(57)【要約】【課題】ウェハに塗布されているレジストの実効的な感度を向上させることにより、低い出力のＥＵＶ光源を使用しても十分に実用化できるＥＵＶ露光装置及び方法を提供する。【解決手段】露光装置はパターンビーム光学系１０とベースドーズビーム光学系５０を有する。パターンビーム光学系１０は、リング状のパターン露光領域２０を有する。ベースドーズビーム光学系５０は、紫外線ランプ５１と光学系５３とからなり、ウェハ１１上の領域６０に紫外線を均一に照射する。この領域６０は、パターンビーム光学系１０のパターン露光領域２０に重なっている。パターンビーム光学系１０の露光量Ａは、ＥＵＶ光量検出器５５で検出され、ベースドーズビーム光学系５０の露光量Ｂは、紫外線光量検出器５７で検出される。両光学系の露光量を調整することにより、露光量Ａと露光量Ｂの強度比を最適化することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギ線を感応基板上に選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、
前記パターンに対応する像を含むエネルギ線束（パターンビーム）を前記感応基板上に照射するパターンビーム光学系と、
前記感応基板上に塗布されているフォトレジストの反応閾値以下のベースドーズを与えるためのエネルギ線束（ベースドーズビーム、前記パターンビームと同種のエネルギ線からなるものでも異種のエネルギ線からなるものでもよい）を前記感応基板上に照射する、前記パターンビーム光学系とは別途のベースドーズビーム光学系と、
を具備することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記感応基板上における前記両光学系の露光領域がほぼ重なることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記ベースドーズビーム光学系が前記感応基板の搬送経路中に設けられていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項４】
エネルギ線を感応基板上に選択的に照射してパターン形成する露光方法であって、
前記パターンに対応する像を含むエネルギ線束（パターンビーム）を前記感応基板上に照射するとともに、
実質的に均一な強度分布のエネルギ線束（ベースドーズビーム、前記パターンビームと同種のエネルギ線からなるものでも異種のエネルギ線からなるものでもよい）を、前記パターンビームを照射する光学系とは別個独立の光学系（ベースドーズビーム光学系）から前記感応基板上に照射して、前記感応基板上に塗布されているフォトレジストの反応閾値以下のベースドーズを与えることを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路のリソグラフィー等に使用される露光装置等に関し、特には、ＥＵＶ光（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ  光：極端紫外光）を用いた露光装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
ＥＵＶ露光装置を例にとって説明する。
図５は、一例に係るＥＵＶ露光装置の構成の概略を示す図である。
図５に示すＥＵＶ露光装置は、光源部１０１、照明光学系７、マスクステージ９、投影光学系１０、ウェハステージ１２等を含んでいる。
【０００３】
光源部１０１は、高出力レーザー源１、集光レンズ２及びＥＵＶ光発生物質（ターゲット物質）供給部４等から構成されている。同光源部１０１の図中下方には、ターゲット物質供給部４が支柱５によって真空容器１０２の中に固定されている。なお、光源部１０１は、放電プラズマ光源などであってもよい。
【０００４】
高出力レーザー源１から照射されたレーザー光は、集光レンズ２により所定の集光点に集光される。
ターゲット物質供給部４は、超音速ノズル及びパルスバルブから構成されている（不図示）。パルスバルブは、不図示のキセノンボンベに接続されており、超音波ノズルがキセノンガスを上記の集光点に放出する。
上記のターゲット物質供給部４からこの集光点に放出されたＥＵＶ光発生物質３は、上記のレーザーによってプラズマ状態に励起され、ＥＵＶ光を放出する。
【０００５】
ＥＵＶ光発生物質３の図の両側には、放物面ミラーＭ１が配置されている。ＥＵＶ光発生物質３から発生したＥＵＶ光は全方位に拡散するが、この放物面ミラーＭ１により平行光束の照射ビームに成形される。この放物面ミラーＭ１としては、多層膜反射鏡が用いられる。
【０００６】
真空容器１０２の下方は開口となっており、他の真空容器１０３とつながっている。放物面ミラーＭ１の図の下方、真空容器１０３の上部の開口には、フィルタ６が取り付けられている。フィルタ６は、上記の照明ビームのうち、可視光をカットして、ＥＵＶ光（波長１３ｎｍ）を透過させ、真空容器１０３内に導く。
【０００７】
真空容器１０３内には、照明光学系７が備えられている。照明光学系７は、コンデンサー系の反射鏡やフライアイ光学系から構成され、６枚程度の反射鏡を含んでいる。照明ビームは、照明光学系７を介して、マスクステージ９に載置されたマスク８に斜めに入射する。マスク８によって反射された照明ビームは、投影光学系１０を介して、ウェハステージ１２に載置されたウェハ１１に垂直に入射する。投影光学系１０は、６枚程度の反射鏡で構成されている。
ウェハ１１上には、適当なレジストが塗布されており、マスク８上のデバイスパターンが転写される。
【０００８】
このようなＥＵＶ露光装置においては、ＥＵＶ光の波長領域での物質の屈折率が１に近いため、従来のレンズのような透過屈折型の光学素子は使用できず、反射を利用した光学系が使用される。このような反射光学系に使用される多層膜反射鏡は、使用される波長域における屈折率と真空の屈折率（＝１）との差が大きい物質と、その差が小さい物質とを、基板上に交互に積層して形成される。多層膜の材料としては、タングステン／炭素、モリブデン／シリコン等の組み合わせのものが知られている。
上述のマスク８や、照明光学系７や投影光学系１０の各反射鏡の反射面はこのような多層膜で作製されている。
【０００９】
ところが、この多層膜のＥＵＶ光の反射率は、最大でも７０％程度である。多層膜反射鏡の枚数をｎ、同反射鏡の反射率をＲとすると、露光装置全体での反射率はＲｎとなる。上述の露光装置における反射鏡の枚数は、少なくとも、１枚の反射マスク８、照明光学系７内の６枚の反射鏡、投影光学系１０内の６枚の反射鏡の合計１３枚程度は必要である。１３枚の反射鏡で構成された光学系の反射率は、０．７１３＝０．００９６であり、１％にも満たず、ＥＵＶ露光装置における光学系の効率は非常に低いといえる。
【００１０】
一方、ＥＵＶ露光装置において実用的なスループットは、径が３００ｍｍのウェハを用いた場合に、８０枚／時間とされている。このスループットを得るためには、ＥＵＶ光源の出力が５０〜１５０Ｗ程度であることが要求されている。しかしながら、これまでに開発されているＥＵＶ光源の出力はこの要求値よりも一桁以上低く、出力の高いＥＵＶ光源の開発がＥＵＶ露光装置実用化のための課題となっている。
【００１１】
そこで、低い出力のＥＵＶ光源を使用しても十分に実用的なスループットを得ることができる方法として、ウェハに塗布されているレジストの実効的な感度を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
感応基板上に塗布されているレジスト（フォトレジスト）は、ある値（閾値）以上の露光量が与えられると反応し、露光量が閾値に満たない場合は全く反応しない。そこで、上記の提案においては、露光に用いるＸ線（実際のパターンを形成するためのビーム）の他に、レジストが反応する閾値以下のエネルギ量に設定したエネルギ線をレジストに照射する。これにより、レジストには閾値近傍までのエネルギが与えられ、レジストの感度が見掛け上向上したことになる。ここで露光用のＸ線を照射すれば、Ｘ線のエネルギのほとんどを実質的なパターン形成に利用できる。
【００１３】
この提案においては、露光に用いるＸ線の他に、レジストが反応する閾値以下のエネルギ量に設定したエネルギ線をレジストに照射する方法として、Ｘ線源から所定の波長のＸ線のみを通過させるフィルタ（図の符号６に相当）を設けずに、Ｘ線源から発せられる紫外線を含むエネルギ線の全てをレジストに照射している。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１０−９７９８０号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、パターン形成に寄与する露光量と、閾値以下の露光量との比率は、Ｘ線源がもともと持っている比率であって一定である。このため、露光量を最も効率的に利用できるような最適な条件の比率を選択できず、必ずしも有効に作用しないという問題点があった。
【００１６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、ウェハに塗布されているレジストの実効的な感度を向上させることにより、低い出力のＥＵＶ光源を使用しても、十分に実用化できるＥＵＶ露光装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するため、本発明の露光装置は、  エネルギ線を感応基板上に選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、  前記パターンに対応する像を含むエネルギ線束（パターンビーム）を前記感応基板上に照射するパターンビーム光学系と、  前記感応基板上に塗布されているフォトレジストの反応閾値以下のベースドーズを与えるためのエネルギ線束（ベースドーズビーム、前記パターンビームと同種のエネルギ線からなるものでも異種のエネルギ線からなるものでもよい）を前記感応基板上に照射する、前記パターンビーム光学系とは別途のベースドーズビーム光学系と、を具備することを特徴とする。
【００１８】
ベースドーズビーム光学系と、パターンビーム光学系と別途に設けることにより、パターンビームのエネルギ量とベースドーズビームのエネルギ量とを独立に調整することができるため、両者のドーズ量を最適にすることができる。これにより、レジストの感度を実効的に数倍以上向上させることができ、露光時間をパターンビーム光学系のみで露光した場合の数分の１以下に短縮できる。したがって、ＥＵＶ光源の出力を上げなくても、実用的なスループットを得ることができる。また、感度の低いレジストを使用することもできる。
なお、パターンビーム光学系及びベースドーズビーム光学系のエネルギ線の種類は特に限定されず、光、紫外光、Ｘ線、電子線、イオンビーム等を適用できる。また、露光方式も特に限定されず、縮小投影式、近接等倍転写式等を適用できる。
【００１９】
本発明においては、  前記感応基板上における前記両光学系の露光領域がほぼ重なることとすれば、通常露光の場合とスキャン長が変わらず、露光フィールドのスキャン長を長くする必要がない。
【００２０】
本発明においては、  前記ベースドーズビーム光学系が前記感応基板の搬送経路中に設けられていることとすれば、搬送経路途中の空間を利用してベースドーズビーム光学系を配置することができるため、露光部の主要部の構造を変更する必要もなく、通常のスキャン露光を行うことができる。
【００２１】
本発明の露光方法は、  エネルギ線を感応基板上に選択的に照射してパターン形成する露光方法であって、  前記パターンに対応する像を含むエネルギ線束（パターンビーム）を前記感応基板上に照射するとともに、  実質的に均一な強度分布のエネルギ線束（ベースドーズビーム、前記パターンビームと同種のエネルギ線からなるものでも異種のエネルギ線からなるものでもよい）を、前記パターンビーム光学系とは別個独立の光学系（ベースドーズビーム光学系）から前記感応基板上に照射して、前記感応基板上に塗布されているフォトレジストの反応閾値以下のベースドーズを与えることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る露光装置を模式的に説明するための図であり、図１（Ａ）は露光装置の投影光学系付近を模式的に示す図、図１（Ｂ）はスキャン時の露光フィールドの状態を示す図である。
本発明の露光装置は、図５に示した露光装置とほぼ同様の構造を有する。図１（Ａ）には、露光装置内の投影光学系（パターンビーム光学系）１０と、ウェハステージ１２上に載置されたウェハ１１を示している。マスクで反射された照明ビームは、パターンビーム光学系１０を介して、ウェハステージ１２に載置されたウェハ１１に垂直に入射する。パターンビーム光学系１０は、図１（Ｂ）に示すように、リング状のパターン露光領域２０を有し、ウェハ１１上には、このパターン露光領域２０にパターンが転写される。そして、ウェハステージ１２を図１（Ｂ）の縦の矢印の方向に駆動してスキャン露光することにより、ウェハ１１上の露光フィールド３０（一回のスキャンで露光される領域）全体にパターンが転写される。
【００２３】
ベースドーズビーム光学系５０は、紫外線ランプ５１と光学系５３とからなる。この例では、紫外線ランプ５１は真空容器１０３の外に配置されており、同ランプ５１から発せられる紫外線は、光学系５３を介して、真空容器１０３の窓１０４を通ってウェハステージ１２上のウェハ１１に照射される。光学系５３はシリンドリカルレンズ等から構成され、紫外線ランプ５１から発せられる紫外線を、長方形の領域６０（図１（Ｂ）参照）に均一に照射する。図１（Ｂ）に示すように、この領域６０は、パターンビーム光学系１０のパターン露光領域２０に重なっている。そして、ウェハステージ１２をスキャン露光することにより、ウェハ１１上の露光フィールド３０（一回のスキャンで露光される領域）全体に領域６０が照射される。
【００２４】
ウェハステージ１２上には、ＥＵＶ光の光量を検出する検出器５５と、紫外線の光量を検出する検出器５７が設けられている。これらの検出器としては、光電変換器やフォトダイオード等を使用できる。
【００２５】
次に、本発明の露光方法の作用を説明する。
図２は、本発明の露光方法の原理を説明する図であり、図２（Ａ）は通常の露光時の露光量分布とレジストパターンとの関係を説明する図であり、図２（Ｂ）は本発明の露光方法による露光量分布とレジストパターンとの関係を説明する図である。レジストはポジ型とする。
上述のように、ウェハ１１上に塗布されているレジストは、ある値（閾値）以上の露光量（露光によりレジスト中に投入された光のエネルギ）が与えられると反応（分解や重合）し、露光量が閾値に満たない場合は全く反応しない。ポジ画像の場合は、図２（Ａ）に示すように、閾値以上の露光量でレジストが分解する。これにより、レジスト上の露光量分布（投影光学系によって形成される空間像）が正弦波状の形状でも、レジストの厚さは矩形波状となる。
【００２６】
本発明においては、図２（Ｂ）に示すように、レジスト上に、パターンビーム光学系１０からの露光量Ａとベースドーズビーム光学系５０からの露光量Ｂとをもつビームが同時に照射される。露光量Ａはパターン形状の分布を有しており、露光量Ｂは閾値以下の一定値である。すなわち、パターンビーム光学系の露光量Ａは、閾値付近に達するまでの露光量（露光量Ｂ）を含んでおらず、図２（Ａ）の露光量Ａ´より大幅に低くなっている。このため、見掛け上レジストの感度が向上したといえる。
【００２７】
パターンビーム光学系１０の露光量Ａは、ＥＵＶ光量検出器５５で検出され、ベースドーズビーム光学系５０の露光量Ｂは、紫外線光量検出器５７で検出される。そして、両光学系の光源の出力を調整して露光量を調整することにより、露光量Ａと露光量Ｂの強度比を最適化することができる。これにより、レジストの感度を実効的に数倍以上向上させることができ、露光時間を、パターンビーム光学系のみで露光した場合の数分の１以下に短縮できる。したがって、ＥＵＶ光源の出力を上げなくても、実用的なスループットを得ることができる。また、感度の低い安価なレジストを使用することもできる。
【００２８】
なお、紫外線ランプ５１の代わりに、エキシマレーザー等の紫外線を発するレーザー、レーザープラズマ光源や放電プラズマ光源などのＥＵＶ光源、電子線励起Ｘ線源などを使用してもよい。また、ベースドーズビーム光学系５０は全体を真空容器内に配置してもよい。
【００２９】
この露光装置においては、ウェハステージの移動によるスキャン長は、図１（Ｂ）に示すように、露光フィールド３０のスキャン方向長さ分であり、通常の露光時とほぼ等しい。このため、スキャン長が長くなってスループットが低下するようなことはない。しかし、パターンビーム光学系１０とベースドーズビーム光学系５０の照射領域を重ねることにより両光学系の機械的干渉が問題となって、ベースドーズビーム光学系１０とパターンビーム光学系５０とを離さざるを得なくなる場合もある。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る露光装置を模式的に説明するための図であり、図２（Ａ）は露光装置の投影光学系付近を模式的に示す図、図２（Ｂ）はスキャン時の露光フィールドの状態を示す図である。
この例の露光装置は、パターンビーム光学系１０とベースドーズビーム光学系５０との機械的干渉を避けるように配置されている。すなわち、ベースドーズビーム光学系５０の照射領域６０が、パターンビーム光学系１０のパターン露光領域２０と別の位置となるように、ベースドーズビーム光学系５０が配置されている。両領域は、スキャン露光時に一つの露光フィールド６０内に収まる程度に離れている。
この例では、パターンビーム光学系１０の光軸とベースドーズビーム光学系５０の光軸とがほぼ平行となるように配置されており、両光学系は機械的に干渉しない。
【００３１】
両光学系の照射領域が離れているため、露光時には、図３（Ｂ）の右の図に示すように、まず、リング状のパターン露光領域２０がウェハ１１上の露光フィールド３０に照射される。そして、ウェハステージ１２を図の矢印方向に駆動してスキャン露光すると、露光フィールド３０内をパターン露光領域２０が通過するとともに、ベースドーズビーム光学系５０の照射領域６０が露光フィールド３０内に入ってくる。そして、露光フィールド３０内のパターン露光領域２０の上にベースドーズビームが照射される。その後、ベースドーズビーム光学系５０の照射領域６０が露光フィールド３０を通過するまでウェハステージ１２を駆動する。
【００３２】
この例の場合、スキャン長は、露光フィールド３０のスキャン方向長さに加えて、パターンビーム光学系１０の入射位置とベースドーズビーム光学系５０の入射位置との距離も含み、通常露光のスキャン長より長くなる。しかし、第１の例と同様に、露光時間をパターンビーム光学系のみで露光した場合の数分の１以下に短縮できるため、大幅なスループットの低下はない。
【００３３】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る露光装置の構造を模式的に説明する図である。
この例の露光装置においては、ウェハ１１をウェハステージ１２に搬送する搬送経路中にベースドーズビーム光学系５０を配置している。すなわち、搬送機構５９のアーム５８上に載置されたウェハ１１の通過経路内にベースドーズビーム光学系５０が配置されている。アーム５８上には、紫外線光量検出器５７が備えられている。
【００３４】
ウェハ１１は、アライメント装置やカセットから、搬送機構５９によってウェハステージ１２上に搬送される。その搬送途中で、ベースドーズビーム光学系５０で全面が均一に照射される。その後、ウェハステージ１２上でパターンビーム光学系１０によってパターン形成される。
【００３５】
なお、パターン形成後、ウェハステージ１２からカセット等へ搬出される途中で、ベースドーズビーム光学系５０によって照射されてもよい。また、搬送途中及び搬出途中の両方で照射してもよい。さらには、それら以外の工程中（ウェハへのレジスト塗布後からウェハの現像までの間）でもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ウェハに塗布されているレジストの実効的な感度を向上させることにより、露光時間をパターンビーム光学系のみで露光した場合の数分の１以下に短縮できる。したがって、ＥＵＶ光源の出力を上げなくても、実用的なスループットを得ることができるＥＵＶ露光装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る露光装置を模式的に説明するための図であり、図１（Ａ）は露光装置の投影光学系付近を模式的に示す図、図１（Ｂ）はスキャン時の露光フィールドの状態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の露光方法の原理を説明する図であり、図２（Ａ）は通常の露光時の露光量分布とレジストパターンとの関係を説明する図であり、図２（Ｂ）は本発明の露光方法による露光量分布とレジストパターンとの関係を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る露光装置を模式的に説明するための図であり、図２（Ａ）は露光装置の投影光学系付近を模式的に示す図、図２（Ｂ）はスキャン時の露光フィールドの状態を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る露光装置の構造を模式的に説明する図である。
【図５】一例に係るＥＵＶ露光装置の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
１０  投影光学系（パターンビーム光学系）
１１  ウェハ                      １２  ウェハステージ
２０  パターン露光領域            ３０  露光フィールド
５０  ベースドーズビーム光学系    ５１  紫外線ランプ
５３  光学系                      ５５  ＥＵＶ光量検出器
５７  紫外線光量検出器            ５８  アーム
５９  搬送機構                    ６０  紫外線照射領域
１０３  真空容器                    １０４  窓
【図１】
2004335521.tif 000003
【図２】
2004335521.tif 000004
【図３】
2004335521.tif 000005
【図４】
2004335521.tif 000006
【図５】
2004335521.tif 000007