JP2005039075A

JP2005039075A - Pattern drawing apparatus

Info

Publication number: JP2005039075A
Application number: JP2003274966A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Shigetoshi Sugawa; 成利須川; Kimio Yanagida; 公雄柳田; Kiwamu Takehisa; 究武久
Original assignee: Ball Semiconductor Inc
Current assignee: Ball Semiconductor Inc
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern drawing apparatus and method, and an optical jig where the laser beams of uniform and intense distribution are generated. <P>SOLUTION: A laser beam L1 fetched from laser equipment 1a enters a condenser lens 3 after reflected by mirrors 2a and 2b. A laser beams L2 fetched from laser equipment 1b also enters the condenser lens 3. The two laser beams are condensed nearly to the same spot and enter a glass rod 4 made of quartz. In the glass rod 4, the total reflection of the laser beams is repeated like in an optical fiber. A laser beam L3 emitted from the glass rod 4 has very uniform spatial intensity distribution. The laser beam L3 enters a projection optical system 5 to irradiate a mirror device 8. A laser beam L5 having entered a micro mirror corresponding to a drawing pattern enters a projection lens 9 like a laser beam L6. The lens 9 projects the pattern on the mirror device 8 in the drawing area 11 of the substrate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体集積回路製造時の露光工程で用いられるマスクを製造するために用いられるマスク描画装置に適用するパターン描画方法、及びパターン描画装置に関する。また、マスクを用いずに回路パターンをウエハ上に直接描画するマスクレス露光装置にも適用できるパターン描画方法、及びパターン描画装置である。 The present invention relates to a pattern drawing method and a pattern drawing apparatus applied to a mask drawing apparatus used for manufacturing a mask used in an exposure process at the time of manufacturing a semiconductor integrated circuit. The present invention also provides a pattern drawing method and a pattern drawing apparatus that can be applied to a maskless exposure apparatus that directly draws a circuit pattern on a wafer without using a mask.

一般に、半導体集積回路の製造時の露光工程では、回路パターンが描かれたマスク（レチクルと呼ばれることもある。）を用いてレジストが塗布されたウエハ上に回路パターンを描画させる（パターン露光と呼ばれる。）必要があり、そのための装置は露光装置あるいは露光機と呼ばれる。 In general, in an exposure process at the time of manufacturing a semiconductor integrated circuit, a circuit pattern is drawn on a resist-coated wafer using a mask (also referred to as a reticle) on which a circuit pattern is drawn (called pattern exposure). .) There is a need, and an apparatus for this purpose is called an exposure apparatus or an exposure machine.

一方、マスクを製造するには、マスクの基板となる石英板などの表面に、目的とする回路パターンに相当するパターン状に露光光を通過させるように遮光用のクロム膜などを付ける必要がある。このクロム膜などはパターン露光によって形成され、そのパターン露光を行う装置はマスク描画装置と呼ばれる。マスク描画装置の手法には、電子ビームを用いた電子ビーム描画が一般的であり、そのための装置は電子ビーム描画装置（以下、ＥＢ描画装置と示す。）と呼ばれている。 On the other hand, in order to manufacture a mask, it is necessary to provide a light-shielding chromium film or the like on the surface of a quartz plate or the like serving as a mask substrate so that exposure light passes in a pattern corresponding to a target circuit pattern. . The chromium film or the like is formed by pattern exposure, and an apparatus that performs the pattern exposure is called a mask drawing apparatus. As a mask drawing apparatus technique, electron beam drawing using an electron beam is generally used, and an apparatus for that purpose is called an electron beam drawing apparatus (hereinafter referred to as an EB drawing apparatus).

ただし、マスク描画装置には、ＥＢ描画装置の他に、紫外域のレーザ光（以下、紫外レーザ光と略す。）を用いてパターン描画（すなわちレジストが塗布されたマスク基板に対してパターン露光）する手法に基づく装置（レーザビーム描画装置と呼ばれることがある。）も製品化されている。その装置の従来例としては、微小なミラーを二次元配列状に多数並べたデバイス（デジタルマイクロミラーデバイスなどと呼ばれるが、ここでは、以下、ミラーデバイスと略す。）を用いて、これにパルス状の紫外レーザ光を照射し、反射光をパターン的に制御して、マスク基板上にパターン描画するものである。このレーザビーム描画装置では、回路パターンの中の一部のパターンを一括して露光できることから、処理速度が速い特徴があることが知られている。なお、これに関しては、例えば、Proceedings of SPIE, Vol.4186, PP.16-21、あるいは、USP6,428,940において示されている。 However, in addition to the EB drawing device, the mask drawing device uses a laser beam in the ultraviolet region (hereinafter abbreviated as an ultraviolet laser beam) to draw a pattern (that is, pattern exposure to a mask substrate coated with a resist). An apparatus based on this technique (sometimes called a laser beam drawing apparatus) has also been commercialized. As a conventional example of the apparatus, a device in which a large number of micromirrors are arranged in a two-dimensional array (referred to as a digital micromirror device or the like, but hereinafter abbreviated as a mirror device) is used. The pattern is drawn on the mask substrate by controlling the reflected light in a pattern. This laser beam drawing apparatus is known to have a high processing speed because a part of the circuit pattern can be exposed at a time. This is described in, for example, Proceedings of SPIE, Vol. 4186, PP. 16-21, or USP 6,428,940.

これによると、ミラーデバイスを用いた従来のレーザビーム描画装置では、およそ１００万個（正確には５１２×２０４８＝１０４８５７６個）のマイクロミラーを用いたミラーデバイスが用いられ、各マイクロミラーは一辺が約１６ミクロンの大きさである。これを縮小投影光学系によって、マスク基板上に１／１６０の大きさに縮小投影させている。その結果、１つのマイクロミラーに対応するパターンは一辺０．１ミクロン、すなわち１００ｎｍの正方形になる。 According to this, in a conventional laser beam drawing apparatus using a mirror device, a mirror device using about 1 million (more precisely, 512 × 2048 = 1048576) micromirrors is used, and each micromirror has one side. The size is about 16 microns. This is reduced and projected to a size of 1/160 on the mask substrate by a reduction projection optical system. As a result, the pattern corresponding to one micromirror is a 0.1 micron side, that is, a 100 nm square.

前記従来のレーザビーム描画装置における紫外光源であるレーザ装置には、通常の露光装置（一般にエキシマステッパと呼ばれる。）に用いられるのと同様に、２０００Ｈｚ程度の繰り返しパルス動作を行うエキシマレーザが用いられる。ただし、同様なミラーデバイスを用いた他の装置では、波長４０５ｎｍの紫外光を発生する半導体レーザを紫外の光源として用いたものもある。
Proceedings of SPIE, Vol.4186, PP.16-21 USP6,428,940 An excimer laser that performs a repetitive pulse operation of about 2000 Hz is used for a laser apparatus that is an ultraviolet light source in the conventional laser beam drawing apparatus, similarly to an ordinary exposure apparatus (generally called an excimer stepper). . However, other apparatuses using similar mirror devices may use a semiconductor laser that generates ultraviolet light having a wavelength of 405 nm as an ultraviolet light source.
Proceedings of SPIE, Vol.4186, PP.16-21 USP6,428,940

ミラーデバイスに入射させる紫外域のレーザ光は、空間的に均一な強度である必要がある。その理由としては、ミラーデバイスに照射されるレーザ光の空間的な強度分布にむらがあると、レジストが塗布されたマスク基板やウエハ上に投影されるパターンの転写像の強度分布にむらが生じることになり、現像後に形成されるレジストパターンに異常が生じるからである。そのため、レーザ光をミラーデバイスに照射させる前に、レーザ光の空間的強度分布を均一化させるためのビーム強度分布均一化光学系に通す必要がある。 The ultraviolet laser beam incident on the mirror device needs to have a spatially uniform intensity. The reason is that if the spatial intensity distribution of the laser beam irradiated to the mirror device is uneven, the intensity distribution of the transferred image of the pattern projected onto the mask substrate or wafer coated with the resist will be uneven. This is because an abnormality occurs in the resist pattern formed after development. Therefore, before irradiating the mirror device with the laser light, it is necessary to pass through a beam intensity distribution uniformizing optical system for uniformizing the spatial intensity distribution of the laser light.

従来のビーム強度分布均一化光学系としては、ハエの目レンズなどのように、レーザ光を空間的にいくつかに分割してから再合成する光学系が用いられていた。ところが、このような原理に基づく均一化光学系ではレーザ光に対して損失が大きく、ミラーデバイスに入射できるレーザ光のパワーの割合が３０％前後まで低下することもあった。 As a conventional beam intensity distribution uniforming optical system, an optical system such as a fly-eye lens that spatially divides laser light into several parts and then re-synthesizes it has been used. However, the homogenizing optical system based on such a principle has a large loss with respect to the laser beam, and the ratio of the laser beam power that can be incident on the mirror device may be reduced to about 30%.

本発明の目的は、ミラーデバイスに照射するための均一な強度分布のレーザ光を効率良く発生させたパターン描画装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a pattern drawing apparatus that efficiently generates laser light having a uniform intensity distribution for irradiating a mirror device.

本発明の他の目的は、均一な強度分布を有するレーザ光を用いたパターン描画方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a pattern drawing method using a laser beam having a uniform intensity distribution.

本発明の更に他の目的は均一な強度分布を得るための光学治具を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide an optical jig for obtaining a uniform intensity distribution.

前記目的を達成するために、露光光源であるレーザ装置から取り出されたレーザ光を、断面形状が長方形であるガラス製ロッド（即ち、光学治具）に通してから、ミラーデバイスに入射させたものである。このように、断面形状が長方形である光学治具を使用した場合、当該光学治具であるガラス製ロッド内でレーザ光が何度も全反射を繰り返すため、損失を受けずに空間的強度分布を均一化できる。しかもガラス製ロッドの断面形状が長方形であることから、ガラス製ロッドからレーザ光が出射する端面の像を投影光学系によって、ミラーデバイスにおけるマイクロミラーの配列領域に対して、過不足無く投影できるため、レーザ光を効率良く前記配列領域に照射できる。以上により、本発明によって、ミラーデバイスに照射させる均一な強度分布のレーザ光を損失無く発生できるようになった。 In order to achieve the above object, laser light extracted from a laser device as an exposure light source is passed through a glass rod (that is, an optical jig) having a rectangular cross-sectional shape, and then incident on a mirror device. It is. In this way, when an optical jig having a rectangular cross-sectional shape is used, the laser beam repeats total reflection many times within the glass rod, which is the optical jig, so that the spatial intensity distribution is not affected by loss. Can be made uniform. In addition, since the cross-sectional shape of the glass rod is rectangular, the image of the end face from which the laser beam is emitted from the glass rod can be projected onto the micromirror array area in the mirror device by the projection optical system without excess or deficiency. The array region can be efficiently irradiated with laser light. As described above, according to the present invention, it is possible to generate a laser beam having a uniform intensity distribution to be irradiated to the mirror device without loss.

本発明によるとレーザ光を効率良くミラーデバイスに入射できるため、光源であるレーザ装置に要求されるレーザ出力が少なくて済むようになった。また複数台のレーザ装置を用いる場合は、それらのレーザ光の時間的変動を平均化することができ、時間的にも安定したレーザ光をミラーデバイスに入射できる。したがって本発明によるパターン描画装置としては、パターン異常が抑制され、設計通りのレジストパターンが形成できる。 According to the present invention, the laser beam can be efficiently incident on the mirror device, so that the laser output required for the laser device as the light source can be reduced. Further, when a plurality of laser devices are used, temporal variations of those laser beams can be averaged, and laser beams that are stable in terms of time can be incident on the mirror device. Therefore, in the pattern writing apparatus according to the present invention, the pattern abnormality is suppressed and a resist pattern as designed can be formed.

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の実施例としてのパターン描画装置１００の構成図であり、紙面の制約上、（ａ）と（ｂ）の２つに分割して描いてある。 FIG. 1 is a block diagram of a pattern drawing apparatus 100 as an embodiment of the present invention, which is drawn in two parts (a) and (b) due to space limitations.

図１（ａ）に示したパターン描画装置１００では、２台のレーザ装置１ａ、１ｂが露光光源として用いられている。本実施例では、レーザ装置１ａ、１ｂには、波長２６６ｎｍのＹＡＧレーザの第４高調波を連続波として発生させる装置が用いられている。レーザ装置１ａから取り出されたレーザ光Ｌ１は、ミラー２ａ、２ｂで反射して集光レンズ３に入射する。レーザ装置１ｂから取り出されたレーザ光Ｌ２も同じ集光レンズ３に入射する。これによって、２本のレーザ光はほぼ同一地点に集光されて石英から成るガラスロッド（即ち、光学治具）４に入射する。レーザ光Ｌ１とＬ２は、特に、波長変換によって発生したレーザ光であるため、シングルモードのビームになっている。すなわち、レーザ光の波長変換ではシングルモードの場合が変換効率が高いため、変換前の基本波のレーザ光は通常シングルモードで発生させられており、その結果、変換後のレーザ光もシングルモードになっている。このシングルモードのレーザ光の強度分布は、図２（ａ）に示したが、ガウシャン分布と呼ばれるように、ビームの中心部（すなわち光軸上）の光強度分布が高くなっている。 In the pattern drawing apparatus 100 shown in FIG. 1A, two laser apparatuses 1a and 1b are used as exposure light sources. In the present embodiment, the laser devices 1a and 1b are devices that generate the fourth harmonic of a YAG laser having a wavelength of 266 nm as a continuous wave. The laser light L1 extracted from the laser device 1a is reflected by the mirrors 2a and 2b and enters the condenser lens 3. The laser beam L2 extracted from the laser device 1b is also incident on the same condenser lens 3. As a result, the two laser beams are condensed at substantially the same point and are incident on a glass rod (that is, an optical jig) 4 made of quartz. Since the laser beams L1 and L2 are laser beams generated by wavelength conversion in particular, they are single mode beams. In other words, since the conversion efficiency of laser light in single mode is high, the fundamental laser light before conversion is normally generated in single mode. As a result, the laser light after conversion is also converted into single mode. It has become. The intensity distribution of this single-mode laser beam is shown in FIG. 2A, and the light intensity distribution at the center of the beam (that is, on the optical axis) is high, as called Gaussian distribution.

当該光学治具であるガラスロッド４内では、光ファイバと同様に、レーザ光が内部で全反射を繰り返す。その結果、図２（ｂ）に示す強度分布を示すように、ガラスロッド４から出射したレーザ光Ｌ３は、極めて均一な空間的強度分布を示している。 In the glass rod 4 that is the optical jig, the laser beam repeats total reflection internally as in the optical fiber. As a result, as shown in the intensity distribution shown in FIG. 2B, the laser light L3 emitted from the glass rod 4 shows a very uniform spatial intensity distribution.

図１（ｂ）を参照すると、均一な強度分布を有するレーザ光Ｌ３は、ガラスロッド４から投影光学系５に入射する。図１（ｂ）では、投影光学系５はレンズ６ａ、６ｂとで簡略的に描かれているが、さらに補正レンズ等が含まれてもよい。投影光学系５から出射したレーザ光Ｌ４はミラーデバイス８に入射する。 Referring to FIG. 1B, the laser light L3 having a uniform intensity distribution enters the projection optical system 5 from the glass rod 4. In FIG. 1B, the projection optical system 5 is simply illustrated with lenses 6a and 6b, but a correction lens or the like may be further included. The laser beam L4 emitted from the projection optical system 5 enters the mirror device 8.

ミラーデバイス８では、描画パターンに対応するマイクロミラーに入射したレーザ光Ｌ５は、レーザ光Ｌ６のように斜め上方に反射して、ミラー７に入射する。また描画パターンに対応しないマイクロミラーに入射したレーザ光Ｌ５は、さらに大きな角度で上方に反射するため、ミラー７には入射しない。 In the mirror device 8, the laser light L5 incident on the micromirror corresponding to the drawing pattern is reflected obliquely upward like the laser light L6 and is incident on the mirror 7. Further, the laser beam L5 incident on the micromirror that does not correspond to the drawing pattern is reflected upward at a larger angle, and therefore does not enter the mirror 7.

ミラー７に入射するレーザ光Ｌ６は、ミラー７で反射して下方に進み、投影レンズ９に入射する。投影レンズ９はミラーデバイス８上のパターンを基板１０の描画領域１１内の投影領域１２に投影する。これによって、ミラーデバイス８で形成されたパターンが縮小されて投影領域１２に投影される。 The laser beam L 6 incident on the mirror 7 is reflected by the mirror 7, travels downward, and enters the projection lens 9. The projection lens 9 projects the pattern on the mirror device 8 onto the projection area 12 in the drawing area 11 of the substrate 10. As a result, the pattern formed by the mirror device 8 is reduced and projected onto the projection region 12.

一方、基板１０はＸＹステージ１３上に載せられており、投影領域１２が描画領域１１の全面をカバーするようになる。これによって、描画領域１１の全面をパターン状に露光させることができる。なお、基板１０としてはマスク基板でもよいし、ウエハでもよい。 On the other hand, the substrate 10 is placed on the XY stage 13 so that the projection area 12 covers the entire drawing area 11. Thereby, the entire surface of the drawing area 11 can be exposed in a pattern. The substrate 10 may be a mask substrate or a wafer.

本実施例のように、パターン描画装置１００において露光光源として用いられているレーザ装置１ａ、１ｂは特に波長変換型のレーザ装置であるため、レーザ光Ｌ１、Ｌ２の強度分布が中心部が強いガウシャン分布をしている。そのため、従来のハエの目レンズなどのビーム強度分布均一化光学系を用いても、ビーム断面を数十個に分割して合成するだけのものであるため、局所的な不均一性が残っている。これに対して、本発明のように、全反射を何度も繰り返すガラスロッド４を用いることで、極めて均一な強度分布が得られる。しかも、断面が円形の光ファイバとは異なり、ガラスロッド４から出射するレーザ光Ｌ３の断面形状が矩形になるため、ミラーデバイス８に過不足無く照射させることができる。 Since the laser devices 1a and 1b used as exposure light sources in the pattern drawing apparatus 100 are particularly wavelength conversion type laser devices as in this embodiment, the Gaussian whose intensity distribution of the laser beams L1 and L2 is strong in the center. Has a distribution. For this reason, even if a conventional beam intensity distribution uniformizing optical system such as a fly-eye lens is used, the beam cross-section is only divided into several dozen parts for synthesis, so that local non-uniformity remains. Yes. On the other hand, an extremely uniform intensity distribution can be obtained by using the glass rod 4 that repeats total reflection many times as in the present invention. Moreover, unlike the optical fiber having a circular cross section, the laser light L3 emitted from the glass rod 4 has a rectangular cross sectional shape, so that the mirror device 8 can be irradiated without excess or deficiency.

本発明は、半導体集積回路製造等で用いられるマスクを製造する際に使用されるマスク描画装置、及び、マスクを用いずに回路パターンをウエハ上に直接描画するマスクレス露光装置を得ることができる。 The present invention can provide a mask drawing apparatus used when manufacturing a mask used in semiconductor integrated circuit manufacturing and the like, and a maskless exposure apparatus that directly writes a circuit pattern on a wafer without using a mask. .

（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例に係るパターン描画影装置１００の一部を示す構成図である。(A) And (b) is a block diagram which shows a part of pattern drawing shadow apparatus 100 which concerns on the Example of this invention, respectively. （ａ）及び（ｂ）はガラスロッド入射前後におけるレーザ光の強度分布を説明する図である。(A) And (b) is a figure explaining the intensity distribution of the laser beam before and behind glass rod incidence.

符号の説明Explanation of symbols

１ａ、１ｂレーザ装置
２ａ、２ｂ、７ミラー
３集光レンズ
４ガラスロッド
５投影光学系
６ａ、６ｂレンズ
８ミラーデバイス
９投影レンズ
１０基板
１１描画領域
１２投影領域
１３ＸＹステージ
１００パターン描画装置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６レーザ光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b Laser apparatus 2a, 2b, 7 Mirror 3 Condensing lens 4 Glass rod 5 Projection optical system 6a, 6b Lens 8 Mirror device 9 Projection lens 10 Substrate 11 Drawing area 12 Projection area 13 XY stage 100 Pattern drawing apparatuses L1, L2 , L3, L4, L5, L6 Laser light

Claims

二次元に配列された多数のマイクロミラーを含むミラーデバイスに、露光光源であるレーザ装置からのレーザ光を入射し、前記ミラーデバイスから出力される投影パターンを用いて基板上にパターンを描画するパターン描画装置において、前記レーザ装置から取り出されたレーザ光を断面形状が長方形であるガラス製ロッドに通してから、前記ミラーデバイスに入射させることを特徴とするパターン描画装置。 A pattern in which laser light from a laser device as an exposure light source is incident on a mirror device including a number of micromirrors arranged in two dimensions, and a pattern is drawn on the substrate using a projection pattern output from the mirror device In the drawing apparatus, the laser beam extracted from the laser apparatus is allowed to enter a mirror device after passing through a glass rod having a rectangular cross-sectional shape.

前記レーザ装置を複数台備え、これら複数台のレーザ装置から取り出される複数本のレーザ光を同一の集光レンズに入射させてから、前記ガラス製ロッドに入射させることを特徴とする請求項１のパターン描画装置。 The laser device according to claim 1, comprising a plurality of the laser devices, and a plurality of laser beams extracted from the plurality of laser devices are incident on the same condensing lens and then incident on the glass rod. Pattern drawing device.

前記ガラス製ロッドが石英から成ることを特徴とする請求項１または２のパターン描画装置。 The pattern drawing apparatus according to claim 1, wherein the glass rod is made of quartz.

前記レーザ装置が波長変換型レーザであることを特徴とする請求項１、２、または、３のパターン描画装置。 4. The pattern writing apparatus according to claim 1, wherein the laser apparatus is a wavelength conversion type laser.

二次元に配列された多数のマイクロミラーを含むミラーデバイスに対して、露光光源からレーザ光を入射して露光を行う露光方法において、前記露光光源からのレーザ光を断面長方形形状のロッドに入射させた後、当該ロッドからの出力レーザ光を前記ミラーデバイスに出射することを特徴とするパターン描画方法。 In an exposure method in which laser light from an exposure light source is incident on a mirror device including a number of micromirrors arranged in two dimensions, the laser light from the exposure light source is incident on a rod having a rectangular cross section. After that, a pattern drawing method characterized by emitting an output laser beam from the rod to the mirror device.

請求項５において、前記ロッドでは、前記入射したレーザ光を全反射させ、前記ロッドからの出力レーザ光は実質的に均一な空間的強度分布を有していることを特徴とするパターン描画方法。 6. The pattern writing method according to claim 5, wherein the rod totally reflects the incident laser light, and the output laser light from the rod has a substantially uniform spatial intensity distribution.

二次元に配列された多数のマイクロミラーを含むミラーデバイスに対して、露光光源からレーザ光を入射して露光を行う露光装置に使用される光学治具において、長方形形状の断面を有するロッドによって形成されていることを特徴とする光学治具。 Formed by a rod having a rectangular cross section in an optical jig used in an exposure apparatus that exposes laser light from an exposure light source to a mirror device that includes a number of micromirrors arranged in two dimensions. An optical jig characterized by being made.

請求項７において、前記ロッドは石英ガラスによって形成されていることを特徴とする光学治具。 8. The optical jig according to claim 7, wherein the rod is made of quartz glass.

請求項８において、前記ロッドでは入射光を全反射させることにより、実質的に均一な空間強度分布を有する出力光を生成することを特徴とする光学治具。

9. The optical jig according to claim 8, wherein the rod generates output light having a substantially uniform spatial intensity distribution by totally reflecting incident light.