JP4328572B2 - 投影露光装置、投影露光装置に使用されるレチクル、投影露光方法及び半導体デバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置及び露光方法、半導体デバイスの製造方法に関する。特には、回路パターンなどのパターンが形成されたレチクルやフォトマスク等の原版に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際にレチクルやフォトマスク等(以下、レチクルと総称する)に形成された回路パターン等を感光剤が塗布された半導体ウエハ等に転写する投影型露光装置が使用されている。この種の露光装置では、レチクル上のパターンを所定の倍率(縮小率)で正確にウエハ上に転写することが要求されており、この要求に応えるためには、結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。特に近年、半導体デバイスの一層の微細化要求により、投影光学系にはより高いN.A.が求められている。
【0003】
【特許文献1】
特開平08−123007号公報
【特許文献2】
特開平09−211842号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
透過型レチクルを用いた投影型露光装置の場合、投影光学系の高N.A.化によって、レチクルに入射する光の角度が大きくなり、レチクルによる反射光が増大する。レチクル裏面での反射光は、他の部材などからの迷光を引き起こすことや、パターン面で反射した光がガラス面にて反射し、ウエハ面に到達して隣接領域の線幅を太らせるなど、裏面反射光の影響が無視できなくなってきている。尚、ここで言うレチクル裏面とは、レチクルの、回路パターンが形成されている面とは反対の面のことを指す。
【0005】
この様子を、図6及び図2(a)を用いて説明する。図6は従来の投影型露光装置の模式図である。図1において、1は露光光源からの光をレチクルに照射する照明光学系、11は回路パターン12が形成されたレチクル、2は回路パターン11をウエハ3上に縮小投影する投影光学系である。図6のレチクル11付近の拡大図が図2(a)である。レチクル11に形成された回路パターン12は、透過部12aと遮光部12bより構成される。照明光学系1からの照明光21aは、パターン面12に形成された透過部12aを透過し、露光光22として投影光学系2を介してウエハ面に照射される。一方、同じく照明光学系からの照明光21bは前記パターン面12に形成された遮光部12bによって遮光されるが、21bの一部の照明光は反射し、その後レチクル裏面にてさらに反射し、光束23として透過部12aを透過して投影光学系2に入射する場合がある。この、光束23が迷光となり、前記ウエハ上のパターン転写領域の隣接部における線幅を太らせる原因となる。
【0006】
また、通常、レチクルは照明領域の遮光性を考慮し、前記レチクルのパターン領域外周には1.5mm幅程度の遮光帯域を持っている。しかし、露光装置の高N.A.化により、前記レチクルのデバイス領域からの反射光が、前記レチクル裏面にてさらに反射することによって前記レチクルの遮光帯域を越えて、前記レチクルデバイス領域の外側に光が漏れ出てしまう。つまり、本来露光領域でない領域まで露光されてしまう。そのため、ステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式など、各ショットを逐次転写していく露光方法では、隣接ショット領域に悪影響を及ぼしてしまう。よって、前記レチクル裏面からの反射光を防止する必要がある。
【0007】
レチクルに反射防止膜を施す例としては、特許文献1や特許文献2などがある。
【0008】
特許文献1ではハーフトーン膜を施したレチクルにてレチクルアライメントを実施する際にアライメント反射光の強度が小さくなるためにガラス面反射の外乱光を抑制するべくアライメントマーク上に反射防止処理を施す点が開示されている。
【0009】
特許文献2では露光光の透過効率を向上させるためにマスクや、露光装置の光学系の表面に、微細な凹凸形状を形成する例などを開示している。
【0010】
本発明の目的は、透過型レチクルを用いた微細な投影露光を行う工程において、裏面反射等の外乱光の影響無く、露光領域全域において、均一な仕上がり寸法での露光を実現することにある。
【0011】
特に、露光すべき線幅の異なる複数の工程において使用される露光条件に応じて、マスクやレチクルをもちいた最適な露光方法を実現するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としてのレチクルは、回路パターンが形成されている領域を有するレチクルにおいて、アライメントマークと、前記回路パターンが形成されている領域と前記アライメントマークとの間であって、前記回路パターンが形成されている領域の外周に形成されている幅dの遮光帯と、前記回路パターン、前記アライメントマークおよび前記遮光帯が形成されている面と反対側の面に形成されている露光光の反射を防止する反射防止膜と、を有し、入射側雰囲気の媒質の屈折率をn1、前記レチクルの屈折率をn2、前記レチクルの厚みをt、前記レチクルへの前記露光光の入射角をθとしたとき、
【数2】
を満たし、前記露光光の開口数(sinθ)が、0.175以上であることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【0014】
【実施例】
本発明の実施例による透過型レチクルを、図1乃至図5を用いて説明する。図1は本実施例を縮小投影露光装置に適用した場合の概略図、図2は前記レチクル内の反射光の様子を示した図、図3は反射光によるウエハ面光強度分布の変化を示した図、図4は単層反射防止膜の反射率特性を示した図、図5は反射光がデバイス領域外を照射することを説明した図である。
【0015】
図1において、1は露光光源からの光をレチクルに照射する照明光学系、11は回路パターン12が形成されたレチクル、2は回路パターン11をウエハ3上に縮小投影する投影光学系である。本実施例では、照明系1より射出された照明光21は透過型レチクル基板11へ入射し、前記レチクル基板のパターン領域に形成されたパターン12を、露光光22によって、投影光学系2を介してウエハ3へと転写する(図1)。そして、ステップ・アンド・リピート方式、もしくはステップ・アンド・スキャン方式によって逐次転写していく。
【0016】
本実施例では、前記レチクル裏面に反射防止処理として反射防止膜13が施されている(図2b)。前記レチクルに入射した照明光21aは、パターン面12に形成された透過部12aを透過し、露光光22として前記ウエハ面に照射される。一方、前記レチクルに入射した照明光21bは、前記パターン面に形成された遮光部12bによって遮光され、その後一部の照明光21bは反射し、前記レチクル裏面に到達する。しかし、前記反射防止膜13のために、照明光21bはレチクル裏面でほとんど反射することはない。従って照明光21bが透過部12aを透過し、投影光学系2を介してウエハ3に到達することはほとんどない。つまり、迷光の発生を抑えることができる。
【0017】
前記反射防止膜13の効果をガウス強度分布によって説明する(図3)。図3中の32はウエハ上に微細線を形成するに際し、ウエハ上に形成されるべき露光光の強度分布である。ある一定のスライスレベル(露光量やレジスト感度で決まる)で露光および現像後の仕上がり線幅が決定されると仮定し、そのスライスレベルをピーク強度の50%とした場合には約140nmの仕上がり線幅となる。
【0018】
一方、33は22に対して5%の迷光がある場合の強度分布である。フレアが小さい領域で決定されたスライスレベル(露光量)50%における曲線の幅が露光によってパターニングされる領域であるとすると、32に比べて33の露光線幅はおよそ7.5%大きくなる。つまり、迷光が小さい領域で露光量を決定した場合に比べて、迷光がある領域での線幅は、迷光1%につき、露光領域は1.5%程大きくなり、意図した線幅から同じく1.5%程度太くなることを示している。
【0019】
ここで、レチクル裏面に例えば単層の反射防止膜を施した場合の反射率特性を計算したものを図4に示す。この反射率特性によれば、例えば波長が248nmの露光光を用いた場合、反射率は0.5%以下に抑えることが可能である。反射防止膜の施していないガラス面に光が垂直入射した場合の反射率がおよそ4%であることを考慮すると、迷光の発生を1/8以下に抑えることができ、ウエハ上に理想的な露光光の強度分布32に近い分布を形成することができ、適正な線幅を露光することが可能となる。
【0020】
反射防止膜は単層膜に限るものではなく、例えば多層膜を用いることによりさらなる反射率低減を望むことができ、したがって前述した効果もより大きいものが期待できる。
【0021】
また、露光波長の例として248nmを挙げたが、157nmや134nmといった他の露光波長でもよい。
【0022】
また、本実施例は、前記レチクルの回路パターンが形成されているデバイス領域外周に施されている遮光部での反射光が、デバイス領域外へ影響を及ぼす場合についても有効であることを、以下説明する(図5)。
【0023】
通常、レチクルは照明領域の遮光性を考慮し、前記レチクルのパターン領域外周には遮光帯域14を持っており、この幅は例えば1.5mmである。N.A.が小さい場合(N.A.=sinθc)、照明光21cはデバイス領域(レチクルの遮光帯域14より紙面左側)から入射し、前記遮光帯域で反射した照明光22cは、レチクル裏面で再度反射しても、もう一度前記遮光帯域によって阻まれ、ウエハ側へ迷光となって射出されることはない。
【0024】
前記遮光帯域14とレチクル裏面との間を複数回反射した照明光はウエハ側へ進行する可能性があるが、その場合非常に強度が弱くなっていることが容易に想像でき、露光に影響はほぼない。しかし、N.A.が大きい場合(N.A.=sinθd)、デバイス領域から入射した照明光21dは、前記遮光帯域とレチクル裏面の2度にわたって反射した場合、前記遮光帯域の幅を越えてデバイス領域の外側に光が漏れ出てしまう(22d)。つまり、本来露光領域でない領域まで露光されてしまうため、隣接ショット領域に悪影響を及ぼしてしまう。よって、前記レチクル裏面からの反射光を防止する必要がある。
【0025】
露光NAが大きくなるに従って遮光帯域を大きくすることも考えられるが、通常レチクル上にはたとえばデバイス領域の外側つまり遮光帯域の外側にアライメント用のマークが構成されており、遮光領域が大きくなるとそれに従ってアライメントマークも外側に配置する必要がある。アライメントマークは投影光学系を介してウエハ側に到達する必要があるため投影光学系の有効領域を大きくする必要が生じてくる。このことは投影光学系の性能保証領域を大きくする必要があるため製造難易度を上げる一方で大型化にもつながり好ましくない。従って遮光領域はなるべく小さくしておく必要がある。
【0026】
ここで、高N.A.化に伴う反射光の影響範囲と、遮光帯域の幅との関係について考える。レチクル入射前の媒質の屈折率をn1、レチクルの屈折率をn2、レチクルの厚みをt、遮光帯域の幅をdとし、光の入射角をθ(低NAのときをθc、高NAのときをθd)とすると、遮光帯域の幅を越えて光がデバイス領域外へ射出されてしまう条件は、下記の式となる。
【数3】
【0028】
例えば、一般的な露光装置における各条件として、n1=1.0、n2=1.5、t=6.35mm、d=1.5mm、を当てはめた場合、N.A.(sinθ)はレチクル上でおよそ0.175以上でなければ成り立たない。したがって、レチクル上N.A.が0.175以上である場合に本発明を適用すると効果的である。
【0029】
前述した各条件は1例であって、これに限定するものではない。また、N.A.の算出のみに使用するのではなく、例えばあるN.A.におけるdやtなどを算出しても良い。
【0030】
また、レチクル上のパターンをウエハ上に転写する際の投影倍率(縮小率)が4倍であった場合、レチクル上N.A.が0.175以上とはウエハ上N.A.が0.7以上と同等の意味である。勿論、投影倍率が変化すれば、ウエハ上のN.A.も変化する。
【0031】
また、本実施例は、レチクルパターン面からの反射率が高いほど、より高い効果を発揮する。通常、3層コートレチクルよりも2層コートレチクルの反射率が高い。一例をあげると、248nmの露光波長において、3層コートレチクルのパターン面の反射率はおよそ5%であるのに対し、2層コートレチクルのパターン面の反射率はおよそ35%である。反射率の数値はこれに限定されるものではないが、反射率に大きな差があるのは公知である。よって、本発明は、2層コートレチクルにおいてより高い効果を発揮する。
【0032】
半導体露光工程には、微細な露光を実施する工程から、比較的ラフな線幅の露光をする工程といった複数の工程からなっている。
【0033】
上記条件を満たすような露光工程に使用するレチクルには反射防止処理を施し、比較的ラフな線幅の工程、つまりNAが小さくて良い工程に使用するレチクルには反射防止処理を施さないなど使い分けることによって生産コストを最小に抑え、かつ均一で良好な微細露光が実現することができる。
【0034】
<デバイス製造方法の実施例>
次に、上記図1の投影露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。
【0035】
図7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なう。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(レチクル)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。
【0036】
図8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)ではウエハにレジスト(感材)を塗布する。ステップ16(露光)では上記投影露光装置によってマスクの回路パタ−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なうことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。
【0037】
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デバイスを製造することが可能になる。
【0038】
【発明の効果】
本発明は、レチクル裏面側に反射防止膜を施すことにより、反射光の影響を低減することができる。それによって、他の部材などからの迷光を引き起こすことや、パターン面で反射した光がガラス面にて反射し、ウエハ面に到達して隣接領域の線幅の不均一性を防ぐことができる。また、デバイス領域内からの照明光がレチクル内で反射して、非露光領域を照射してしまうことも防ぐことができる。
【0039】
特にパターン領域の外側に遮光帯域を施していて、遮光帯域の外側にアライメントマークを配置する場合には、装置規模の大型化やコスト増加無く、均一な微細露光を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を縮小投影露光装置に適用した場合の概略図
【図2】レチクル周辺の反射光の様子を示した図。(a)は従来のレチクルの場合(b)は本実施例の反射防止膜を施したレチクルの場合である。
【図3】反射光によるウエハ面光強度分布の変化を示した図
【図4】単層反射防止膜の反射率特性
【図5】反射光がデバイス領域外を照射することを説明した図
【図6】従来の露光装置の模式図
【図7】デバイスの製造フローを示す図
【図8】図7のウエハプロセスを示す図
【符号の説明】
1 照明光学系
2 投影光学系
3 ウエハ
11 レチクル基板
12 パターン部
12a パターン面透過部
12b パターン面遮光部
13 反射防止膜
21、21a、21b、21c、21d 照明光束
Claims (2)
- 回路パターンが形成されている領域を有するレチクルにおいて、
アライメントマークと、
前記回路パターンが形成されている領域と前記アライメントマークとの間であって、前記回路パターンが形成されている領域の外周に形成されている幅dの遮光帯と、
前記回路パターン、前記アライメントマークおよび前記遮光帯が形成されている面と反対側の面に形成されている露光光の反射を防止する反射防止膜と、を有し、
入射側雰囲気の媒質の屈折率をn1、前記レチクルの屈折率をn2、前記レチクルの厚みをt、前記レチクルへの前記露光光の入射角をθとしたとき、
前記露光光の開口数(sinθ)が、0.175以上である
ことを特徴とするレチクル。 - 請求項1に記載のレチクルに形成された回路パターンで基板を露光することを特徴とする露光方法。
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