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図面 (9)

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、各照明領域を照明する照明手段と、第1照明領域内で第1物体に照射される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照明領域内で第1物体に照謝され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。

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、各照明領域を照明する照明手段と、第1照明領域内で第1物体に照射される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照明領域内で第1物体に照謝され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。

目的

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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、各照明領域を照明する照明手段と;第1照明領域内で第1物体に照射される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照明領域内で第1物体に照謝され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

前記制御手段が、第1物体に照射する光強度を変化させる光強度可変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

前記照明領域のなかで最も第1物体に光量を照射する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の投影露光装置。

請求項4

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

請求項5

前記光強度可変手段が前記パルス光に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6

請求項1及び請求項5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、各照明領域を照明する照明手段と、第1照明領域内で第1物体に照射される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照明領域内で第1物体に照謝され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、前記制御手段が、第1物体に照射する光強度を変化させる光強度可変手段を有することを特徴としている。

0009

また、前記照明領域のなかで最も第1物体に光量を照射する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。

0011

また、前記光強度可変手段が前記パルス光に同期することを特徴としている。

0012

図1は、本発明の第1の実施例を示している。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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によって被露光面7と共役な15マスキングブレードに像を結ぶ。透過率の異なる数枚のNDフィルター回転盤上12に乗せ,それぞれ選択する事により、被露光面上の光強度をコントロールできるようになっている。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。NDフィルター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。

0017

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。

0018

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+m) × △X (n,m は整数
= (n+m) × V × T
D = l × V × T (l は整数)
L' = V × T
という関係がなり立っている。

0019

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、

0020

ID=000003HE=020 WI=082 LX=0640 LY=1200
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)。

0021

ここで、主光束のnパルス以上の領域にレチクルが走査されていく。主光束の光束幅調整範囲をレチクルが移動し終わるのに、後mパルス分かかるとすると、露光量は、最大で

0022

ID=000004HE=020 WI=084 LX=0630 LY=1600
となるが、最小値は0 であり、マスキングブレード5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、主光束のはじめのnパルスの積算露光で出たばらつきを補正している。

0023

主光束のはじめのnパルスの積算露光で出る露光量のばらつきは、nパルスでの所望の積算露光量からのズレで表すと
△S = ±(0.1 × n ×Iave )
(Iave :主光束の平均パルス光量)なので、主光束での調整で使うパルス数は、
m ≧ 2 × |△S| / Iave
= 0.2 × n
である。

0024

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 = 20 として、1枚のマスキングブレードの位置を変えていくことにより、主光束の積算露光量を制御している。

0025

主光束のはじめのnパルスでの露光が、常に平均値より10%だけ多かったとき、
Si[max] = 1.1 × n × Iave
= Save + 0.1× n ×Iave
となり、(0.1×n)パルス分、補助光束を少なく当てて補正する。これは主光束のおわりのm(= 2 ×0.1 ×n )パルスをすべてブレード遮光することを意味する。主光束のはじめのnパルスの積算露光量が少ない場合も、同様にして、おわりのmパルスを多く当てて補正する。

0026

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6 の倍率をM6とすると、△X / M6ピッチでブレードを移動する。

0027

レチクル上で、隣接している箇所では、主光束のはじめのnパルスの積算露光量は、

0028

ID=000005HE=020 WI=086 LX=0620 LY=0300
と表せるので、主光束のはじめのnパルス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 × 0.1×Iave
となる。これを、ブレードの開閉によって制御すると、1枚のブレードを1パルスごとに多くとも(△X / M6)幅だけ開閉することに相当する。従って、ブレード1枚の開閉によって、主光束のはじめのnパルスの積算露光量の補正を行うことが出来る。

0029

ここで、ブレードの開け締めによる光量の変化はIave なので、主光束での補正には、±0.5 Iave 程度の露光ムラがまだ残っていることになる。この露光ムラをとるために、補助光学系の光量を調節して補正する。補助光学系の、ndフィルターによって、被露光面での1パルスの露光量I'を 0≦I'≦Iave とすると、0.5 Iave だけ露光が多いときには、補助光学系の強度I'=0にし、0.5 Iave だけ露光が少ないときには、補助光学系の強度I'= Iave にすれば主光束での積算露光のムラが1パルスでとれる。

0030

つまり、適正露光量E は、
E = S+T+I’
で与えられる。主光束と補助光学系の光束との距離L は△X の整数倍にとれば良い。

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、主光束の露光に較べて極めて少ないので、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軸対象に配置し、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±0.5 Iave に抑えられていれば、補助光学系を用いて補正することが可能である。

0033

また、ndフィルターを用いて補助光束の光強度を減衰させていたが、干渉フィルターを用いても可能である。干渉フィルター41. を図6のように光路中に挿入し、光軸となす角度を変化させる事によって、透過率を変化させる事が出来る。なお、投影レンズ9はステッパーのように屈折系でも、あるいは反射系でも良い。

0034

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。すなわち出力が一定であると近似できる時間にレチクルが移動する距離を△X とみなせば良いのである。

0035

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7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。

0036

図8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。

0037

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

0038

以上説明したように、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

0039

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積算露光量の図
図5複数のNDフィルターが載った回転円盤を示した図
図6他の実施例の光学系を示す図
図7デバイス製造フローの図
図8ウエハプロセスの図

--

0040

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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