JP2001135562A

JP2001135562A - リソグラフィ装置

Info

Publication number: JP2001135562A
Application number: JP31473999A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Watabe; 成夫渡部; Akira Miyake; 亮三宅; Akira Koide; 晃小出; Akiomi Kono; 顕臣河野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、複数のパターンをウェハ上に重ねて露光
記録する場合、複数のマスクやレチクルを取替えながら
位置決めして露光している。そのため、パターンの重ね
合わせ精度によって歩留まりが低下し露光記録のスルー
プットも低下している。【解決手段】複数枚に分けて描画したレチクルまたはマ
スクに替えて、各レチクルまたはマスクに描画したパタ
ーンと同等の明暗パターンを表示する反射型空間光変調
素子を１個または複数個配置し、この反射型空間光変調
素子の選択反射する表面にリソグラフィ装置の光源から
光を照明レンズで照射すると共に、照射光の開口数を反
射型空間光変調素子に対する投影レンズの開口数を一致
させ、さらに、反射型空間光変調素子が表示する明暗パ
ターンの時間的な変化を、シリコンウェハ上のパターン
と投影レンズの共役比についてシリコンウェハの動きに
同期させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ上に
微細なパターンを形成するために、光パターンを投影す
るリソグラフィ装置に係り、特に、シリコンウェハ上に
投影されたパターンサイズが１ミクロンから数ミクロン
のバルク・マイクロマシニングに適用する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェハ上に投影するパターンと
シリコンウェハ上に露光記録されたパターンの比が１:
１〜５:１である、バルク・マイクロマシニングで使用
されるリソグラフィ装置としては、例えば、月刊Semico
nductor World 第14巻第２号(株式会社プレスジャー
ナル、平成７年１月２０日発行)ｐ．１３６「図２プロ
キシミティ露光方法」や、光学第21巻第10号(社団法人
応用物理学会分科会日本光学会、1994年10月10日発行)
p.610 「図１円弧スリット走査による等倍２枚鏡系の露
光」で説明されている装置がある。

【０００３】これらはいずれも、別の装置で作成したシ
リコンウェハ上に投影するパターンを描画したレチクル
またはマスクを、シリコンウェハ直上に設置したり、投
影レンズについてシリコンウェハと共役な位置に設置し
て、両者をその共役比に応じて移動させながらレチクル
またはマスクのパターンをシリコンウェハ上に投影して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術によるリソグラフィ装置を使ってシリコンウェハ上
に複雑なパターンを露光記録するときには、複数枚に分
けて描画したレチクルまたはマスクを取り替えながら順
次投影する必要があった。

【０００５】このレチクルまたはマスクの枚数は十数枚
を越えることがあり、シリコンウェハ上に露光記録され
たこれらのパターンの重ね合わせを正確にするために
は、全てのレチクルまたはマスクとシリコンウェハの相
対位置決め精度はサブミクロンを維持しなくてはならな
かった。

【０００６】そのため、露光記録スループットを高くす
ることが難しく、スループットを高くしようとすると、
露光記録されたシリコンウェハの完成品歩留まりを高く
することが難しいという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、露光記録のスループット
を高くし、露光記録されたシリコンウェハの完成品歩留
まりを高くできるリソグラフィ装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題は、シリコンウ
ェハ上に複雑なパターンを露光記録するときに、複数枚
に分けて描画したレチクル用いること、または、マスク
を取り替えながら順次投影するために発生することは明
白である。

【０００９】そこで、本発明では、この複数枚に分けて
描画したレチクルまたはマスクに替えて、各レチクルま
たはマスクに描画したパターンと同等の明暗パターンを
表示する反射型空間光変調素子を１個または複数個配置
する構成とした。

【００１０】また、この反射型空間光変調素子の選択反
射する表面に、従来のリソグラフィ装置が備えていたも
のと同じ光源からの光を照明レンズで照射すると共に、
この照射光の開口数を、反射型空間光変調素子に対する
投影レンズの開口数を略同じにした。

【００１１】さらに、反射型空間光変調素子が表示する
明暗パターンの時間的な変化は、シリコンウェハ上のパ
ターンと投影レンズの共役比についてシリコンウェハの
動きに同期させるようにした。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の１実施例であ
り、本発明を適用したシステムを構成する主要な要素と
その位置関係および信号伝達関係を示している。

【００１３】シリコンウェハ１３は、その法線が投影レ
ンズ１２の光軸と平行になるように、ステージ１４上に
固定される。ステージ１４は、投影レンズ１２の(図示
しない)光軸がシリコンウェハ１３の中心を通るように
微動調整かつ固定する機能を備えている。また、反射型
空間光変調素子１が変調した光の分布パターンが移動す
る方向(矢印６０１)に、速度一定の条件で移動する機能
と、反射型空間光変調素子１が変調した光の分布パター
ンが移動する方向に直角な方向(矢印６０２)に一定距離
だけステップ移動する機能とを備えている。なお、この
移動は、モーター２１と２４とをモーター制御装置２２
と２３とを介して制御用コンピュータ７で制御される。

【００１４】シリコンウェハ１３の上方には、投影レン
ズ１２が設置され、さらにその上方には反射型空間光変
調素子１が設置されている。このとき、投影レンズ１２
の位置は、反射型空間光変調素子１が変調した光の分布
パターンと、シリコンウェハ１３上に投影されたパター
ンとの大きさの比によって決められる。例えば、比が
１：１ならば投影レンズ１２の開口は反射型空間光変調
素子１とシリコンウェハ１３との中間に位置決めされ
る。比が５：１ならば投影レンズ１２の開口は、反射型
空間光変調素子１とシリコンウェハ１３とを５：１に内
分するよう位置決めされる。本実施例では、この比が
１:１の場合を用いて説明する。

【００１５】反射型空間光変調素子１は、これに入射す
る光束の一部、又は全部を特定の方向に反射する機能を
備えたものである。本実施例では、この機能を用いて、
反射型空間光変調素子１に入射した光を変調するパター
ンが、従来のリソグラフィ装置のマスクまたはレチクル
に相当するパターンとなるようにして、パターン発生素
子として利用するものである。

【００１６】反射型空間光変調素子１がこのようなパタ
ーンを発生させるために、制御用コンピュータ７のディ
スプレイ８に表示されるパターンを、その元になる信号
として利用する構成とした。すなわち、制御用コンピュ
ータ７からディスプレイ８に伝送される信号を分岐し、
この信号をデジタル行アドレス発生器１６とデジタル列
アドレス発生器１７、および１ビットのＤ/Ａ回路１５
に入力する。そして、それぞれから得られた信号を基
に、反射型空間光変調素子１の光を反射する部分の空間
位置(行位置と列位置)と、この部分が光りを反射するか
否かを決定する。この処理は、制御用コンピュータのデ
ィスプレイ８の表示に同期する必要はなく、独自に同期
周波数装置１５２の信号に基づいて行う。さらに、制御
用コンピュータのディスプレイ８の表示における信号
は、輝度に関して多値であるが、リソグラフィ装置にお
けるシリコンウェハ上のレジストへの照明強度は多値で
ある必要はない。そのため、二値設定装置１５１による
値に基づいて１ビットのＤ/Ａ回路１５を介して反射型
空間光変調素子１の変調を行う構成としている。

【００１７】このような反射型空間光変調素子１として
は、例えば、テキサス・インストルメンツ社（Texas In
struments Inc.）のデジタル・マイクロミラー・デバ
イス（Digital Micromirror Device，以下DMDと略称す
る）がある。この素子は、例えば、Larry J.Hornbeck著
Digital Light Processing for High-Brightness, High
-Resolution Applications, Electronic Imaging,EI'97
Projection DisplayIII Co-Sponsored by IS&T and SP
IE An Invited Paper 1997, Page 4 left side にある
ように、大きさが１６ミクロンメートル平方の変調用ミ
ラーが１７ミクロンメートルピッチに配置されており、
ミラーの反射角度がその中立位置から仰角および俯角に
１０度、１５ナノ秒で傾けることができる。このDMD
は、その素子素材および構造が簡単なことから、ミラー
の大きさは１０ミクロンメートル平方まで微細化でき
る。

【００１８】反射型空間光変調素子１は、照明レンズ２
について光強度一様化光学系３の射出開口と共役な位置
にある。その法線は、照明レンズ２の光軸について２０
度傾けた状態で固定される。この２０度とは、反射型空
間光変調素子１が光りを反射するか否の状態を作り出す
ために、マイクロミラーの設置角度を変化させるときの
最大値１０度の２倍としたものである。なお、照明レン
ズ２が反射型空間光変調素子１を照明する光の開口数
は、反射型空間光変調素子１からの光が投影レンズ１２
に入射するときの開口数と一致するようにした。

【００１９】光強度一様化光学系３は、照明光源４の空
間的な発光強度分布をその射出開口の範囲で一様化する
ための光学系で、これにより照明強度分布が反射型空間
光変調素子１の変調領域全面、さらにはシリコンウェハ
１３表面で一様になる。

【００２０】照明光源４は、シリコンウェハ１３上に塗
布されるレジストに適した発光波長強度分布の光源が選
択される。本実施例では、水銀ランプを用いることにす
る。この照明光源４は、発光初期化と発光安定のための
回路５と高圧電源６によって発光制御される。発光のタ
イミングは、シリコンウェハ１３の静止または一定速度
移動に同期して制御用コンピュータ７で制御される。

【００２１】以上に述べた各要素の制御情報の伝達は、
以下の通りである。

【００２２】シリコンウェハ１３上に露光記録するパタ
ーンを設計し、その２次元イメージをコンピュータデー
タとして取り込んだ後、制御用コンピュータ７のディス
プレイ８に表示する。この表示データ信号は、同時にデ
ジタル行アドレス発生器１６とデジタル列アドレス発生
器１７、１ビットＤ/Ａ回路１５に送られ、それぞれ反
射型空間光変調素子１の変調空間位置(行および列位置)
と変調信号が計算され、反射型空間光変調素子１に送ら
れる。

【００２３】反射型空間光変調素子１は、その変調領域
において、このデータが示すマスク部分またはアンマス
ク部分の分布状況に応じて、水銀ランプからの光の一部
または全部を投影レンズ１２を介してシリコンウェハに
照射するよう個々の素子を変調する。シリコンウェハを
照射しない光は、ビームストッパ５１２に入力してその
強度を減衰させる。このとき、レジストの違いによる露
光時間の調整は、直接照明光源４を点灯または消灯する
のではなく、反射型空間光変調素子１の変調を調整す
る。これにより、点灯または消灯の際に発生する光源光
量の変動をなくすことができる。さらに、この調整時間
が１５ナノ秒と非常に短いため、露光についてのスルー
プットを高めることができる。

【００２４】以上の実施例によれば、シリコンウェハ１
３上に露光記録するパターンを予めマスクに焼き付け
て、これを逐次交換することがないため、交換毎に必要
なシリコンウェハ１３とマスクのアライメントが不要と
なる。これにより、アライメントに起因するパターン焼
き付け誤差が発生しないため、歩留まりを高めることが
できる。

【００２５】また、シリコンウェハ１３上に露光記録す
るパターンが、デジタル情報のまま反射型空間光変調素
子１に転送できるため、露光記録するパターンの種類が
数十種類と多数になっても露光記録スループットを高く
維持することができる。

【００２６】さらに、シリコンウェハ１３上に露光記録
するパターンエッジが、光の回折の影響を受けて劣化す
るのを防ぐための近接効果の補正において、予め設計し
たパターンについて露光記録時に補正パターンを発生さ
せることができるため、露光記録スループットを高く維
持したまま、高品質なパターンを露光記録することがで
きる。

【００２７】図２は、本発明の他の実施例であり、本発
明を適用したシステムを構成する主要な要素のうち、図
１とは異なる部分のみを図示している。

【００２８】図２において、投影レンズ１２１は反射型
空間光変調素子１０１と１０２と１０３が変調した光の
分布パターンとシリコンウェハ１３上に投影されたパタ
ーンとの大きさの比を５:１にするように、投影レンズ
１２の開口が反射型空間光変調素子１０１と１０２と１
０３の変調領域とシリコンウェハ１３を５:１に内分す
る位置に置いた。

【００２９】反射型空間光変調素子１０１と１０２と１
０３は横一列に並べられ、隣り合う素子の隙間は、それ
ぞれの反射型空間光変調素子内の変調用ミラー配置ピッ
チと同一になっている。これらの反射型空間光変調素子
１０１と１０２と１０３は、それぞれ別々の照明レンズ
１０４と１０５と１０６によって、光強度一様化光学系
１０７と１０８と１０９を介して照明光源１１０と１１
１と１１２の光を、反射型空間光変調素子１０１と１０
２と１０３が設置されている平面についての法線に２０
度の角度をなして照影される。この照明光のうち、反射
型空間光変調素子１０１と１０２と１０３で変調される
がシリコンウェハを照射しない光は、ビームストッパ１
１３と１１４,１１５に入力してその強度を減衰させ
る。

【００３０】照明光源１１０と１１１と１１２とは、全
てが同一の発光初期化と発光安定のための回路５と高圧
電源６で駆動される。このとき、照明光源１１０と１１
１と１１２に発光強度にばらつきがある場合は、反射型
空間光変調素子１０１と１０２と１０３による空間変調
速度を調整することによって、シリコンウェハ上に塗布
されたレジストへの露光量を一様にすることができる。

【００３１】図３は、図２における反射型空間光変調素
子１０１と１０２と１０３が変調する光パターンの模式
図であり、図３(ａ)から(ｂ)、さらに(ｃ)へと一定時間
で連続に変化する様子を示している。もとの設計した露
光記録パターンは(ｄ)であり、マスク領域１３０とアン
マスク領域１３１が描画されており、反射型空間光変調
素子１０１と１０２と１０３においては、それぞれが照
明光を反射する変調と、反射しない変調をする。

【００３２】図３(ａ)から(ｃ)は、(ｄ)の一部を反射型
空間光変調素子１０１と１０２と１０３の変調領域の中
で、いわゆるスクロールするように変調内容が変化す
る。このスクロールは、制御用コンピュータ７のディス
プレイ８に表示した図３(ｄ)のパターンの一部をスクロ
ール操作することで行うことができる。シリコンウェハ
１３を固定したステージ１４は、このスクロールに同期
してスクロールの方向であってスクロールの向きとは逆
向き(矢印６０３)に一定速度で移動する。このときの移
動速度は、反射型空間光変調素子１０１と１０２と１０
３が変調する光パターンのスクロール速度に、投影レン
ズ１２１の縮小比５:１を乗じた速度となる。

【００３３】上述の実施例によれば、投影レンズ１２１
が縮小比５:１となるよう反射型空間光変調素子１０１
と１０２と１０３が変調した光の分布パターンをシリコ
ンウェハ１３上に縮小露光するため、反射型空間光変調
素子より高精細なパターンを露光記録することができ
る。しかも、複数個並べられた反射型空間光変調素子に
よって変調した光の分布パターンを発生させているの
で、シリコンウェハ上の露光記録パターンの面積が小さ
くなることはなく、露光記録スループットを高く保つこ
とができる。

【００３４】また、本実施例においては、反射型空間変
調素子１０１等の変調領域でのパターンをスクロールす
ることによって、図３の(ｄ)に示す露光記録パターンの
ように反射型空間変調素子１０１等の変調領域よりも大
きな領域に渡ってパターンが描かれていても、反射型空
間変調素子１０１等を動かすことなく、シリコンウェハ
１３が固定されたステージ１４を同期走査することで、
シリコンウェハ１３上に露光記録することができる。こ
れにより、従来の方法では複数のマスクを交換して、ス
テージ１４をステップ移動しながら記録する場合のよう
に重ね合わせ誤差が発生することがなく、歩留まりを高
くすることができる。また、複数のマスクを交換するこ
とが無いため、露光記録のスループットを高くすること
ができる。

【００３５】図４は、本発明の他の実施例である。図４
では、本発明を適用したシステムを構成する主要な要素
のうち、図１または図２とは異なる部分のみを図示して
いる。

【００３６】図４において、反射型空間光変調素子２０
１と２０２と２０３と２０４と２０５は、図２中１０１
と１０２と１０３と同じ場所へ設置しているが、図２中
のように横一列ではなく、従来の技術の項で述べた「図
１円弧スリット走査による等倍２枚鏡系の露光」光学系
のマスク上で必要とされるパターン領域２０６を全て含
むように、順次ずれるように配置されている。

【００３７】従来の「図１円弧スリット走査による等倍
２枚鏡系の露光」光学系では、前出パターン領域２０６
を選択的に照明する光学系を必要としていた。しかし、
本発明を適用した本実施例では、反射型空間光変調素子
２０１と２０２と２０３と２０４と２０５の各素子の変
調領域の中で、前出パターン領域２０６に相当する部分
のみを選択的に変調動作させるだけでよく、特別な照明
光学系を必要とせずリソグラフィ装置のコストを下げる
ことができる。

【００３８】さらに、前出パターン領域２０６の大きさ
は、露光記録の解像力の程度に依存して、従来の「図１
円弧スリット走査による等倍２枚鏡系の露光」光学系毎
に違っており、従来は、露光記録するパターンの精度に
よってこの大きさを選択的に変える必要があった。しか
し、本発明の実施例では、露光記録中でも前出パターン
領域２０６の大きさを変化させることができるため、記
録パターンの解像力についてより安定した露光が可能と
なる。

【００３９】なお、実施例２と実施例３は、投影レンズ
１２１の縮小比が５:１に限ることはなく、１:１でも実
施は可能である。このとき、液晶パネルのような大面積
の露光記録についても、本発明の直腸である、高い歩留
まりと高いスループットが実現できる。

【００４０】

【発明の効果】前述のように、本発明による手段及び操
作により、従来の技術による課題である複数枚に分けて
描画したレチクルまたはマスクを取り替えながら順次投
影することはなくなるため、露光記録スループットを高
くし、しかも、露光記録されたウェハの完成品歩留まり
を高くすることが可能となる。

【００４１】また、複雑なパターンを作成するために必
要な、多数のパターンであっても、それを作成するデー
タを、直接反射型空間光変調素子に転送するだけでパタ
ーンを作成できるため、開発コストを低く押さえること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す斜視図であって,
反射型空間変調素子と照明光学系とシリコンウェハとス
テージの位置関係と動作を説明する図である。

【図３】図２中反射型空間変調素子による変調パターン
の変化を説明する図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…反射型空間変調素子、２…照明レンズ、３…光強度
一様化光学系、４…照明光源、５…発光初期化と発光安
定のための回路、６…高圧電源、７…制御用コンピュー
タ、８…ディスプレイ、９…キーボード、１０…マウ
ス、１２…投影レンズ(１:１)、１３…シリコンウェ
ハ、１４…ステージ、１５…１ビットＤ/Ａ回路、１６
…デジタル行アドレス発生器、１７…デジタル列アドレ
ス発生器、２１…モータ、２２…モータ、２３…ドライ
バー、２４…ドライバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｆ (72)発明者小出晃茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者河野顕臣茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB14 AZ05 2H095 BA01 BA07 BC24 5F046 BA05 CA02 CB18 DA01 DA11 DD01 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影レンズについてウェハと共役な位置
に、シリコンウェハ上に投影するパターンを発生させる
装置として反射型空間光変調素子を設置したことを特徴
とするリソグラフィ装置。
【請求項２】請求項１記載のリソグラフィ装置におい
て、前記反射型空間光変調素子を１個または複数個を並べて
設置したことを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項３】請求項１又は２記載のリソグラフィ装置に
おいて、前記反射型空間光変調素子が表示するパターンの時間的
な変化が、シリコンウェハ上のパターンと投影レンズの
共役比についてシリコンウェハの動きに同期することを
特徴とするリソグラフィ装置。