数は、
m ≧ 2 × |△S| / (p ×Iave )
= 0.2 × n / p
である。

0025

たとえば、n = 100 のとき、補正する露光量は、±10Iave 程度になる。ここでは、m = 50 として、マスキングブレードの標準位置を補助光束の中心にとっている。主光束での積算露光量が、平均値Save = n ×Iave の時に、露光補正するブレードは標準位置にある。

0026

一方、主光束での露光が、常に平均値より10% 多かったとき、
Si[max] = 1.1× n ×Iave
=Save + 25 × p
となり、25パルス分、補助光束を少なく当てて補正する。これは補助光束をすべてブレードで遮光することを意味する。主光束での積算露光量が少ない場合も、同様にして、補助光束のパルスを多く当てて補正する。

0027

マスキングブレードは、1パルス分のレチクルの移動距離△X に相当する間隔で開け閉め出きるように、レンズ8 の倍率をM8とすると、△X / M8ピッチでブレードを移動する。

0028

レチクル上で、隣接している箇所では、主光束の露光量は、

0029

ID=000005HE=015 WI=067 LX=0265 LY=0700
と表せるので、主光束での隣接箇所の積算露光量の差は
| Si+1 - Si | = | I(i+n+1) - I(i)|
≦ 2 × Iave / 10
となる。

0030

これに対して、補助光束での1パルスの平均露光量は、
p ×Iave
なので、
p ≧ 0.2
ならば、隣接箇所の露光量の補正は、多くとも補助光束の1パルス分である。これを、ブレードの開閉によって制御すると、1パルスごとに(△X / M8)幅だけ開閉することに相当する(図4)。従って、ブレード1枚の開閉によって、主光束の積算露光量の補正を行うことが出来る。

0031

補助光束の照射位置は、収差のとれている光軸近傍でも良いが、補助光束の露光量は、主光束の露光の10% 以下なので、少し収差の大きい軸外に配置しても、積算露光されたパターンの解像度には影響が少ない。したがって、露光のスループットを考えると、主光束を光軸付近に配置し、補助光束はその外側に配置することが有効である。

0032

この例では、主光束の被露光面上のスキャン方向の照度分布を均一化させていたが、これが任意の形状をしていてもかまわない。このとき、光強度検出器31は、スキャン方向に複数個対称な位置にならべて、1パルスごとにそれぞれの強度を検出し、測定値を補間する事により、スキャン方向の照度分布の任意の場所での照度を予測することができる。1パルスごとのスキャンスピードの情報と合わせて、被露光物の任意の場所での積算露光量がわかるので、この主光束での積算露光のムラを±Iave 以内に抑えられていれば、補助光学系の2枚のブレードを用いて補正することが可能である。

0033

なお、投影レンズ9はステッパーのように屈折系でも,あるいは反射系または反射屈折光学系でも良い。以上の実施例ではパルス光の照明光を対象としたが出力が時間的に不安定な連続光にも適応可能である。

0034

次に上記説明した投影露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図5は半導体デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、あるいは液晶パネルやCCDなど)の製造のフローを示す。ステツプ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行う。ステツプ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、ステツプ3(ウエハ−製造)ではシリコンなどの材料を用いてウエハーを製造する。ステツプ4(ウエハープロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハーを用いて、リソグラフイ−技術によってウエハー上に実際の回路を形成する。次のステツプ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステツプ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)などの工程を含む。ステツプ6(検査)ではステツプ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などの検査を行う。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(ステツプ7)される。

0035

図6は上記ウエハープロセスの詳細なフローを示す。ステツプ11(酸化)ではウエハーの表面を酸化させる。ステツプ12(CVD)ではウエハー表面絶縁膜を形成する。ステツプ13(電極形成)ではウエハー上に電極蒸着によって形成する。ステツプ14(イオン打ち込み)ではウエハーにイオンを打ち込む。ステツプ15(レジスト処理)ではウエハーに感光剤を塗布する。ステツプ16(露光)では上記説明した投影露光装置によってマスクの回路パターンをウエハーに焼付け露光する。ステツプ17(現像)では露光したウエハーを現像する。ステツプ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。ステツプ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステツプを繰り返し行うことによってウエハー上に多重に回路パターンが形成される。

0036

本実施例の製造方法を用いれば、従来製造が難しかった高集積度の半導体デバイスが製造することができる。

発明の効果

0037

以上の説明したように、露光装置照明光源として出力の不安定な光源を用いても、露光基盤上全体に均一な露光量を得ることができる投影露光装置及びそれを用いた素子の製造方法を達成することができる。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明の実施例の光学系を示す図
図2照明光を制限する装置と,それを主光束、補助光束に分割するNDフィルターと、被露光面での露光を示す概略図
図3被露光面上のスキャン方向の照度分布を示した図
図4積算光量とブレード位置の図
図5デバイス製造フローの図
図6ウエハプロセスの図

--

0039

1光源
2レンズ
3オプティカルインテグレータ
4 レンズ
5マスキングブレード
6 レンズ
7 被露光面
8投影レンズ
9 露光面
10ハーフミラー
11 レンズ
12NDフィルター
13 レンズ
15 マスキングブレード
17、18、19反射ミラー
21レチクル
22ウエハー
31光強度検出器
32 光強度検出器

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