JPH11507146A - リソグラフィ走査露光投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 リソグラフィ走査露光投影装置は、放射パルスを発生する放射源（１）と、レンズ系（３，７）と、基板（９）上に結像されるマスク（５）と、放射源（１）の出射窓（２）の像を基板（９）に対してある走査速度で走査する走査手段（１０）とを具える。コントローラ（１３）は放射パルスのエネルギー及び走査速度の両方を基板に対する必要な露光量及び放射パルスの繰り返しレートに応じて制御する。このコントローラにより、この装置における基板のスループット及び基板に対する最小不均一露光量をを最大にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 リソグラフィ走査露光投影装置 本発明は、リソグラフィ走査露光投影装置、特に半導体デバイス、液晶デバイ ス又は磁気ヘッドのようなマイクロデバイスの製造のための露光装置であって、 放射パルスの走査ビームにより放射感知層を露光する装置に関するものである。 また、本発明は、放射パルスの走査ビームにより放射感知層を露光する方法に関 するものである。 光走査リソグラフィ装置において、エキシマレーザのようなパルス型の放射源 によりスリット形状の露光視野内の放射感知層が露光されている。露光視野に対 して感知層を走査方向に移動させることにより、この放射感知層は、重り合う露 光視野の一連の順次のパルスにより照射される。層の一点に入射する照射パルス 数は、露光視野の重り合う程度に依存する。例えば、２０個のパルス後露光視野 が走査方向にその幅に等しい距離だけ移動すると、層上の点は２０回の照射を受 けることになる。一方、層が配置されているテーブルのアクチュエータの公差及 び放射パルスのタイミングの不正確さにより、層と露光視野との間の相対速度が 、２個のパルス間における２０番目の幅の移動に対して必要な速度に正確に等し くならなくなってしまう。つまり、隣接する瞬時露光視野の正確な整列性に偏移 が生じてしまう。層のある点は、その点の位置及びオーバラップの程度に応じて １９番目、２０番目又は２１番目の放射パルスに受光することになる。このいわ ゆるバンド形（Danding type）の不均一性は、順次の露光視野が適切に並置しな い位置の放射感知層上にバンド形状の不均一な露光量の区域として現われる。例 えば放射源の出射窓の形態の絞りのような鮮明に結像されたスリット形状の瞬時 視野絞りの場合、この不均一性は各照射パルスのスリット縁部の位置における露 光の不連続な形態となる。露光におけるバンド形の不均一性はパルス対パルスの 変動のない場合に存在する。従って、層に対する露光量の制御は、走査方向の露 光の不均一性の制御と密接に関係する。 Proceeding of the ＳＰＩＥ、Volume９２２（１９８８）第４３７〜４４３頁 に記載されている文献「Exposure Dose Control Techniques for Excimer laser Lithography」D．H．Tracy and F．Y．Wu 著には、リソグラフィ走査露光投影 装置が記載されている。この投影装置は、放射パルスの十分に高い繰り返しレー トを用いることにより露光の不連続性を軽減しており、放射感知層の照射位置当 りのパルス数は１００回程度にしている。この位置当りのパルス数は、放射から 発生する繰り返しレートが制限されているため、基板の走査速度が比較的遅くな る欠点がある。走査速度が遅いことにより、この装置による基板のスループット が低下し、基板当りのコストが増大してしまう。 本発明の目的は、装置のスループットを高く維持しながらバンド形の不均一性 を軽減することにある。 この目的は、出射窓を有し、この出射窓に予め定めた繰り返し速度でほぼ等し いエネルギーの放射パルスを供給して放射感知層を有する基板を予め定めた露光 量で照射する放射源と、前記出射窓を放射感知層上に結像する結像光学系と、前 記出射窓の像と基板とを互いに走査方向の走査速度で走査する走査手段と、前記 放射源及び走査手段と関連し、前記露光量及び繰り返し速度に応じて前記放射パ ルスのエネルギー及び走査速度を制御するコントローラとを具える走査露光装置 により達成される。 この装置の最大スループットは放射源の繰り返しレート及び放射パルス当りの 最大エネルギーにより決定される。一旦、エキシマレーザのような放射源が最大 出力パワーに調整されると、繰り返しレートは同一の出力パワーを維持しながら 意のままに変化することができない。この理由は、このレーザのレーザ条件がこ のパラメータについて相対的に臨界状態にあるからである。しばしば繰り返しレ ートは水晶により制御される。従って、本発明による装置はパルスエネルギー及 び走査速度を適切に制御し、放射感知層に対する必要な露光量はできるだけ短時 間に予め定めた最大値以下に維持される不均一な露光量に設定される。各放射パ ルスのエネルギーは、露光の不均一性を回避するため特定の基板の走査露光中に ほぼ等しくする。異なる基板については、基板上の放射感知層の特性に応じてエ ネルギーを相異させることができる。 放射感知層を露光するパルス数を制御する好適実施例においては、パルスのエ ネルギー及び走査速度は従属する請求項に規定される。 以下に後述する実施例に基づき本発明を詳細に説明する。 図１は本発明によるリソグラフィ走査投影装置の実施例を示す。 図２は基板上の強度分布を示す。 図１は本発明によるリソグラフィ走査投影装置を線図的に示す。この装置は、 放出パルスを出射窓２に放出する例えばエキシマレーザのような放射源１を具え る。出射窓は、例えば欧州特許出願ダイオード０６５８８１０号に図示されてい る水晶ロッドのような光積分器の出射面とすることができる。この積分器は出射 窓全体に一様な強度分布を与える。出射窓は、好ましくは伸長形状とする。３個 のレンズ３’、３’’及び３’’’を含むように図示した結像光学系３は出射窓 ２をパターンを有するマスクすなわちレチクル５の表面４に結像する。例えば線 型アクチュエータのような第１の走査手段６は、表面４に形成されているパター ン全体が照明されるようにマスク５を出射窓に対して走査する。或いは、マスク ５を静止させて出射窓２を走査することができる。マスク上の出射窓の像の長手 方向は走査方向、すなわち放射パルスで露光される期間中に走査手段６がマスク ５を変位させる方向と直交する。符号１〜６の素子は走査スリット露光装置を構 成する。 図面上単一の素子として線図的に表示した投影レンズ系７はマスク４の照明さ れた部分を基板９上に形成した放射感知層８上に結像する。基板は半導体ウエハ とすることができる。投影レンズ系７は、好ましくは１／４の倍率を有する。基 板９は投影レンズ系７の倍率を考慮してマスク５の走査と同期して第２の走査手 段１０により走査され、基板の移動はマスクの移動と同一方向又は反対方向とす る。マスクと基板の結合された走査は、走査方向に変位した一連の像が基板上に 形成されるように行い、この像はマスク５の表面４に形成されたパターンのスリ ット状部分となる。用いることができる走査シーケンスは、１９８６年５月に発 行された雑誌「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌの第 １３７〜１４２頁に記載されている文献「Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ １：１ Ｏｐｔ ｉｃａｌ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」 Ｄ．Ａ．Ｍａｒｃｌｅ著に記載されてい る。この装置の光路は露光装置のミラー１１により曲げることができる。 コントローラ１３は、放射源１、第１の走査手段６及び第２の走査手段１０を 制御する。コントローラはマイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ、ア ナログ信号プロセッサ、ディジタル論理回路又はニューラルネットワークで構成 することができる。このコントローラは、第１の入力パラメータとして放射感知 層８に照射すべき必要な露光量Ｄを有する。この露光量は層の材料の特性及び照 射に用いられる波長に依存する。第２の入力パラメータは放射パルスの繰り返し 速度ｆであり、その値は一般的にエキシマレーザのような放射源について固定さ れている。第３の入力パラメータは放射感知層８上に入射する放射パルス当たり の最大エネルギーＥ（ｍａｘ）であり、これは持続動作モードの放射源から供給 される。Ｅ（ｍａｘ）の値は用いられる特定の放射源及び放射源と層との間の光 学系の透過率により決定される。コントローラは出力信号としてエネルギーを制 御する信号及び走査速度を制御する信号を有する。 エネルギー及び走査速度の決定に際し、コントローラは、この層の最適露光量 Ｄ、用いることができるエネルギーＥ（ｍａｘ）及び層上の露光視野のおおきさ に依存する特定の層８の点の露光に必要なパルス数を必要とする。従って、コン トローラ１３は、以下の式に基づき露光されるべき放射感知層８上の点の放射パ ルス数を決定する。 Ｎ₁＝Ｄ・Ｗ・Ｈ／Ｅ（ｍａｘ） ここで、Ｗは露光視野、すなわち層８上の出射窓２の像の走査方向における幅で あり、Ｈはこの視野の走査方向と直交する方向の高さである。 必要なパルス数が整数の場合、バンド形（banding type）の不均一性は最小な る。残りの不均一性は、隣接する瞬時露光視野の上述した不正確な重り合いに少 なくとも部分的に起因する。後述するように、多くの露光装置は不正確な重り合 いの効果を除去するための手段を講じている。最終的な重り合いの公差は、層８ の点の露光に必要なパルス数に対する公差に対して影響する。つまり、パルス数 は、好ましくはＮ−ｄＮ（ｍａｘ）からＮ＋ｄＮ（ｍａｘ）の範囲とし、ここで Ｎは整数であり、ｄＮ（ｍａｘ）はパルス数の公差である。公差の値は特に出射 窓２の形状に依存し、これについて、後述する。 必要な露光量から取り出された値Ｎ₁は一般に整数ではない。本発明では、露 光中に実際に用いられるパルス数は以下のようにして取り出す。 第１のケースにおいて、値Ｎ₁と最も近い整数Ｎ₂との間の差が公差ｄＮ（ｍａ ｘ）以下の場合、パルス数Ｎ₃はＮ₂ｄＮ（ｍａｘ）からＮ₂＋ｄＮ（ｍａｘ）ま での範囲内に選択する。この差は絶対値として理解される。この場合、不均一性 は受入れられることになる。値Ｎ₃が好ましくＮ₂にできるだけ接近している。こ の第１のケースにおいて、コントローラ１３は、放射パルスが最大エネルギーＥ （ｍａｘ）に等しいエネルギーＥを有するように放射源を制御する。基板の走査 速度ｖは以下のように設定する。 ｖ＝Ｗ・ｆ／Ｎ₃ マスクの速度は対応するように適合される。 第２のケースにおいて、Ｎ₁の値は整数からｄＮ（ｍａｘ）以上に偏移する。 この場合層８上の点を照射する放射パルス数Ｎ₃はＮ₁以上の最も近い整数Ｎ₁に 接近するようにとる。必要とされる量の均一性を達成するため、パルス数Ｎ₃は 、好ましくはＮ₂′−ｄＮ（ｍａｘ）からＮ₂′＋ｄＮ（ｍａｘ）の範囲内に存在 する。Ｎ₃の値は、好ましくはＮ₂′にできるだけ接近させて最小量の不均一性を 得る。 第２のケースにおいて必要な露光量を照射するため、コントローラ１３は、そ れぞれ以下の値に等しいエネルギーＥを有する放射パルスを発生するように放射 源を制御する。 Ｅ＝Ｅ（ｍａｘ）・Ｎ₁／Ｎ₃ このエネルギー減衰は、例えば放射源１のエキシマレーザの励起電圧を制御する ことにより又はレーザと出射窓２との間の放射源内に配置した減衰器を制御する ことにより行なうことができる。この減衰器の取り得る実施例は、６個の異なる エネルギー量制御手段を示す米国特許第５１１９３９０号に記載されている。基 板の走査速度ｖは以下のように制御する。 ｖ＝Ｗ・ｆ／Ｎ₃ 露光視野が層８上の点を通過する時間内でこの点により受光される放射パルス数 は整数に等しくなる。 正しいパルスを選択した後の層８上に残りのバンド形の不均一性は、特に隣接 する瞬時露光視野の不正確な重り合いに起因する。これらの不均一性は、例えば 光路中に散乱素子を挿入することにより又は出射窓２をデフォーカスにすること により軽減することができる。 散乱素子１２は、出射窓２とマスク５との間の放射パルスの光路中に、好まし くは結像光学系３の瞳に配置する。 この散乱素子は、層８上の隣接する瞬時露光視野の重り合いの公差を軽減する 。散乱素子１２は、出射窓の像を、好ましくは走査方向においてだけボケさせる 。マスク５の走査方向を紙面内に設定した場合、散乱素子１２は紙面内において ボケを発生させる。散乱素子を用いる代りに、表面４上の出射窓の像をわずかに デフォーカスにすることによりボケを発生させることができる。 第１のケースと第２のケースとの間においてコントローラ１３により行なわれ るる選択は、公差ｄＮ（ｍａｘ）の値に依存する。出射率の形状並びに結像光学 系及び投影レンズ７の結像性能が既知の場合、層８の点の放射パルスの数の関数 としての露光量の不均一性ｄＤは計算することができる。この結果に基いて、パ ルス数の公差と最終的な露光量の不均一性ｄＤとの間の関係を得ることができる 。不均一性ｄＤは、この装置を用いて行なわれる製造プロセスに必要な予め定め た最大値ｄＤ（ｍａｘ）以下に維持する必要がある。パルス数に対する公差の対 応する値はｄＮ（ｍａｘ）となる。 走査方向における露光視野の強度分布は、例えば出射窓２をデフォーカスにす ることにより得られるようなほぼ台形となる。公差ｄＮ（ｍａｘ）と必要な最大 の不均一性との間の関係は、 ｄＮ（ｍａｘ）＝ｄＤ（ｍａｘ）・ｄ・Ｎ²／（Ｄ・Ｗ） ここで、ｄは台形の側辺の幅であり、Ｗは層８上の出射窓の幅、すなわち図２に 示す強度分布が半分になる位置の幅である。全体の分布の全幅はＷｔｄに等しく なる。この露光量の不均一性ｄＤは、露光量のピーク対ピーク変化として規定さ れる。パラメータＮは、幅Ｗの矩形の強度分布を有する走査される出射窓の像が 通過する期間中に層８の一点に入射するパルス数である。Ｎの値は、ｄＮ（ｍａ ｘ）の計算に対してＮ₁とすることができる。 縁部の露光量が台形分布として線形にならず、例えばコサイン又は誤差関数の ように一層滑らかな場合、バンド形の不均一性は一層小さく、従って所定ｄＮ（ ｍａｘ）に対するｄＮ（ｍａｘ）の値は台形分布の場合よりも大きくなる。コサ イン形状の縁部強度の場合のｄＮ（ｍａｘ）の関数としてのｄＮ（ｍａｘ）の値 は、 ｄＮ（ｍａｘ）＝ｄＤ（ｍａｘ）１．７ｄ²・Ｎ³／（Ｄ・Ｗ²） ここで、ｄは強度分布の側部の幅であり、この側部はコサイン関数の半周期の形 状を有している。誤差関数形状を有する縁部強度の関係は、 ｄＮ（ｍａｘ）＝ｄＤ（ｍａｘ）１２．５Ｎ²／Ｄ 一例として、像の縁部の幅は像の幅Ｗの０．２倍、すなわちｄ／Ｗ＝０．２とし 、必要な最大値に対する不均一な露光量ｄＤ（ｍａｘ）／Ｄを０．００１とし、 パルス数Ｎを１５とする。この場合、線形な縁部強度の場合のｄＮ（ｍａｘ）の 値は０．０５に等しくなる。コサイン形状の縁部強度の場合ｄＮ（ｍａｘ）は０ ．２に等しく、誤差関数形状の縁部強度の場合ｄＮ（ｍａｘ）は２．８に等しく なる。０．５以上のｄＮ（ｍａｘ）の値はパルス数と最も近い整数との間の最大 の取り得る差であり、この値は少なくともＮ−０．５からＮ＋０．５の範囲の全 てのＮの値が上記０．００１の値の場合よりも一層良好な相対的均一性を保証す ることを示している。この場合、必要な露光量の均一性を得るためＮの値をこれ 以上整数に近づける必要はない。 表１は、以下のパラメータの組み、Ｗ＝０．８ｃｍ、Ｈ＝２．６ｃｍ、ｄ＝０ ．２ｃｍ、Ｅ（ｍａｘ）＝１．５ｍＪ、ｄＮ（ｍａｘ）＝０．２、及びｆ＝１０ ００Ｈｚを用いて一連の必要な露光量Ｄについてのコントローラ１３の動作の一 例を示す。台形強度分布の場合、ｄＮ（ｍａｘ）＝０．２は、ｄＤ（ｍａｘ）／ Ｄ＝０．１％の最大不均一性に対応する。上記第１及び第２のケースは、ケース １及びケース２としてそれぞれ示す。第１のケースにおいて、Ｎ₃の値はＮ₁に等 しくとり、第２のケースにおいてＮ₃の値はＮ₂に等しくとった。 本発明に基いて動作するコントローラ１３は、放射感知層８に最大量の放射を 供給すると共に、以下の露光量の不均一性を最大許容値に以下に維持することが できる。このようにして、本装置において基板の最大スループトレートが得られ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．出射窓を有し、この出射窓に予め定めた繰り返し速度でほぼ等しいエネルギ ーの放射パルスを供給して放射感知層を有する基板を予め定めた露光量で照射す る放射源と、前記出射窓を放射感知層上に結像する結像光学系と、前記出射窓の 像と基板とを互いに走査方向の走査速度で走査する走査手段と、前記放射源及び 走査手段と関連し、前記露光量及び繰り返し速度に応じて前記放射パルスのエネ ルギー及び走査速度を制御するコントローラとを具える走査露光装置。 ２．Ｄを予め定めた露光量とし、Ｗを出射窓の像の走査方向の幅とし、Ｈを出射 窓の像の走査方向と直交するする方向の高さとし、Ｅ（ｍａｘ）を放射パルス当 たりの利用できる最大エネルギーとした場合に、前記コントローラが数Ｎ₁を、 Ｎ₁＝（Ｄ・Ｗ・Ｈ）／Ｅ（ｍａｘ） となるように決定すると共に、Ｎ₂をＮ₁に最も近い整数とした場合に放射感知 層の点を照射する放射パルスの数Ｎ₃が、 Ｎ₂−ｄＮ（ｍａｘ）からＮ₂＋ｄＮ（ｍａｘ） の範囲内にあり、第１のケースにおいて、Ｎ₁の値とＮ₂の値との間の差がｄＮ （ｍａｘ）に等しいか又はそれ以下、或いは、Ｎ₂’をＮ₁の値の最も近い整数と した場合に、 Ｎ₂’−ｄＮ（ｍａｘ）からＮ₂’＋ｄＮ（ｍａｘ）の範囲内にあり、第 ２のケースにおいて、ｄＮ（ｍａｘ）を放射感知層に対する予め定めた最大露光 量の不均一量により決定される公差値とした場合に、Ｎ₁の値とＮ₂の値との間の 差がｄＮ（ｍａｘ）以上となるように決定するように作動的に接続される請求項 １に記載のリソグラフィ走査投影装置。 ３．請求項２に記載のリソグラフィ走査投影装置において、前記第１のケースに おいて、放射パルスのエネルギーが減衰せず、前記第２のケースにおいて放射パ ルスのエネルギーがＮ₃を超えるＮ₁にほぼ等しい因子だけ減衰させるリソグラフ ィ走査投影装置。 ４．請求項２に記載のリソグラフィ走査投影装置において、ｆをパルスの繰り返 しレートとした場合に、前記走査速度を、 ｖ＝Ｗ・ｆ／Ｎ₃ にほぼ等しくしたリソグラフィ走査投影装置。 ５．予め定めた繰り返しレートにおいてほぼ等しいエネルギーを有する放射パル スにより露光中に走査方向のある走査速度で放射感知層を放射分布強度で走査す ることにより予め定めた露光量で放射感知層を照射するに当たり、露光量及び繰 り返しレートに応じて放射パルスのエネルギーを制御する工程を含む放射感知層 の照射方法。 ６．請求項５に記載の方法において、Ｄを予め定めた露光量とし、Ｗを出射窓の 像の走査方向の幅とし、Ｈを出射窓の像の走査方向と直交するする方向の高さと し、Ｅ（ｍａｘ）を放射パルス当たりの利用できる最大エネルギーとした場合に 、数Ｎ₁を、 Ｎ₁＝（Ｄ・Ｗ・Ｈ）／Ｅ（ｍａｘ） となるように決定し、公差値ｄＮ（ｍａｘ）を前記放射感知層の予め定めた最 大の露光不均一量により決定し、Ｎ₂をＮ₁に最も近い整数とした場合に放射感知 層の点を照射する放射パルスの数Ｎ₃が、 Ｎ₂−ｄＮ（ｍａｘ）からＮ₂＋ｄＮ（ｍａｘ） の範囲内にあり、第１のケースにおいて、Ｎ₁の値とＮ₂の値との間の差がｄＮ （ｍａｘ）に等しいか又はそれ以下、或いは、Ｎ₂’をＮ₁の値の最も近い整数と した場合に、 Ｎ₂’−ｄＮ（ｍａｘ）からＮ₂’＋ｄＮ（ｍａｘ）の範囲内にあり、第 ２のケースにおいて、ｄＮ（ｍａｘ）を放射感知層に対する予め定めた最大露光 量の不均一量により決定される公差値とした場合に、Ｎ₁の値とＮ₂の値との間の 差がｄＮ（ｍａｘ）以上となるように決定する方法。 ７．請求項６に記載のリソグラフィ走査投影装置において、前記第１のケースに おいて、放射パルスのエネルギーが減衰せず、前記第２のケースにおいて放射パ ルスのエネルギーがＮ₃を超えるＮ₁にほぼ等しい因子だけ減衰させるリソグラフ ィ走査投影装置。 ８．請求項６に記載のリソグラフィ走査投影装置において、ｆをパルスの繰り返 しレートとした場合に、前記走査速度を、 ｖ＝Ｗ・ｆ／Ｎ₃ にほぼ等しくしたリソグラフィ走査投影装置。