(57)【要約】【課題】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、レチクルの裏面反射等の外乱光の影響を抑えた露光を実現する。【解決手段】レチクル上に形成された回路パターンをウエハなどの基板上に転写する露光装置において、少なくともレチクルデバイスパターンが形成してある面の反対側の面の露光光線有効領域に反射防止膜を施したことを特徴とする露光方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクル上に形成された回路パターンをウエハなどの基板上に転写する露光装置において、少なくともレチクルデバイスパターンが形成してある面の反対側の面の露光光線有効領域に反射防止膜を施したことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
レチクル上に形成された回路パターンをウエハなどの基板上に転写する露光装置において、少なくともレチクルデバイスパターンが形成してある面とその反対側の面の露光光線有効領域に反射防止膜を施したことを特徴とする露光方法。
【請求項３】
レチクル上に形成された回路パターンをウエハなどの基板上に転写する露光装置において、
前記レチクルパターン上のデバイス領域の境界領域には所定量の遮光領域を有しており、
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、レチクルへの光の入射角をθとしたとき、
【外１】
2005031287.tif 000004
となる露光条件の際にはレチクルパターン面と反対側の面に露光光の反射防止膜を構成していることを特徴とする露光方法。
【請求項４】
請求項３に記載の露光方法であって、投影倍率（縮小率）が４倍である場合はウエハ側Ｎ．Ａ．が０．７以上であることを特徴とする露光方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の露光方法であって、パターン面側の膜質が２層コートレチクルの場合にはガラス面には反射防止膜を施すことを特徴とする露光方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のレチクルを用いた露光方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの露光方法を用いたステップ・アンド・スキャン方式、もしくはステップ・アンド・リピート方式の露光装置。
【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】
上記課題を解決するため、本発明の露光方法は、レチクル上に形成された回路パターンをウエハなどの基板上に転写する露光装置において、少なくともレチクルデバイスパターンが形成してある面の反対側の面の露光光線有効領域に反射防止膜を施したことを特徴とする。
【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、
【外２】
2005031287.tif 000003
【００２７】
となる。
【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＝１５ｍｍ、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
【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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