JP2000021748A - 露光方法および露光装置 - Google Patents

露光方法および露光装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数種類のパターンを被露光基板上の同一シ
ョットに重ね焼きして１種類のパターンを形成する多重
露光方式のスループットを向上させる。 【解決手段】 １つの露光光源から出射された光束を複
数個に分割しその分割された各光束をそれぞれ所望の照
明条件に設定して１つの露光フィールド内の異なる領域
を照明する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法および露
光装置に関し、特に微細な回路パターンを被露光基板上
に露光する露光方法および露光装置に関する。このよう
な露光方法および露光装置は、例えば、ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド
等の検出素子、およびＣＣＤ等の撮像素子といった各種
デバイスの製造に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣやＬＳＩおよび液晶パネル等のデバ
イスをフォトリソグラフィ技術を用いて製造する際用い
られる投影露光装置は、現在、エキシマレーザを光源と
するものが主流となっている。しかしながら、このエキ
シマレーザを光源とする投影露光装置では、線幅０．１
５μｍ以下の微細パターンを形成することは困難であ
る。
【０００３】解像度を上げるには、理論上では、投影光
学系のＮＡ（開口数）を大きくしたり、露光光の波長を
小さくすれば良いのであるが、現実には、ＮＡを大きく
したり、露光光の波長を小さくすることは容易ではな
い。すなわち、投影光学系の焦点深度はＮＡの自乗に反
比例し、波長λに比例するため、特に投影光学系のＮＡ
を大きくすると焦点深度が小さくなり、焦点合わせが困
難になって生産性が低下する。また、殆どの硝材の透過
率は、遠紫外領域では極端に低く、例えば、λ＝２４８
ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ）で用いられる熔融石英で
さえ、λ＝１９３ｎｍ以下では殆ど０まで低下する。現
在、通常露光による線幅０．１５μｍ以下の微細パター
ンに対応する露光波長λ＝１５０ｎｍ以下の領域で実用
可能な硝材は実現していない。
【０００４】そこで、被露光基板に対して、２光束干渉
露光と通常の露光との二重露光を行ない、かつその時に
被露光基板に多値的な露光量分布を与えることによっ
て、より高解像度の露光を行なう方法が本出願人により
特願平９−３０４２３２号「露光方法及び露光装置」
（以下、先願という）として出願されている。この方法
によれば、露光波長λが２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレ
ーザ）、投影光学系の像側ＮＡが０．６の投影露光装置
を用いて、最小線幅０．１０μｍのパターンを形成する
ことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、先願の実施
例では２光束干渉露光は線幅０．１μｍＬ＆Ｓ（ライン
アンドスペース）の位相シフトマスク（またはレチク
ル）を用いて所謂コヒーレント照明で露光し、その後、
最小線幅０．１μｍの実素子パターンを形成されたマス
ク（またはレチクル）を用いて通常の露光（例えば部分
コヒーレント照明による露光）を行なっている。このよ
うに二重露光方式では１つのパターンを形成するために
各ショットごとに露光条件の異なる２回の露光工程を必
要とする。このため、スループットが遅くなってしまう
という問題があった。
【０００６】本発明は、複数種類のパターンを被露光基
板上の同一ショットに重ね焼きして１種類のパターンを
形成する多重露光方式のスループットを向上させること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、１つの露光光源から出射された光束を
複数個に分割しその分割された各光束をそれぞれ所望の
照明条件に設定して１つの露光フィールド内の異なる領
域を照明するようにしている。
【０００８】
【作用】本発明者らは、複数種類のパターンを被露光基
板上の同一ショットに重ね焼きして１種類のパターンを
形成する多重露光方式のスループットを向上させるため
に、これら複数種類のパターンを１枚のマスク（または
レチクル）上に形成することにより、マスク（またはレ
チクル）の交換時間の短縮を図ってみた。図２は、上記
位相シフトマスクのようなパターン（以下、Ｆパターン
という）Ａと、実素子パターンのようなパターン（以
下、Ｒパターンという）Ｂとを１枚のレチクルの１つの
露光フィールド内に形成した様子を示す。これらのＦパ
ターンとＲパターンとでは、σや露光量などの照明条件
が異なる。
【０００９】このように１つのレチクル内に異なった照
明条件の領域がある場合、１つの照明系しかない従来の
露光装置では、レチクルの照明条件が同一の領域ごとに
照明領域をマスキングブレードで制限して１つのチップ
に対してＦパターンとＲパターンの２回の露光を行な
う。したがって、図２のレチクルを用いる場合には、図
３に示すように、１つの露光フィールドを１／２ずつ２
回露光しなければならず、スループットが低下してい
た。
【００１０】そこで、本発明では、図２のレチクルを用
いる場合について説明すると、図１に示すように、１つ
の露光光源から出射された光束を２つに分割し、それぞ
れの光路に介挿された照明系によって、σや露光量など
の照明条件を制御した後、パターンＡとパターンＢを別
々の光束で同時に照明して露光する。これにより、一度
の露光で１つの露光フィールド内を２つの照明条件で同
時に露光することができる。したがって、被露光基板を
例えば１／２ショットずつステップ移動しながらステッ
プアンドリピートまたはステップアンドスキャン方式で
露光していけば、露光フィールドの１／２の面積あたり
１回の露光動作で、１／２ショットが１チップに相当す
るとして、端部のチップを除く全チップをパターンＡと
パターンＢで二重に露光することができる。
【００１１】これにより、露光動作の回数は図３の場合
の約１／２となり、スループットが約２倍に向上する。
３重以上の多重露光ではこのスループット向上の効果は
さらに顕著である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の一形態で
は、露光光源がレーザ光源であり、原版上の２つの領域
を２つの照明条件で照明する際、このレーザ光源の出射
光をλ／２板を通した後、偏光ビームスプリッタで２分
割するとともに、このλ／２板を回転することにより前
記２つの光束の分割比を制御する。これにより、２つの
領域の露光量を光量ロスなしに任意に設定することがで
きる。
【００１３】また、２分割された光束をダハプリズムに
よって１つの露光フィールド内の２つの領域に反射させ
るように構成し、かつこのダハプリズムを可動にするこ
とにより、２領域の面積比を可変にすることができる。
１チップ内に二重露光を必要とする比較的狭いパターン
幅の部分と従来の露光方法で十分な比較的広いパターン
幅の部分とがある場合に、Ｆパターンの面積を狭くして
Ｒパターンの面積を広くするなどして、ショット面積を
稼ぐことができ、スループットの向上に役立つ。本発明
の好ましい実施の形態に係る露光装置は、原版と被露光
基板とを同期して投影光学系と相対的に走査することに
より被露光基板上に原版のパターン像を露光する走査型
投影露光装置であって、原版上には走査方向に複数のパ
ターン領域が配列されており、１つのジョブ内各領域に
対応して複数の装置オフセットを持ち、走査露光中にパ
ターン領域の境界で各種装置オフセットを切り換えるよ
うにしている。例えば、位相シフトマスク（Ｆパター
ン）の露光は投影レンズの周辺部を通る光を用いて行な
うため、収差の影響によりＲパターンの露光とはフォー
カスやチルトがずれるので、これを補正する。また、レ
チクル上のＦパターンとＲパターンの相対的な位置ずれ
もＦパターン用とＲパターン用のアライメントマークを
設けてレチクルやウエハのアライメント時に予め計測し
ておき、走査露光中に境界部で切り換える。
【００１４】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例に係る露光装置の構成を示
す。同図において、１はＫｒＦエキシマレーザなどのレ
ーザ光源、２はλ／２板、３は偏光ビームスプリッタ、
４，７，８はミラー、５，６は照明系、９はダハプリズ
ム、１１はレチクル、１２は投影レンズ、１５はウエハ
である。
【００１５】レーザ光源１から出射された直線偏光は、
λ／２板２によって円または楕円偏光に変換されて偏光
ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームスプリッタ
３はｓ偏光を反射しｐ偏光を通過することにより、λ／
２板２を通過した光を２つの光束に分割する。偏光ビー
ムスプリッタ３を通過したｐ偏光はミラー４で反射さ
れ、照明系５でその照明条件（σおよび露光量など）を
制御された後、ミラー７およびダハプリズム９の一方の
反射面９ａで反射されてレチクル１１上の領域Ａを照明
する。一方、偏光ビームスプリッタ３で反射されたｓ偏
光は照明系６に入射され、その照明系６で照明条件（σ
および露光量など）を制御された後、ミラー８およびダ
ハプリズム９の他方の反射面９ｂで反射されてレチクル
１１上の領域Ｂを照明する。これにより、レチクル１１
上の領域ＡおよびＢのパターン像が投影レンズ１２によ
り、ウエハ１５上に同時に投影され露光される。このよ
うに１つの光源１に対して２つの照明系を設け、１つの
レチクル上の２つの領域を異なった照明条件で同時に露
光することにより、１ウエハあたりの露光回数を図２お
よび３に示した従来例の約１／２に減らすことができス
ループットを約２倍に向上させることができる。
【００１６】照明条件は、レチクル１１上の各領域に形
成されたパターンが位相シフトパターン（Ｆパターン）
と実素子パターン（Ｒパターン）である場合、例えばＦ
パターンの照明条件はσ＝０．３〜０．２とし、Ｒパタ
ーンの照明条件はσ＝０．６〜０．８、露光量をＦパタ
ーンの２〜３倍とする。本実施例では、このような光量
比に応じてλ／２板２を回転して、偏光ビームスプリッ
タ３に入射される光束のｐ偏光とｓ偏光の比、すなわち
偏光ビームスプリッタ３による光束の分割比を制御す
る。このように、λ／２板２を用いることにより２種類
の露光量を光量ロスなしに任意に設定することができ
る。
【００１７】本実施例は、ステップアンドリピート方式
の露光装置（ステッパ）およびステップアンドスキャン
方式の露光装置（走査投影露光装置）のいずれにも適用
可能である。スキャン方式の露光装置に適用する場合に
は、同一レチクルの２つの領域をスキャン中にその境界
でフォーカス、チルトおよびアライメントなどの各種装
置オフセットを瞬時に切り換え可能とし、ジョブも１つ
のジョブ内に２つの装置オフセットを持たせるようにす
る。
【００１８】
【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した投影露
光装置または方法を利用したデバイスの生産方法の実施
例を説明する。図４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ス
テップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成し
たマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）
ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造す
る。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、
上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技
術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステ
ップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ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）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。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（ステップ７）される。
【００１９】図５は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置または方法
によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光す
る。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像す
る。ステップ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。ステップ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。これらのステップを繰り返し行なうことによっ
て、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００２０】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、１つの露
光フィールド内に複数個の領域を設け各領域ごとに適切
な照明条件を設定できるようにしたため、複数種類のパ
ターンを同時に露光することができ、これら複数個の領
域に形成されたパターンを重ね焼きする多重露光のスル
ープットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る二重露光装置の構成
図である。
【図２】 図１の装置で用いられるレチクルの説明図で
ある。
【図３】 図２のレチクルを用いて従来の露光装置で露
光する場合の説明図である。
【図４】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。
【図５】 図４におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。
【符号の説明】
１：レーザ光源、２：λ／２板、３：偏光ビームスプリ
ッタ、４，７，８：ミラー、５，６：照明系、９：ダハ
プリズム、１１：レチクル、１２：投影レンズ、１５：
ウエハ。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １つの露光光源から出射された光束を複
    数個に分割しその分割された各光束をそれぞれ所望の照
    明条件に設定して１つの露光フィールド内の異なる領域
    を照明することを特徴とする露光方法。
  2. 【請求項２】 前記１つの露光フィールド内の異なる領
    域にそれぞれ対応して異なる種類のパターンが形成され
    た原版を用いることを特徴とする請求項１記載の露光方
    法。
  3. 【請求項３】 前記露光光源がレーザ光源であり、前記
    原版上の２つの領域を２つの照明条件で照明する際、前
    記レーザ光源の出射光をλ／２板を通した後、偏光ビー
    ムスプリッタで２分割するとともに、前記λ／２板を回
    転することにより前記２つの光束の分割比を制御するこ
    とを特徴とする請求項１または２記載の露光方法。
  4. 【請求項４】 前記２分割された光束をダハプリズムに
    よって前記１つの露光フィールド内の２つの領域に反射
    させるとともに、このダハプリズムを可動にし該２領域
    の面積比を可変にしたことを特徴とする請求項３記載の
    露光方法。
  5. 【請求項５】 前記原版と被露光基板とを同期して投影
    光学系と相対的に走査することにより該被露光基板上に
    該複数のパターンの像を露光する走査型投影露光方法で
    あって、前記原版上の走査方向に前記複数の領域が配列
    されており、１つのジョブ内各領域に対応して複数の装
    置オフセットを持ち、走査露光中に領域の境界で各種装
    置オフセットを切り換えることを特徴とする請求項１〜
    ４のいずれかに記載の露光方法。
  6. 【請求項６】 １つの露光光源から出射される光束を複
    数個に分割する手段と、分割された光束ごとに所望の露
    光条件を設定してそれぞれの光束で１つの露光フィール
    ド内の異なる領域を照明する照明系とを具備することを
    特徴とする露光装置。
  7. 【請求項７】 前記１つの露光フィールド内の異なる領
    域にそれぞれ対応して異なる種類のパターンが形成され
    た原版を用いることを特徴とする請求項６記載の露光装
    置。
  8. 【請求項８】 前記露光光源がレーザ光源であり、該レ
    ーザ光源を２分割する偏光ビームスプリッタと、該レー
    ザ光源と該偏光ビームスプリッタとの間に配置されたλ
    ／２板と、該λ／２板を回転させることによって該偏光
    ビームスプリッタにより分割される２光束の光量比を制
    御する手段とを具備し、前記１つの露光フィールド内の
    ２つの領域の異なる種類のパターンを同時に露光可能で
    あることを特徴とする請求項６または７記載の露光装
    置。
  9. 【請求項９】 前記２分割された光束を前記１つの露光
    フィールド内の２つの領域に反射させるダハプリズム
    と、このダハプリズムを移動させることにより前記２領
    域の面積比を可変する手段とを具備することを特徴とす
    る請求項８記載の露光方法。
  10. 【請求項１０】 前記原版と被露光基板とを同期して投
    影光学系と相対的に走査することにより該被露光基板上
    に該複数のパターンの像を露光する走査型投影露光装置
    であって、前記原版上の走査方向に前記複数の領域が配
    列されており、１つのジョブ内各領域に対応して複数の
    装置オフセットを持ち、走査露光中に領域の境界で各種
    装置オフセットを切り換えることを特徴とする請求項６
    〜９のいずれかに記載の露光装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜５のいずれかに記載の露光
    方法または請求項６〜１０のいずれかに記載の露光装置
    を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス
    製造方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のデバイス製造方法
    により製造されたことを特徴とするデバイス。
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