JP3167101B2 - 露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法

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JP3167101B2 JP25283695A JP25283695A JP3167101B2 JP 3167101 B2 JP3167101 B2 JP 3167101B2 JP 25283695 A JP25283695 A JP 25283695A JP 25283695 A JP25283695 A JP 25283695A JP 3167101 B2 JP3167101 B2 JP 3167101B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ICやLSI等の
半導体デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネル
等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する
工程の内、フォトリソグラフィー工程に使用される露光
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ICやLSI等の半導体デバイスをフォ
トリソグラフィー技術を用いて製造する際に、レチクル
(マスク)のパターンを直接に、または所定の割合で縮
小してウエハ(感光基板)に塗布された感光材に露光す
る露光装置が使用されている。一般に、ウエハに塗布さ
れた感光材には適性露光量が定められており、従来の露
光装置では照明光学系の中にハーフミラーを配置し、こ
のハーフミラーによって分岐した露光光の光量をモニタ
し、その結果に応じて前述の適正露光量となるよう露光
量制御を行っている。
【0003】近年の半導体デバイスの微細化に伴って、
遠紫外領域の光を発するエキシマレーザが露光装置の光
源として用いられてきている。しかしながら、露光光と
してエキシマレーザ光を使用した場合、照明光学系、ハ
ーフミラー等の光学部品の硝材及びコーティング膜の光
学特性が次第に変化することが分かった。これはエキシ
マレーザ光の照射により、光学部品の硝材及びコーティ
ング膜の屈折率等が変化することによるものと考えられ
る。したがって、ハーフミラーによって分岐されたエキ
シマレーザ光の光量と、ウエハ上に達するエキシマレー
ザ光の光量との比も変化することになり、この比が一定
のものと仮定して露光量制御を行うと、実際の露光量と
適性露光量との差が所定の許容値を越えることがある。
【0004】このような問題を避けるために、ウエハ近
傍に配置された第2の受光素子によって、照明光学系内
の光量モニタの感度を補正する露光装置が知られてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述の装置では照明光学系内の光量モニタの感度を補正す
る際、実際に露光に用いるレチクル(実レチクル)を感
度補正用のパターンを有した専用のテストレチクルに交
換する、あるいは実レチクルを取りはずす必要があり、
事実上、補正するタイミングがレチクルの交換時に限定
されていた。
【0006】本発明は、実レチクルを搭載したまま光量
モニタの感度を補正することのできる露光装置を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第1発明は、光源と、該光源から発した露光光
により転写パターンが形成されたマスクを照明する照明
光学系とを有し、前記転写パターンを感光基板上に露光
転写する露光装置において、前記光源と前記マスクの間
に置かれ、前記露光光の一部を受光する第1の受光手段
と、前記マスクを載置した状態で前記転写パターン以外
の箇所に前記露光光が透過する透過部を設け、光軸と直
交する方向に移動可能なマスクステージと、前記透過部
を透過した前記露光光を受光する第2の受光手段とを有
することを特徴とする。
【0008】本願第2発明は、本願第1発明の露光装置
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
の製造方法である。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例を示す概
略図であり、IC、LSI等の半導体デバイス、液晶デ
バイス、CCD等の撮像デバイス、磁気ヘッド等のデバ
イスを製造する際に用いる走査型の投影露光装置であ
る。
【0010】図1において、高圧水銀ランプ、エキシマ
レーザ等の光源1からの光束は、透過率調整用の所定の
透過率を有するNDフィルタ20を透過した後、ビーム
整形光学系2によって所望の形状のビームに整形され、
ハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレータ3の光
入射面に指向される。ハエノ目レンズは複数の微小レン
ズの集合からなるものであり、その光射出面近傍に複数
の2次光源が形成される。21は2次光源の大きさや形
状を決定する開口絞りであり、照明のσ値を変更する場
合や斜入射照明を行う場合は、この開口絞り21を交換
する。4はコンデンサレンズであり、コンデンサレンズ
4はオプティカルインテグレータ3の2次光源からの光
束でマスキングブレード6をケーラー照明している。マ
スキングブレード6とレチクルRは結像レンズ7とミラ
ー8によって共役な関係に配置されており、マスキング
ブレード6の開口の形状を定めることによってレチクル
Rにおける照明領域の形状と寸法が規定される。レチク
ルRはレチクルステージ9に吸着され、レチクルステー
ジ9とレチクルRは図1の矢印の方向に走査される。レ
チクルステージ9には、露光光を透過する透過部14が
設けられている。通常レチクルRにおける照明領域は、
図1の走査方向に短手方向を設定した長方形のスリット
状である。10は投影光学系であり、レチクルRに描か
れた回路パターンを感光材を塗布したウエハWに縮小投
影する。11はウエハWが置かれたウエハステージであ
り、図1の矢印の方向に走査され、かつ紙面に垂直な方
向に移動することで、ウエハWの各露光領域に対してレ
チクルRの回路パターンの像を形成する。101は不図
示の駆動機構によって、レチクルステージ9とウエハス
テージ11を投影光学系10の投影倍率と同じ比率で、
正確に、一定速度で走査させるための走査制御系であ
る。
【0011】12は光量をモニタするための光量検出器
であり、コンデンサレンズ4からの照明光束の一部をハ
ーフミラー5によって分割し、分割された光束をモニタ
することにより間接的にウエハWに供給される露光量を
モニタしている。ウエハステージ11上のウエハWの近
傍には、受光面の高さがウエハWとほぼ同じ高さになる
様に調整されたウエハW相当面上の光量を検出する照射
光量モニタ13が置かれる。光量検出器12はコンデン
サレンズ4とハーフミラー5によってマスキングブレー
ド6と共役な関係となるよう配置され、ウエハWの露光
面、すなわち照射光量モニタ13の受光面とも共役な関
係になっている。102は光量検出器12からの信号を
処理して、光源1の出力エネルギを適正な光量となるよ
う決定する光量演算器であり、光源制御系103は光量
演算器102からの指令に応じて光源1の出力エネルギ
を制御する。
【0012】図2は、光量検出器12と照射光量モニタ
13の感度補正を行う際のレチクルステージ9、透過部
14及び照射光量モニタ13の位置関係を示した装置全
体図である。レチクルステージ9は、透過部14が投影
光学系10の光軸上に位置するよう不図示の駆動機構に
よって駆動され、ウエハステージ11は照射光量モニタ
13が光軸上に位置するよう同じく不図示の駆動機構に
よって駆動される。
【0013】図3は、図2に示した感度補正を行なう際
の照射光量モニタ13の受光面と、レチクルステージ9
の透過部14の投影光学系10による投影像の関係を示
した図である。図中に実線で示した範囲が、照明光学系
100、及び投影光学系10によって照明される露光可
能範囲(照明領域)である。走査型露光装置において
は、この露光可能範囲は、通常、矢印で示した走査方向
に短手方向を有する長方形、あるいは円弧のスリット形
状である。
【0014】照射光量モニタ13の受光面は、走査方向
に関しては露光可能範囲よりも長く、走査方向と直交す
る方向に関しては露光可能範囲よりも十分に短い形状で
あることが望ましい。走査露光でウエハW面における露
光量の均一性を維持するためには、走査方向に積算した
光量が、走査方向と直交する長手方向に一定であればよ
い。したがって、照射光量モニタ13を長手方向の複数
の位置に移動させながら各位置での光量を測定すること
によって、スリットの長手方向の単位長さあたりの走査
方向に関する積算照度(mW/cm)が分かり、長手方
向に関する照度分布の測定ができる。
【0015】この状態で、光源制御系103からの指令
で光源1を発光させて、光量検出器12と照射光量モニ
タ13に入射する光量を計測する。ここで光量検出器1
2で得られる信号をS0、照射光量モニタ13で得られ
る信号をS1とする。各々の信号S0とS1は、ウエハ
Wに相当する面上における単位時間内の、あるいは光源
1がパルス光源の場合には1パルス当たりの光量、また
は所定パルス毎の積算された光量に対応する値である。
初期設定時(装置の立ち上げ時や定期的なメンテナンス
時)には、ウエハステージ11上に絶対照度計を取りつ
けて光量の測定を行い、(gS0)ini =(fS1)
ini =Eとなるよう感度調整(ゲイン調整)を行う。こ
こで、Eは絶対照度計で計測されたウエハW上の光量で
あり、g、fは、それぞれ出力信号S0、S1を光量に
変換するゲインである。
【0016】光学部材の経時変化がない場合には、gS
0と実際のウエハ面上の光量は等しいが、経時変化が生
じるとgS0と実際のウエハ面上の露光量とが異なって
くる。そこで光学部材の経時変化による光量測定誤差を
補正するために、光量検出器12と照射光量モニタ13
からの出力信号を光量演算器102に取り込み、補正係
数α=(fS1/gS0)cal を計算し、g=gold ×
αとなるようにゲインの補正を行う。ここで、gold
感度調整前のゲインである。これによりウエハW上の光
量が正確に測定でき、適正な露光量で露光可能になる。
【0017】図4は、図3に示したものとはレチクルス
テージ9の透過部14の形状が異なり、投影光学系10
で投影された透過部14の像が照射光量モニタ13の受
光部よりも小さい例を示している。
【0018】この例のような場合には、レチクルステー
ジ9からレチクルRを取りはずし、照射光量モニタ13
の受光部が全く遮光されない状態での光量信号S1と、
図4のように透過部14で一部遮光された状態での光量
信号S1′を測定して、比例定数β=(fS1/fS
1′)ini を求めておく。この比例定数は、光学部材の
経時変化には基本的に影響されないために、初期設定時
に測定する程度で良い。感度補正を行う際は、照射光量
モニタ13と透過部14を図4に示した位置関係にした
状態で、光源1を発光させて光量検出器12と照射光量
モニタ13に入射する光量を測定する。光量演算器10
2に取り込まれるそれぞれの光量に対応する出力信号を
S0とS1′とすれば、比α′=β×(fS1′/gS
0)cal が計算される。この場合も露光を行う際に、g
=gold ×α′となるように感度調整を行う。これによ
りウエハW上の光量が正確に測定でき、適正な露光量で
露光可能になる。
【0019】図2では、透過部14と照射光量モニタ1
3を投影光学系10の光軸上に配置した実施例を示した
が、透過部14の像と照射光量モニタ13の受光部の位
置関係が、図3及び図4に示したような関係であれば、
必ずしも光軸上である必要はない。
【0020】また、図3、図4に示した照射光量モニタ
13の受光面は、露光可能範囲の走査方向の幅よりも長
いが、受光面が露光可能範囲よりも短い場合は、ウエハ
ステージ11を2次元的に駆動することにより照度分布
が計測できる。更に、走査方向の積算光量は、測定結果
を走査方向に関して積算することにより求められる。
【0021】次に、図1、図2に示した走査型の投影露
光装置で、光源1がパルスレーザである場合の光量の設
定方法について説明する。
【0022】まず、露光を行なうジョブをロードする。
この時、投影光学系10のNA、照明条件(σ値や変形
照明)、マスキングブレード6の範囲等の条件もロード
される。ロードされた照明条件に基づいて照明光学系1
00の開口絞り21の大きさや形状を選択し、マスキン
グブレード6は所定の範囲を遮光するように駆動され
る。次に、レチクルステージ9とウエハステージ11を
駆動して、透過部14と照射光量モニタ13を図2に示
すように投影光学系10の光軸上に移動させる。設定電
圧V0 で光源制御系103は光源1を発光させ、その時
に得られた光量検出器12の出力信号S0、及び照射光
量モニタ13の出力信号S1を用いて、光量演算器10
2は感度の補正係数、α=(fS1/gS0)ini を計
算する。
【0023】ここで、ステージの走査速度の最大値V
MAX (cm/sec)は、ステージを精度良く制御する
ためのメカニカルな最大速度と、走査露光中に必要な最
低パルス数から計算される最大速度のうち遅いほうの速
度とする。ウエハWに供給すべき露光量をEW (mJ/
cm2 )、光源1のパルス発振周波数をf(Hz)、1
パルスあたりのウエハW上の照射光量をEP (mJ/c
m)とすると、ウエハステージ11の走査速度、V=E
P ×f/EW (cm/sec)である。
【0024】V<VMAX の場合には、ウエハステージ1
1は走査速度Vで、レチクルステージ9は投影光学系1
0の投影倍率の比を掛けた走査速度で、走査制御系10
1によって各々定速走査され露光が行なわれる。露光量
制御は、光量検出器12で検出される1パルス当たりの
光量がEP となるように光源制御系103を制御する。
実際の露光では、光源1の出力エネルギはパルス毎にあ
る範囲内でバラツキがあるため、ウエハW上の光量もパ
ルス毎にバラツキが生じる。このパルス毎のバラツキを
補償する方法として、例えば以前のパルス光の光量に応
じて次回のパルスエネルギの目標値を修正する方法が知
られている。
【0025】V>VMAX の場合には、1パルスあたりの
照射光量を減らす必要が有る。照射光量を減らす方法と
して、1パルスあたりの照射光量EP1=VMAX ×EW
fを光量演算器102で演算し、照射光量がEP1となる
よう光量制御系103によって設定電圧を下げる方法、
あるいは照明光学系100内の光路中に適当な透過率の
NDフィルタ20を挿入する方法がある。最適なNDフ
ィルタ20の透過率は、光量演算器102で計算され、
NDフィルタ20の透過率をγとすると、γ<VMAX ×
W /f/EP を満足する最も透過率の高いフィルタが
選択される。NDフィルタ20の選択方法には、複数の
フィルタがターレット状に配置され、この中から最適な
ものを選択して使用する方法や、複数のNDフィルタを
組み合わせて使用する方法が有る。
【0026】更に、EW <EPMAX×f/VMAX の場合に
は、光源1の設定電圧を変化させてパルスエネルギを調
整する方法と、NDフィルタによってパルスエネルギを
調整する方法とを併用し、常にVMAX で走査させること
がスループットを考慮すると望ましい。光源制御系10
3で設定できる電圧の範囲内で調整可能なウエハW上の
光量EP の範囲をEPMAX>EP >EPMIN(mJ/cm)
とすると、EPMAX>VMAX ×EW /f/γ>EPMINを満
足する透過率γのフィルタを設定すれば所望の光量が達
成できる。NDフィルタ20の透過率は(EPMIN/E
PMAXN (Nは整数)の比率よりも細かい間隔で最低5
〜10%まで準備してあればよい。
【0027】次に、走査型露光装置でパルス発振のタイ
ミングを制御することにより露光量制御を行なう例を図
5を用いて説明する。
【0028】ウエハWの露光量EW (mJ/cm2 )を
設定する(ステップ101)と、EW <EPMAX×f/V
MAX の場合は、走査速度VMAX (cm/sec)、ND
フィルタ20の透過率γ、1パルスあたりのウエハW上
の照射光量EP0(mJ/cm)が決定される(ステップ
102)。光量演算器102で計算される感度の補正係
数をαとすると、光量検出器12の出力信号に対するゲ
インは、g=gold ×αとなる(ステップ103)。次
に、レチクルステージ9とウエハステージ11を所定の
位置から移動開始させ(ステップ104)、レチクルR
のパターンが照明系100の露光領域に達する以前に光
源制御系103から光源1を発振させ(ステップ10
5)、照射光量がEP0となる様に光源制御系103の指
令電圧を調整する。
【0029】レチクルステージ9とウエハステージの速
度が等速になり、ウエハWへの露光が開始されると、光
量検出器12でパルスあたりの光量を計測し(ステップ
106)、目標値との差分を求める。この結果から、光
量演算器102で光源1のパルス発振の間隔を計算し、
光源制御系103で光源1の発振のタイミングを制御す
る。初期設定のパルス発振周波数をf0 とすると、初期
設定させたパルス間隔はT0 =1/f0 (sec)であ
る。光量検出器12で測定された光量が、目標値EP0
対してEP0′である場合は、次のパルス発振までの間隔
i はTi =T0 ×EP0′/EP0であり、Ti (se
c)経過後にパルスを発振させる(ステップ107)。
以降のパルスについてもこの制御を繰り返す(ステップ
108、ステップ109)。
【0030】図5の例の他に、パルス発振のタイミング
を制御する露光量制御の別の方法として、ウエハステー
ジ11の位置をモニタする方法がある。初期設定のパル
ス発振周波数をf0 、走査速度がVMAX の場合、基準と
なるウエハステージ11の移動量X0 はX0 =VMAX
0 (cm)となる。光量検出器12で測定された光量
に対応する検出信号が、目標値EP0に対してEP0″であ
った場合、光量演算器102で次のパルス発振までの移
動量Xi を計算して、ウエハステージ11がXi だけ移
動した時点で次のパルスを発振させる。ここで、Xi
0 ×EP0″/EP0である。
【0031】図5において、光量検出器12と照射光量
モニタ13を使用した感度の補正は、ウエハ1枚毎、あ
るいはN枚毎の様に、タイミングは任意に設定できる。
【0032】本発明の実施例では走査型露光装置を例に
説明したが、ステップアンドリピート型の投影露光装置
(所謂ステッパ)や、コンタクト方式、プロキシミティ
方式の露光装置に適用した場合であっても同様の効果が
期待できる。
【0033】次に図1の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。
【0034】図6は半導体デバイス(ICやLSI等の
半導体チップ、液晶パネルやCCD)の製造フローを示
す。ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路
設計を行う。ステップ2(マスク制作)では設計した回
路パターンを形成したマスク(レチクルR)を制作す
る。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の
材料を用いてウエハ(ウエハW)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
マスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術によっ
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
成されたウエハを用いて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で作成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。
【0035】図7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(ウエハW)
の表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエ
ハの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)ではウエハにレジス
ト(感材)を塗布する。ステップ16(露光)では上記
露光装置によってマスク(レチクルR)の回路パターン
の像でウエハを露光する。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。これらステップを繰り返し行
うことによりウエハ上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、従来は難
しかった高集積度の半導体デバイスを製造することが可
能になる。
【0037】
【発明の効果】以上、本発明の露光装置によれば、実レ
チクルを搭載したまま光量モニタの感度を補正すること
ができるので露光量を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示した概略構成図である。
【図2】本発明の実施例で、感度補正を実施する場合の
位置関係を示した図。
【図3】照射光量モニタと透過部と露光可能範囲の関係
を示した図である。
【図4】照射光量モニタと透過部と露光可能範囲の関係
を示した図である。
【図5】図1の露光装置による露光量制御の一例を示す
フローチャートである。
【図6】半導体デバイスの製造工程を示す図である。
【図7】図6の工程中のウエハプロセスの詳細を示す図
である。
【符号の説明】
1 光源 2 ビーム整形光学系 3 オプティカルインテグレータ 5 ハーフミラー 6 マスキングブレード 9 レチクルステージ 10 投影光学系 11 ウエハステージ 12 光量検出器 13 照射光量モニタ 14 透過部 20 NDフィルタ 100 照明光学系 101 走査制御系 102 光量演算器 103 光源制御系 R レチクル W ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−144698(JP,A) 特開 昭63−274131(JP,A) 特開 昭61−34937(JP,A) 特開 昭57−212406(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/20 H01L 21/027

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、該光源から発した露光光により
    転写パターンが形成されたマスクを照明する照明光学系
    とを有し、前記転写パターンを感光基板上に露光転写す
    る露光装置において、 前記光源と前記マスクの間に置かれ、前記露光光の一部
    を受光する第1の受光手段と、前記マスクを載置した状
    態で前記転写パターン以外の箇所に前記露光光が透過す
    る透過部を設け、光軸と直交する方向に移動可能なマス
    クステージと、前記透過部を透過した前記露光光を受光
    する第2の受光手段とを有することを特徴とする露光装
    置。
  2. 【請求項2】 予め前記第1の受光手段の出力信号と前
    記第2の受光手段の出力信号を用いて前記第1の受光手
    段の感度を補正する補正情報を求めることを特徴とする
    請求項1記載の露光装置。
  3. 【請求項3】 前記補正情報は、前記第1の受光手段の
    出力信号と前記第2の受光手段の出力信号の比より求め
    ることを特徴とする請求項2記載の露光装置。
  4. 【請求項4】 前記第2の受光手段は、前記感光基板の
    露光面とほぼ同じ高さに受光面を有することを特徴とす
    る請求項1乃至3記載の露光装置。
  5. 【請求項5】 前記マスクと前記感光基板を、前記光軸
    と直交する方向に前記露光光の照明領域に対して相対的
    に走査する走査手段を有し、前記照明領域よりも広い前
    記転写パターンを前記感光基板上に順次露光転写するこ
    とを特徴とする請求項1乃至4記載の露光装置。
  6. 【請求項6】 前記第2の受光手段の受光面の走査方向
    の長さは、前記露光光によって形成される前記感光基板
    上の照明領域の走査方向の幅よりも長いことを特徴とす
    る請求項5記載の露光装置。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6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の製造方
    法。
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