(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光により原版を照明して原版のパターンの像で基板を露光する走査露光装置において、
前記パルス光による前記基板上の照明領域の走査方向における光強度分布を、前記走査方向に沿って台形形状である光強度分布を、当該台形の少なくとも１つの頂点の前後における光強度の変化率の変化が小さくなるように、変更した光強度分布とし、かつ当該変更を行った前記走査方向の幅が、前記パルス光の１パルス毎の前記基板の移動量以上である
ことを特徴とする走査露光装置。
【請求項２】
前記台形は、等脚台形であることを特徴とする請求項１記載の走査露光装置。
【請求項３】
前記変更を行った部分の光強度分布が２次曲線形状であることを特徴とする請求項１または２記載の走査露光装置。
【請求項４】
前記照明領域の形状を決めるマスキングブレードを有し、該マスキングブレードは、前記原版と共役な位置からずらして配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の走査露光装置。
【請求項５】
前記照明領域の光強度分布を決めるフィルターを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の走査露光装置。
【請求項６】
前記フィルターは、前記原版と共役な位置からずらして配置されることを特徴とする請求項５記載の走査露光装置。
【請求項７】
前記フィルターは、光の入射する位置によって透過率が異なることを特徴とする請求項５または６記載の走査露光装置。
【請求項８】
前記フィルターは、光の入射する位置により０次回折光の光強度が異なる回折格子であることを特徴とする請求項５または６記載の走査露光装置。
【請求項９】
前記０次回折光以外の回折光を遮光する遮光手段を有することを特徴とする請求項８記載の走査露光装置。
【請求項１０】
前回のパルス光の光量に基づいて今回のパルス光の発光時刻を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の走査露光装置。
【請求項１１】
前記パルス光は、エキシマレーザ光であることを特徴とする請求項１乃至１０記載の走査露光装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか記載の走査露光装置を用いて原版のパターンの像で基板を露光する露光工程を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査露光装置に関し、特に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露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は従来の走査型露光装置を示す図である。図２２において、２０１は水銀ランプ等紫外線を放射する光源であり、楕円ミラー２０２の第１焦点近傍に配置された光源２０１の発光部からの光束は楕円ミラー２０２により第２焦点２０３に集光される。第２焦点２０３に集光した光はコンデンサーレンズ２０４とミラー２０５を介してハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレーター２０６の光入射面に再び集光される。ハエノ目レンズは複数の微小なレンズの集まり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。２０７はコンデンサーレンズであり２次光源からの光束によりマスキングブレード２０９をケーラー照明している。マスキングブレード２０９とレチクル２１２は結像レンズ２１０とミラー２１１により共役な位置に配置されており、マスキングブレード２０９の開口形状によりレチクル２１２における照明領域の形と寸法とが規定される。通常レチクル２１２における照明領域は、レチクル２１２の走査方向が該走査方向に直交する方向よりも短い長方形のスリット状である。２１３は投影光学系であり、レチクル２１２に描かれた回路パターンをウエハー２１４に縮小投影している。２１６はレチクル２１２とウエハー２１４を、不図示の駆動装置により、投影光学系２１３の倍率と同じ比率で正確に一定速度で移動させるための制御系である。２１５は光量検出器であり、ハーフミラー２０８により分割された一部の光束をモニターすることにより、間接的にウエハー２１４における露光量をモニターしている。制御系２１８は、ウエハー２１４における露光量を常に一定に保つように光量演算器２１７からの露光量値に応じて光源２０１の水銀ランプに入力する電力を制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の走査型露光装置は、前述のように水銀ランプ等の連続照射型の光源をおもに用いている。パターンの解像度は照明光の波長に比例するため、回路の高集積化が進む現在、より短波長な遠紫外領域の光を発する光源が求められている。水銀ランプの遠紫外領域の光の使用も考えられているが、露光装置に使用出来るほどの十分な出力が得られない。そこで、遠紫外領域の短い波長の光に対して十分な出力が得られるエキシマレーザが有用になってきている。
【０００４】
パルス発振方式であるエキシマレーザを光源とした露光装置で走査露光を行う場合には、露光量を目標値にするために、レチクルとウエハーの走査速度レーザの発光周波数、１パルスあたりの照射エネルギーを決めることになる。以下、この露光量の目標値を目標積算露光量という。
【０００５】
図２３に示すように走査方向に矩形の強度分布を持つパルス光で露光をする場合レチクル（またはウエハー）上の、パルス光の照明領域の走査方向の幅が１パルスごとのレチクル（またはウエハー）の移動量の整数倍のときには、すべての露光領域に対して同数のパルス光が照射されるため、露光むらは生じない。
【０００６】
一方、照明領域の非走査方向において照度の不均一性が存在する場合などでは、非走査方向のどの位置においても積算露光量が等しくなるようにするため、非走査方向の各位置における照明領域の走査方向の幅を変えている。しかし、このような場合には、パルス光の境界域の重なりにより、１パルス分の光量の露光むらが生じてしまう。この１パルス分の露光むらは、露光に用いるパルス数が多い（例えば数百パルス以上）場合にはさほど問題にならない。しかしながら、スループット向上のため露光に用いるパルス数を少なくしていくと、この１パルス分の露光むらが、問題となってくる。
【０００７】
本発明は、エキシマレーザ等のパルス発振方式の光源を用いた走査露光装置の露光むらを小さくすることを目的とする。
【０００８】
【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、
パルス光により原版を照明して原版のパターンの像で基板を露光する走査露光装置において、
前記パルス光による前記基板上の照明領域の走査方向における光強度分布を、前記走査方向に沿って台形形状である光強度分布を、当該台形の少なくとも１つの頂点の前後における光強度の変化率の変化が小さくなるように、変更した光強度分布とし、かつ当該変更を行った前記走査方向の幅が、前記パルス光の１パルス毎の前記基板の移動量以上である
ことを特徴とする走査露光装置である。
【０００９】
本願第２発明は、前記台形は、等脚台形であることを特徴とする前記第１発明の走査露光装置である。
【００１０】
本願第３発明は、前記変更を行った部分の光強度分布が２次曲線形状であることを特徴とする前記第１または第２発明の走査露光装置である。
【００１１】
本願第４発明は、前記照明領域の形状を決めるマスキングブレードを有し、該マスキングブレードは、前記原版と共役な位置からずらして配置されることを特徴とする前記第１乃至第３発明のいずれかの走査露光装置である。
【００１２】
本願第５発明は、前記照明領域の光強度分布を決めるフィルターを有することを特徴とする前記第１乃至第４発明のいずれかの走査露光装置である。
また、本願第６発明は、前記フィルターは、前記原版と共役な位置からずらして配置されることを特徴とする前記第５発明の走査露光装置である。
また、本願第７発明は、前記フィルターは、光の入射する位置によって透過率が異なることを特徴とする前記第５または第６発明の走査露光装置である。
また、本願第８発明は、前記フィルターは、光の入射する位置により０次回折光の光強度が異なる回折格子であることを特徴とする前記第５または第６発明の走査露光装置である。
また、本願第９発明は、前記０次回折光以外の回折光を遮光する遮光手段を有することを特徴とする前記第８発明の走査露光装置である。
また、本願第１０発明は、前回のパルス光の光量に基づいて今回のパルス光の発光時刻を制御する制御手段を備えることを特徴とする前記第１乃至第９発明のいずれかの走査露光装置である。
また、本願第１１発明は、前記パルス光は、エキシマレーザ光であることを特徴とする前記第１乃至第１０発明のいずれかの走査露光装置である。
【００１３】
本願第１２発明は、前記第１〜第１１発明のいずれかの走査露光装置を用いて原版のパターンの像で基板を露光する露光工程を有することを特徴とするデバイスの製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態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投影露光装置を示す。
【００１５】
図１において、エキシマレーザ等のパルス光を放射するパルス光源１からの光束はビーム整形光学系２により所望の形状に整形され、ハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレーター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なレンズの集まり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。４はコンデンサーレンズであり、コンデンサーレンズ４はオプティカルインテグレーター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は結像レンズ７とミラー８によりレチクル９との共役な位置からずらして配置されており、マスキングブレード６の開口の形状を定めることによりレチクル９におけるパルス光の照明領域の形と寸法が規定される。レチクル９における照明領域は、レチクル９の走査方向が短手方向を設定した長方形のスリット形状を備える。１０は投影光学系であり、レチクル９に描かれた回路パターンをウエハー１１に縮小投影している。１０１はレチクル９とウエハー１１を不図示の駆動装置により投影光学系１０の投影倍率と同じ比率で正確に一定速度で移動させるための移動制御系である。１２は光量検出器であり、ハーフミラー５により分割されたパルス光の一部の光束をモニターすることにより、間接的にウエハー１１における各パルス光の露光量をモニターしている。制御系１０３は、光量演算器１０２からの露光量値に応じてパルス光源１を発光させるタイミングを制御している。
【００１６】
図２は露光時にウエハー１１がレチクル９を介しパターンの情報を得た照明光束１０４の光路と垂直な矢印で示す方向に移動してゆく状態を示したものである。ウエハー１１が図２の矢印の方向に動くことによって、スリット上の光束１０４の照明領域１０５がウエハー１１を走査／露光することになる。図３は図２のウエハー１１を照明方向（真上）から見た図であり、ウエハー１１上のある点ａがウエハー１１の移動と共に照明領域１０５を横切ってゆく（ａ→ａ１→ａ２）様子を示したものである。点ａがａ１の位置に来た時に点ａの露光が開始され、点ａがａ２の位置に来た時に点ａの露光が終了する。
【００１７】
本発明の特徴を最もよく表すパルス光による照明領域の走査方向の光強度分布の概念図を図４に示す。図中、左側端部の第１の点Ｐ１から光強度の増加の仕方が変わる第２の点Ｐ２までの幅をＷａ、光強度の増加の仕方が変わる第３の点Ｐ３から光強度が最高である第４の点Ｐ４までの幅をＷｂ、光強度が最高の第５の点Ｐ５から、光強度の減少の仕方が変わる第６の点Ｐ６までの幅をＷｃ、光強度の減少の仕方が変わる第７の点Ｐ７から右側端部の第８の点Ｐ８までの幅をＷｄとしている。
【００１８】
図４に示した他に、図５から図９に示したような光強度分布が考えられる。図５は、光強度の増加及び減少の仕方が変わる点（Ｐ２とＰ３、Ｐ６とＰ７）が同一の点である場合である。図６は、図５の場合に加えて光強度が最高である点（Ｐ４とＰ５）が同一の点の場合である。そして、図７は、直線的に光強度が変化する場合、図８は、照明領域の両端部において光強度が滑らかに変化する場合、図９は、元となる台形光強度分布に対して１角の光強度が滑らかに変化する場合である。これらの形態以外にも本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な形の光強度分布をとることができる。
【００１９】
なお、本実施形態中で光強度の増加（または減少）の仕方が変わる点とは、例えば、その点の前後において光強度の変化を示した関数が異なる点、関数が同一の場合は変曲点などを言っている。
【００２０】
図１０に従来のパルス光の台形の光強度分布を示し、図１１に本実施形態のパルス光の光強度分布を示す。図１０のパルス光の光強度分布は、ウエハー１１面上で上底が３ｍｍ、下底が５ｍｍの等脚台形をしている。図１１のパルス光の光強度分布は、図１０のパルス光の台形状の光強度分布の角を２次曲線的に丸めたような形になっている。図１１のパルス光の光強度分布において、図４におけるＷａからＷｄはすべて等しく、Ｓｌで表されている。本実施形態においてＳｌはウエハー１１面上で０．２５ｍｍとなるように設定されている。
【００２１】
図１２に図１０の光強度分布のパルス光を用いたパルス数と露光むらの関係を、図１３に図１１の光強度分布のパルス光を用いたパルス数と露光むらの関係を示す。ここで言うパルス数とは、ウエハー１１上の照明領域の幅Ｌを１パルス毎のウエハー１１の移動量で割った値であり、露光領域のある点が照射されるパルス数の平均値を表わす。したがって、整数になるとは限らない。ただし、図１１のような強度分布をもつパルス光のＬの定義は同図に示したようになっている。
【００２２】
図１１に示した光強度分布のパルス光を用いた時、図１０に示した光強度分布のパルス光を用いた時に比べて、全体的に露光むらが小さくなっているのが一目瞭然である。
【００２３】
また、図１３において、パルス数が２０パルス近傍から２０パルス以上の領域において、特に露光むらが小さくなっているのが分かる。パルス数が２０パルスの時の、１パルス毎のウエハー１１の移動量は０．２５ｍｍであり、本実施形態におけるＳｌと等しくなっている。すなわち、図１３のパルス数が２０パルス以上の領域とは、１パルス毎の移動量が０．２５ｍｍ以下ということを表しており、Ｓｌが、１パルス毎の移動量とほぼ等しいか、それ以上だと露光むらが特に小さくなることが分かる。
【００２４】
本実施形態においては、２組の直交する可変スリットからなるマスキングブレード６のうち走査方向の照明領域の幅を決定する方向の２枚の可変スリットの像をデフォーカス可能にして、Ｓｌの値を自由に設定できるようにしている。
【００２５】
本実施形態においては、結像レンズ７を介してマスキングブレード６の開口の像をレチクル９のパターン面に投影しているが、結像レンズ７は必ずしも必要ではなく、例えば、レチクル９の直前にマスキングブレード６を配置してもよい。
【００２６】
また、光強度分布を設定する他の方法として、マスキングブレード６の位置に図１４に示したグラデーションフィルターを設ける方法、図１５に示したグレーティングフィルターを設ける方法等がある。
【００２７】
グラデーションフィルターとは、図１４に示すように所定の透過率を有する膜を部分的に重ねて形成することにより、光の入射する位置によって透過率を異ならせしめ、所望の光強度分布の形状が得られるようにしたものである。一方、グレーティングフィルターとは振幅型の回折格子であるが、ここでは、図１５に示すように０次光によって所望の光強度分布の形状が得られるようにしており、０次以外の回折光はフィルターの後方に設けた遮光部によって遮光される。なお、図１４のグラデーションフィルター及び図１５のグレーティングフィルターを用いた方法だと光強度分布が非連続的になるが、図１４、図１５中に示したようにΔＧだけフィルターをレチクル６との共役位置からわずかに移動させることにより、滑らかな光強度分布にすることができる。このように複雑な光強度分布形状の場合、Ｓ１は近似したものを用いる。
【００２８】
更に、ハエノ目レンズ射出面近傍の複数の２次光源の総括的な形状（例えば、円形、長円形、正方形、多角形、これらが複数集まったもの）を選択することによっても、光強度分布を所望の形状にすることができる。
【００２９】
図１６〜図１９はウエハー１１上のある点（ここでは点ａ）においてウエハー１１の移動と共に積算露光量が増えてゆく状態を表している。ここでＥ０は目標積算露光量である。Ｔ１は点ａが図３におけるａ１の位置にきた時（照明領域に入った時＝露光開始）、Ｔ２は点ａがａ２の位置にきた時（照明領域を出た時＝露光終了）を表している。水銀ランプ等の連続発光光源を露光光源として使用した場合、図１６に示すように露光開始から露光終了まで連続的に露光量が増えてゆくので、あらかじめ走査速度と単位時間当たりのエネルギー照射量及び照明領域の巾を決めておき、それらを一定に保って露光してゆけば露光むらも起きず正確な露光量制御ができる。また、本発明のようにパルス光を露光光として使用した場合でも、１パルス当たりの照射エネルギーが常に一定であれば、図１７に示したように連続発光光源と同様に露光むらも起きず正確な露光量制御が可能である。しかしながら、エキシマレーザなどのパルス光源は発光周波数を一定にすることはできても、各パルス光のエネルギーを正確に一定にすることはできない。従って、１パルス毎の平均エネルギー照射量から算出した条件（エネルギー設定、照射スリット巾設定、レチクルとウエハーの走査速度設定、発光周波数設定）により露光を行っても、各パルス光のエネルギーのバラツキや偏りにより、図１８に示すように正確な露光量制御が出来ない。これは走査型露光装置のように露光時間が実質的に一定の露光を行なう場合、ウエハー上の露光むらを引き起こすことになる。
【００３０】
図１９は本実施形態における露光量制御を示す説明図である。本実施形態においてはレチクル９およびウエハー１１の走査速度を常に一定に保ちつつ走査露光を行っている間に順次供給される各パルス光による露光量を光量検出器１２によりモニターしている。そして、制御系１０３によりあるパルス光による露光量が所望の露光量よりも大きかった場合には、次のパルス光を発光するタイミングを遅らせ、また、あるパルス光による露光量が所望の露光量よりも小さかった場合には次のパルス光を発光するタイミングを早める。これにより、パルス光毎の光量のバラツキが生じても、ウエハー１１上における各点の露光むらを小さくすることができる。
【００３１】
なお、発光周波数の初期設定は、パルス光源の最高周波数に対して、各パルス光のエネルギーのバラツキを考慮した値以下にすることが望ましい。例えば、パルスエネルギーのバラツキが±５％で最高周波数が５００Ｈｚのレーザーの場合、発光周波数の初期設定は５００×１００÷１０５≒４７６Ｈｚ以下に設定することが望ましい。
【００３２】
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。図２０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（レクチル９）を製作する。一方、ステップ３（ウエハー製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハー（ウエハー１１）を製造する。ステップ４（ウエハープロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハーとを用いて、リソグラフィー技術によってウエハー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ー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。
【００３３】
図２１は上記ウエハープロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハー（ウエハー１１）の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハーの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハー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）ではウエハーにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハーにレジスト（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（レクチル９）の回路パターンの像でウエハーを露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハーを現像する。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ー上に回路パターンが形成される。
【００３４】
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。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、露光むらを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した走査型露光装置を示す概略図である。
【図２】スリット状の照明光束が形成するウエハー上の照明領域を示す図である。
【図３】照明領域に対してウエハー上の点が移動してゆく状態を表す図である。
【図４】本発明のパルス光の光強度分布の概念図である。
【図５】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図６】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図７】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図８】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図９】本発明のパルス光の光強度分布の一例を示す図である。
【図１０】台形のパルス光の光強度分布を示す図である。
【図１１】本実施例のパルス光の光強度分布を示す図である。
【図１２】図１０に示した光強度分布を有するパルス光の露光むらとパルス数の関係を示す図である。
【図１３】図１１に示した光強度分布を有するパルス光の露光むらとパルス数の関係を示す図である。
【図１４】グラデーションフィルターを用いて本発明の光強度分布を設定する方法を示す概略図である。
【図１５】グラデーションフィルターを用いて本発明の光強度分布を設定する方法を示す概略図である。
【図１６】連続発光光源を有する装置で露光量が積算されてゆく状態を示す図である。
【図１７】照射エネルギーが一定のパルス光によって露光量が積算されてゆく状態を示す図である。
【図１８】照射エネルギーにバラツキがあるパルス光によって露光量が積算されてゆく状態を示す図である。
【図１９】本実施形態の露光量制御方法により露光量が積算されてゆく状態を示す図である。
【図２０】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図２１】図２０の工程中のウエハープロセスの詳細を示すフローチャートである。
【図２２】従来の走査型露光装置を示す概略構成図である。
【図２３】矩形のパルス光の光強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１  パルス光源
２  ビーム整形光学系
３  オプティカルインテグレーター
４  コンデンサーレンズ
５  ハーフミラー
６  マスキングブレード
７  結像レンズ
９  レチクル
１０  投影光学系
１１  ウエハー
１２  光量検出器
１０１  移動制御系
１０２  光量演算器
１０３  制御系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003630807.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003630807.tif 000017
【図１７】
0003630807.tif 000018
【図１８】
0003630807.tif 000019
【図１９】
0003630807.tif 000020
【図２０】
0003630807.tif 000021
【図２１】
0003630807.tif 000022
【図２２】
0003630807.tif 000023
【図２３】
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