JP3631094B2 - 投影露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置及びデバイス製造方法に関し、特に、一つのマスク内の孤立パターンの線幅と繰り返しパターンの線幅とを同時に正確に制御することができる投影露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
線幅の微細化に伴って、リソグラフィー工程で基板上に形成される線幅の均一性にも高い精度が要求されてきているが、線幅が一定のパターンの線幅制御であれば、露光量を調整することで容易に制御することが可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マスク上に繰り返し線のパターンと孤立線のパターンとがある場合には、両方のパターンの線幅を同時に制御しようとしても、両方のパターンの線幅を同時にある所望の許容範囲内に入れることが難しくなってくる。
【0004】
図9は、繰り返し線(DENSE部)と孤立線(ISO部)を含むマスクパターンを例示したものである。Dense部の線幅もISO部の線幅もマスク上では等しいが、投影露光の結果として半導体ウエハ等の基板上で得られる線幅は異なる。すなわち、露光装置の投影光学系のベストフォーカス位置に基板表面(レジスト面)がある状態においても、基板のレジストを現像後のDENSE部の線幅LdとISO部の線幅Liは異なるため、本願でB=(Ld−Li)で定義するバイアスCD”B”の値を制御することが必要である。
【0005】
又、同一の設計値に基づく複数の投影レンズであっても各レンズ固有の波面収差に依存するバイアスCD”B”の値の変化の他に、色収差に影響する露光用のレーザ光の半値幅の変化や、同露光装置の履歴に依存するレンズの温度変化に伴うその波面収差の変化もバイアスCD”B”が変化する要因となることがわかった。
【0006】
又、ステージ振動の影響によってもバイアスCD”B”の値の変化は生じることもわかった。
【0007】
又、このバイアスCD値は、着目する線幅、パターンの種類によっても異なり、マスクの種類(バイナリーマスク、ハーフトーンマスク等)、照明条件(輪帯照明、4重極照明、通常(円)照明)によっても異なる。
【0008】
そこで、本発明の目的は、バイアスCD”B”の値を制御することが可能な投影露光装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項1の発明は、光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、該照明されたマスクのパターンを感光基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、前記マスク上のパターンが前記投影光学系によって前記感光基板上に投影された像の線幅情報を前記光の波長スペクトルの半値幅に基づいて予測する線幅予測手段と、前記予測結果に基づいて、前記投影光学系の開口径と前記照明光学系の有効光源の大きさのうちの少なくとも一方を変更する制御手段とを備えることを特徴とする。
【0010】
請求項2の発明は、露光光の波長スペクトルの半値幅と、マスクの繰り返しパターンと孤立パターンの線幅の情報とに基づいて前記マスクに関するバイアスCD値を求め、該求めたバイアスCD値が許容範囲内であるか否か判別し、否の場合には照明光学系の開口数NA、投影光学系の開口数NA、投影光学系の波面収差、コヒーレンスファクタσ、前記露光波長、前記露光光の波長スペクトルの半値幅、露光量の複数のパラメータのうちの少なくとも一つを変更することにより前記許容範囲内のバイアスCD値を得る制御手段を有することを特徴とする。
【0011】
請求項3の発明は、繰り返しパターンと孤立パターンを有するマスクを用いて露光を行う際に露光光の波長スペクトルの半値幅の変化に基づく前記マスクに関するバイアスCD値の変化を補正する手段を有することを特徴とする。
【0012】
請求項4の発明は、露光光の波長スペクトルの半値幅の変化に応じて照明光学系の開口数と投影光学系の開口数の少なくとも一方を変える手段を有することを特徴とする。
【0013】
請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか一つに記載された露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含む事を特徴とする。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して種々の本発明の実施の形態について説明する。
【0032】
本実施形態の投影露光装置においては、予め投影光学系の種々の開口数や照明光学系の二次光源(有効光源)の大きさや形状に対するバイアスCD”B”を収集して記憶しておく。
【0033】
一方、線幅情報予測手段は、投影光学系の波面収差の情報とマスク(レチクル)の繰り返しパターンと孤立パターンについての情報と、これらのパターンをウエハ上に露光する照明系の有効光源(二次光源)の情報等のパラメータに基づいて、投影光学系の有効画面内の複数の位置における現状のバイアスCD”B”の値を計算する。
【0034】
そして、計算したバイアスCD”B”の値が許容範囲から外れているときは、許容範囲内の所望の値のバイアスCD”B”が得られるように、投影光学系の開口数(NA)を変えたり、照明条件σ(シグマ)の値を変えるように開口絞りや照明絞りを制御する手段を制御する。
【0035】
上述した計算に替えて、線幅情報予測手段に実際に露光して得られた複数種類のパターンの線幅を入力し、その入力結果が所望の値からはずれている場合には、修正すべきバイアスCDを計算し、その結果に基づいて前記投影光学系の開口絞りと、前記照明光学系の絞りとの少なくとも一方を制御することにより投影光学系の開口数(NA)と照明条件σ(シグマ)の値の少なくとも一方を変え、所望のバイアスCD値を得る。
【0036】
また、これに加えて、光源の半値幅や露光光の波長スペクトルの半値幅の変化や投影光学系に与えられた露光エネルギーの履歴から、投影光学系の収差の変化を予測し、変化後の収差に対応する露光工程中の線幅差を求めてもよい。この結果が、許容値を超えた場合には、投影光学系の開口数(NA)か照明光学系の有効光源の大きさつまりはσ(シグマ)の値を変更することでバイアスCDを修正する。
【0037】
なお、σは投影光学系の開口絞りの開口径で、この開口に投影される有効光源像の径を割った値である。
【0038】
図1は、本発明の投影露光装置の概略図で、この露光装置はステップ&リピート方式、又はステップ&スキャン方式でウエハ上の複数個の領域にデバイスパターンを露光する。図1において、KrFエキシマレーザーやArFエキシマレーザーからなる光源1から放射された波長248nmや波長193nmの光束はレンズにより一旦集光し、光パイプとかロッド型インテグレータとか、内面反射型インテグレータと呼ばれる内面反射部材2に入射させる。
【0039】
内面反射部材2は、入射した光線が内面反射部材2の側面で複数回反射することによって、内面反射部材の一方の端面の光入射面で不均一であった光強度分布を内面反射部材の他方の端面の光出射面で均一化する働きがある。内面反射部材2としては、例えば、複数の長い鏡を向かい合せて配置したカレイドスコープであっても良いし、単に光軸に直交する断面が多角形であるロッド状のガラス(ここでは石英)であっても良い。ロッド状のガラスの場合には、光線がロッドの側面に当った際に、硝材と空気の屈折率の違いにより全反射するように設計する。
【0040】
内面反射部材2の光出射面に形成された均一な光強度分布の光束を、レンズ系3によってハエノ目レンズ4の光入射面に投影する。ハエノ目レンズ4は光入射面と光出射面が互いの面のパワーの焦点となっているロッドレンズを束ねたものであり、ハエノ目レンズ4の各ロッドレンズに入射した光束はロッドレンズ毎にそれらの光に集光されて、全体としてハエノ目レンズ4の光出射面に多数の集光点を形成する。
【0041】
光学系5は、ハエノ目レンズ4の光出射面に形成された集光点群を2次光源として利用することによって照明領域を均一に照明するための光学系である。投影露光装置の場合にはマスク7上の照明領域を制御する必要があるので、一度マスクと共役な位置で均一な光強度分布を作る。すなわち、絞り6の位置がマスク7と共役な位置であるので、この絞り6の位置に前述の集光点群からの多数の光束を重ねて、この位置に均一な光強度分布を形成し、絞り6の位置での均一な光強度分布をリレー光学系によりマスク7の大きさと形状に投影し、マスク7を照明する。絞り6を構成する4枚の遮光板が光軸と直交する方向に可動であり、マスク7の照明領域にあわせて絞り6の各遮光板を移動させる。
【0042】
マスク7上のパターンは、投影光学系8によって半導体ウエハ等のレジストが塗布された基板10上に結像される。投影光学系8はマスク7の位置や基板10の位置が光軸方向にずれても、投影倍率が変化しないマスク7側と基板10側の双方がテレセントリックな系である。
【0043】
走査型投影露光装置の場合には、マスク7と半導体ウエハ等の基板10は同期して走査される。
【0044】
投影光学系8には開口径が可変な開口絞り9が設けられ、絞りの開口径を調整することで開口数(NA)を調整して、明るさ、解像度、焦点深度を制御する。投影光学系8は、公知のものであり、その系としては、基本的に多数枚のレンズのみからより成る系や、レンズと凹面鏡より成るカタジオプトリック系や、多数のミラーよりなる系がある。
【0045】
更に、円形、四重極、輪帯形状など複数種の開口を円周方向並べて成るターレット式の絞り13は、照明光学系の開口数を制御するもので、ハエノ目レンズ4の光出射面の近傍における照明光束の大きさと形、つまり2次光源の形と大きさを制御する。絞り13の開口の一つは径が可変な円形開口である。リレーレンズ系3は、変倍機能(ズーム)を有しており、ハエの目レンズ4の光入射側である像面において照明光束を制御することにより、照明光学系の開口数が制御可能である。
【0046】
絞り制御装置11は、投影光学系8のNAを決める可変開口絞り9、又は照明系の2次光源の大きさと形状を決める可変絞り13と、ズームレンズであるリレーレンズ系3を制御するものであり、必要に応じてこれらの一つ又は複数を制御する。本装置の有効光源の大きさや形は、虹彩絞り13と、リレーレンズ系3の内少なくとも一つによって制御することができる。
【0047】
線幅予測手段12は、マスク7のパターンの情報、投影光学系8の波面収差の情報と照明系の2次光源の形や大きさの情報、そして必要に応じてレーザ1の半値幅や露光による投影光学系8の温度変化などの情報に基づいて、マスク7における繰り返しパターンと孤立パターンの着目するパターン間のバイアスCD”B”の値を計算する。なお、マスク7のパターン情報は予測手段12にマニュアルで入力してもいいし、読取装置70により、マスク7のバーコードなどを読み取って予測手段12に入力してもよい。
【0048】
そして、バイアスCD”B”の値が許容値をはずれた場合には、補正すべきバイアスに相当する投影光学系8の開口絞り9の補正量か、照明光学系の二次光源(有効光源)の補正量を計算し、この計算結果に基づいて、絞り制御装置11を駆動する。
【0049】
線幅予測手段12は、予め対象となる繰り返しパターンと孤立パターンの組一種又は複数種に関して当該号機で露光を行い、各組に対して実験的にある条件下でのバイアスCD”B”の値を測定し、その測定結果が入力されており、測定結果を基準として別の条件下でのCD”B”の最適値や基準値に対する補正量を計算しても良い。
【0050】
以下、線幅予測手段による計算結果の一例を示す。
【0051】
図2は、図9のレチクルパターン像のDense部の線幅のノミナル値を200nmとし、投影レンズ8のNA0.65、露光光の波長248nm、照明条件は、2/3輪帯(外σ=0.80)として、バイアスCD”B”の値をデフォーカス量(ウエハ面位置)に対して示したグラフである。このグラフから、バイアスCD”B”の値は、ベストフォーカスの時に最小値Bminとなり、デフォーカス量が大きくなるのに伴ってバイアスCD”B”が増大していることがわかる。すなわち、投影レンズ8の収差の影響により、Dense部の線幅をノミナル線幅すなわちマスク上の線幅に投影レンズ8の投影倍率(1/4とか1/5)を掛けた値になるように露光量を調整すると、孤立線が目標の線幅(たとえばノミナル線幅の200nm)からずれる。
【0052】
図3は、図9のレチクルパターン像のDense部の線幅のノミナル値を200nmとし、投影レンズ8のNA0.65、露光光の波長248nm、照明条件は内σ=0.533の輪帯照明として、外径(外σ)を変化させたときのバイアスCD”B”の変化を示したグラフである。このグラフでは、バイアスCD”B”の値は、外σが0.75でバイアスがほぼゼロとなっている。伴って、線幅予測手段12によれば、図2の状態から露光量は変えずに、外σが0.75となるように、絞り制御装置11によって絞り13やリレーレンズ系3を制御する。
【0053】
図4に、輪帯照明の差異の内σ、外σを表す説明図を示しておく。
【0054】
図5は、図9のレチクルパターンのDense部の線幅のノミナル値を200nmとし、露光光の波長248nmとし、照明条件を外σ=0.8の輪帯照明として、投影レンズNAを0.65近傍で変化させたときの、バイアスCD”B”の値の変化を示したグラフである。このグラフによって、与えられたバイアス許容範囲に対して投影レンズ8の開口数NAが決まる。そこで、本発明によれば、図2の状態から露光量は変えずに、絞り制御装置11により開口絞り9を制御して投影レンズ8のNAをこうして決まった大きさのNAにする。
【0055】
図6は、図9のレチクルパターン像のDense部の線幅のノミナル値を200nmとし、投影レンズ8の開口数NA0.65、露光波長248nm、照明条件を外σ0.8の2/3輪帯照明としたときの、露光光源であるエキシマレーザ光の半値幅変化に対するバイアスCD”B”の変化を示したグラフである。このグラフから、図示しない公知手段、たとえばレーザー1に内蔵された波長計で、レーザー1の波長の半値幅を検出し、検出した半値幅のときのバイアス値CD”B”の値が許容範囲にあるか否かを判別し、否のときには、たとえば、図3にあるように、照明光学系の外σ又は図5に示した投影光学系の開口数に対するバイアスCDの関係から半値幅変動によるバイアスCDの変化を修正する為のσ又は投影光学系の開口数値を計算し、その結果に基づいて、絞り制御装置11を作動させる。
【0056】
次に、上記説明した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。
【0057】
図7は、半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやCCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。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。
【0058】
図8は、ステップ4のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。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等によって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)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)ではウエハに感光材を塗布する。ステップ16(露光)では、上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。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部を削り取る。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うことによって、上はに多重に回路パターンが形成される。
【0059】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高精度の半導体デバイスを製造することができる。
【0060】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、繰り返し部の線幅と孤立部の線幅との差を、投影露光装置の個々のばらつきに関係なく所望の範囲内に押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の投影露光装置の概略図
【図2】バイアスCD”B”の値をデフォーカス量に対して示したグラフ
【図3】外σの大きさを変化させたときのバイアスCD”B”の値の変化を示したグラフ
【図4】輪帯照明の内σ、外σを説明する図
【図5】Dense部線幅のノミナル値を200nmとし、露光波長248nmとし、外σが0.8の2/3輪帯照明として、投影レンズのNAを0.65近傍で変化させたときの、バイアスCDの値の変化を示したグラフ
【図6】Dense部線幅のノミナル値を200nmとし、投影レンズのNA0.65、露光波長248nmで外σが0.8の2/3輪帯照明に対して、露光に用いるレーザ光の波長の半値幅変化に対するバイアスCDの値の変化を示したグラフ
【図7】デバイス製造工程のフローチャート
【図8】ウエハプロセスのフローチャート
【図9】繰り返しパターンと孤立パターンを含むマスクパターンの一例を示す図
【符号の説明】
1 光源
2 内面反射部材
3 リレー光学系
4 ハエノ目レンズ
5 2次光源を用いて均一照明を実現する光学系
6 遮光板を持つ可動絞り
7 マスク
8 投影光学系
9 可変開口絞り
10 ウエハ
11 絞り制御装置
12 線幅予測手段
13 ターレット型可変絞り
Claims (5)
- 光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、該照明されたマスクのパターンを感光基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、
前記マスク上のパターンが前記投影光学系によって前記感光基板上に投影された像の線幅情報を前記光の波長スペクトルの半値幅に基づいて予測する線幅予測手段と、
前記予測結果に基づいて、前記投影光学系の開口径と前記照明光学系の有効光源の大きさのうちの少なくとも一方を変更する制御手段とを備えることを特徴とする投影露光装置。 - 露光光の波長スペクトルの半値幅と、マスクの繰り返しパターンと孤立パターンの線幅の情報とに基づいて前記マスクに関するバイアスCD値を求め、該求めたバイアスCD値が許容範囲内であるか否か判別し、否の場合には照明光学系の開口数NA、投影光学系の開口数NA、投影光学系の波面収差、コヒーレンスファクタσ、前記露光波長、前記露光光の波長スペクトルの半値幅、露光量の複数のパラメータのうちの少なくとも一つを変更することにより前記許容範囲内のバイアスCD値を得る制御手段を有することを特徴とする露光装置。
- 繰り返しパターンと孤立パターンを有するマスクを用いて露光を行う際に露光光の波長スペクトルの半値幅の変化に基づく前記マスクに関するバイアスCD値の変化を補正する手段を有することを特徴とする投影露光装置。
- 露光光の波長スペクトルの半値幅の変化に応じて照明光学系の開口数と投影光学系の開口数の少なくとも一方を変える手段を有することを特徴とする投影露光装置。
- 請求項1乃至4のいずれか一つに記載された露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含む事を特徴とするデバイス製造方法。
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