JPH0580811B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する分野］ 本発明は、大規模集積回路等の微細パターンを
半導体基板等の上にレーザ等のビームを用いて描
画露光するための走査型描画装置に関する。

［従来技術］ 半導体素子の集積化と同時に、回路パターンの
微細化は年々進み、これに対応するために、縮小
投影露光装置の投影レンズもどんどん開口数の明
るい、従つて高解像のものが開発されている。さ
らに最近では、露光波長の短波長化による高解像
化をねらつたエキシマレーザによる露光等も研究
されており、これによれば0.3μmの線も光で焼付
可能とさえ言われている。ところが、このような
微細パターンの光リソグラフイにおける問題は、
投影光学系の解像力だけではない。

一般に半導体基板としてのウエハ面上にLSI等
の回路パターンをリソグラフイにより形成してい
く場合、ウエハ面に各種の回路パターンを何回も
繰り返し重ねて露光し、食刻していく方法が採ら
れる。この際の前工程のパターンとの位置合せ精
度は、焼付線幅の1/5程度の精度が必要と言われ、
従つてパターンの微細化が進めば進むほどそれに
比例して位置合せも難しくなる。

通常の投影露光装置ではこの位置合せ精度に直
接影響するのが投影レンズのデイストーシヨンで
あり、例えば0.3μmの線幅を焼付けようとする場
合の必要位置合せ精度である0.06μm以下にデス
トーシヨンをおさえることはなかなか容易なこと
ではない。

その他にも、ウエハのそり、前工程の段差上に
塗付されたレジストの影響等、位置合せを狂わす
要因は多々あり、前述のような超微細パターンの
焼付においては、位置合せの問題は最も深刻な問
題となる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、前述のような問題点を除去して、超
高精度で位置合せを行ないながら、超微細パター
ンを形成する装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、前記超微細パター
ンにさまざまな変更を加えて描画することを可能
とすることである。

上記の目的を達成するため本発明では、感光性
基板上でビームを走査し、描画すべきパターンの
データに基づいて前記ビームの強度を変調するこ
とにより前記感光性基板上に前記パターンを描画
する走査型描画装置において、前記感光性基板上
に既に形成されているパターンの位置を検出する
検出手段と、該検出手段による検出に基づいて、
前記既に形成されているパターンに対するずれ量
が最小になるよう前記描画すべきパターンのデー
タの座標を変換する手段とを有することを特徴と
する。

［作用］ 上記構成によれば、既に形成されているパター
ンの位置を検出し、その検出結果に基づいて描画
すべきパターンのデータの座標を変換するように
したため、超微細パターンを高精度に形成するこ
とができる。また、このような超微細パターンに
所望の変更を加えて描画することができる。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係るレーザ走査
型描画措置の構成を示す。同図において、１は
441.6mmの波長の連続光を出すHe−Cdレーザ発振
器、２はシヤツタ、３はビームエクスパンダ、４
と６はそれぞれＸ，Ｙ方向のスキヤニングミラー
で、図中の矢印のついた軸を中心に回転する。ま
た５は凸レンズで、スキヤニングミラー４と６と
を光学的に共役関係としている。７は高解像力を
得るための高NA（開口数）のｆ−θレンズで、
その前側焦点位置はスキヤニングミラー６に一致
している。８はレーザビームの径を変化させるた
めの可変アパーチヤ、９は偏光ビームスプリツタ
である。１０は中央部は遮光し、周辺部は透過性
のストツパ、１１は集光レンズ、１２は光デイテ
クタ、１３は描画露光しよとする半導体のウエ
ハ、１４はそれをのせているステージである。１
５は装置全体の動作を制御するためのコンピユー
タで、シヤツタ２ないしステージ１４等の各部は
インターフエイスを介してこのコンピユータに接
続されている。また、１６は低反射率のハーフミ
ラー、１７はレーザ発生器１から出射されるレー
ザ光量を検出するための光デイテクタである。

第２図はウエハ１３上に設ける複数のキーパタ
ーンＫ１〜Ｋ９の位置の例で、第３図は第２図の
各キーパターンにおける段差構造の端部散乱光検
出の説明図である。

前述のようにウエハ面上にLSI等の回路を形成
していく場合、一般に各種のパターンを何回もく
り返して露光し食刻していくので、２回目以降の
露光では、前工程の段差構造の上に感光性樹脂の
フオトレジストが塗布されたものの上に露光する
ことになる。この段差構造のうち例えば第２図の
ような位置の９点にキーパターンＫ１〜Ｋ９を設
定する。このキーパターンは実際の素子パターン
の中から適当に選んでも良いし、あるいは予めキ
ーパターン専用の段差構造を作つておいても良
い。後者の場合、所望位置に所望形状のキーパタ
ーンを形成することができるため、キーパターン
に使われた基板上の領域は無駄になるが、段差構
造の形状を最適化でき、また後述のように各工程
において位置を一定化できるので、補正計算ソフ
トの負荷を軽減できるという利点がある。また、
第２図における外枠は１回のビーム走査範囲の単
位であり、ｆ−θレンズ７の性能をウエハサイズ
との兼ね合いで、ウエハ全面をカバーすることも
あれば、ウエハを何分割かした１部分だけになる
こともある。

このようにキーパターンを何か所か設けた後、
まず、これらのキーパターン位置の計測を行な
う。そのためには、可変アパーチヤー８を絞つて
レーザ１を発振させると、レーザ１を出射したビ
ームは、ビームスプリツタ１３を透過し、シヤツ
タ２、ビームエクスパンダ３、可変アパーチヤ
８、偏光ビームスプリツタ９、スキヤニングミラ
ー４、凸レンズ５、スキヤニングミラー６および
ｆ−θレンズ７の光学系を順次通つてウエハ１３
上を走査される。He−Cdレーザ発振器１からの
出射光は直線偏光であるが、その偏光方向は偏光
ビームスプリツタ９を通るようにしておく。偏光
方向が合わないときは波長板（不図示）を入れて
そろえる。また、シヤツタ２は開放しておく。

ここでは、前述のように凸レンズ５によつてス
キヤニングミラー４と６は光学的に共役関係にあ
るため、ミラー４によつてビームがスキヤンされ
てもミラー６におけるビームの反射位置は変化し
ない。また、スキヤニングミラー４，６としてポ
リゴンミラーを使用すれば高速度の走査が可能で
ある。このスキヤニングミラーないしポゴンミラ
ーの回転を等速で行なえば、ミラー６は前述のよ
うにｆ−θレンズ７の前側焦点面にあるので、ｆ
−θレンズ７の作用によりウエハ面１３上での走
査は等速かつテレセントリツクに行なわれる。

ウエハ面１３上に照射されたビームは基板ない
し段差構造の上部に当つたときはそのまま反射さ
れるだけであるが（第３図，）、段差構造端
部に当つたときは散乱される（第３図）。散乱
される光とされない光，との両者は来たと
きと同じ光路を戻るが、ウエハ１３で反射するこ
とにより位相が90°ずれているので、偏光ビーム
スプリツタ９で反射されて、ストツパ１０、集光
レンズ１１および光デイテクタ１２の検出光学系
に入射する。ここではストツパ１０の作用で散乱
光だけがデイテクタ１２に入射するようになつて
おり、散乱光のみを検出する。その時の走査ビー
ムのウエハ１３上の位置の計測は、走査が等速で
行なわれていることを利用して時間計測により行
なうか、あるいはスキヤンニングミラー４，６の
回転角を計測することにより行なう。また、キー
パターンと通常のパターンの段差構造とはその位
置（第２図のＫ１〜Ｋ９）で区別するか、キーパ
ターンを特徴的な形状にしておくことで区別する
か、あるいはその両方で区別する。

このようにしてキーパターンＫ１〜Ｋ９の位置
を計測した後、これから描画露光しようとするパ
ターンのキーパターンに重なるべき部分（これを
前述のように次工程のキーパターンにして、キー
パターンの位置が一定となるようにしておくと、
補正計算ソフトの負荷を軽減できる）と、キーパ
ターンとのずれ量が最小になるよう最小自乗法等
の手法によつて前記描画露光しようとするパター
ンのデータをコンピユータ１５により座標変換
し、変形させる。その変形されたデータに基づい
てビーム走査させながらシヤツタ２を開閉するこ
とによつてパターンの描画露光を行なう。これも
コンピユータ１５により制御される。この場合の
ビーム走査方法は、パターンの形状にかかわらず
露光面全面を平行線状に走査するいわゆるラスタ
走査によつても、あるいはパターンのある部分だ
けにビーム描画を行なういわゆるベクタ走査によ
つてもよい。

この描画露光の際、露光量を制御するためにハ
ーフミラー１６でレーザ光束を一部光量デイテク
タ１７に取り込み、レーザ１の出力変化をモニタ
している。この情報からレーザ１の出力をNDフ
イルタや音響光学素子等を光路中に配置する等、
公知の方法を用いて安定化させるか、光強度の変
化に応じて（強度に反比例して）ビームの走査速
度を制御することによつて露光量を安定させる。

また、この装置においては、描画パターンのデ
ータをソフト処理しているので、プログラムさえ
つけ加えれば、パターンの一部変更、感光性樹脂
のネガ・ポジに応じたパターンのネガ・ポジ反
転、および前記キーパターンの自動作成等様々な
変更も容易に行なうことが出来る。

［実施例の変形］ なお、本発明は上述の実施例に限定されること
なく適宜変形して実施することができる。例え
ば、前述のキーパターンの位置計測を感光性樹脂
の塗布の前に行なえば、散乱光が非対称になるな
どの感光性樹脂によるキーパターン位置計測誤差
を除去することができ、また多層レジスト等の露
光光吸収性の樹脂も使用することができる。この
場合、多層レジストの導入により、より高度の微
細化が見込まれる。但し、この場合は、ウエハ１
３の基準位置合わせをできるだけ厳密に行なう必
要がある。さらに、この場合、ウエハ１３上方に
感光性樹脂塗布装置を設けてウエハ１３をステー
ジにのせたままで感光性樹脂を塗布するようにす
れば、前述の基準位置合わせの必要もなくなる。

また、高NAf−θレンズの代わりに低NAのｆ
−θレンズと両テレセントリツクな縮小投影レン
ズを使用してもよい。低NAf−θレンズは高NA
のものに比べて設計、製作とも容易であり、ま
た、縮小投影レンズは現在ステツパ用に広く使わ
れているものを使用することができるので、生産
技術等も確立しているおり、これも比較的容易に
得られるので都合が良い。

また、光路中に描画点との共役点を設け、そこ
にサイズ、形状の可変なアパーチヤを設ければ描
画ビームスポツトのサイズ、形状を制御できるの
で、前述のラスタ走査のときもそうであるが特に
前述のベクタ走査描画のときに描画時間短縮の効
果がある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に従えば超微細パ
ターンを超高精度の位置合わせを行ないながら作
成することができる。

また、本発明に従えばパターンに様々な変更を
加えることや、位置合わせにおける感光性樹脂の
影響を除去すること等ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るレーザ走査
型描画装置の概略の構成図、第２図は、第１図の
装置において用いられるキーパターンの配置例を
示す図、第３図は、ウエハ上に形成されたキーパ
ターンの段差構造の端部散乱光検出の説明図であ
る。 １……He−Cdレーザ、２……シヤツタ、３…
…ビームエクスパンダ、４……スキヤニングミラ
ーＸ、５……凸レンズ、６……スキヤニングミラ
ーＹ、７……高NAf−θレンズ、８……可変ア
パーチヤ、９……偏光ビームスプリツタ、１０…
…ストツパ、１１……集光レンズ、１２……光デ
イテクタ、１３……ウエハ、１４……ステージ、
１５……コンピユータ、１６……ハーフミラー、
１７……光デイテクタ、Ｋ１〜Ｋ９……キーパタ
ーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 感光性基板上でビームを走査し、描画すべき
   パターンのデータに基づいて前記ビームの強度を
   変調することにより前記感光性基板上に前記パタ
   ーンを描画する走査型描画装置において、前記感
   光性基板上に既に形成荒れているパターンの位置
   を検出する検出手段と、該検出手段による検出に
   基づいて、前記既に形成されているパターンに対
   するずれ量が最小になるよう前記描画すべきパタ
   ーンのデータの座標を変換する手段とを有するこ
   とを特徴とする走査型描画装置。 ２ 前記検出手段が前記感光性基板上の複数のキ
   ーパターンの位置を光学的に計測する手段を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   走査型描画装置。 ３ 前記キーパターンが段差構造をしていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の走査型
   描画装置。 ４ 前記光学的計測手段は前記段差構造の端部か
   らの散乱光を検出することを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の走査型描画装置。 ５ 前記光学的計測手段のビームと前記描画用の
   ビームとが共通の光路を備えることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の走査型描画装置。 ６ 前記描画用のビームと前記光学的計測手段の
   ビームとが共通のレーザから供給されることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の走査型描画
   装置。 ７ 前記ビームの光路中に、ビームサイズを変え
   るための可変アパチヤーを設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の走査型描画装置。