JP7631176B2 - 露光方法、露光装置および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レチクルやマスク等の原版のパターンを投影光学系を介してウェーハ等の基板に投影して転写する露光方法および露光装置に関する。

上記のような露光方法および装置により製造される半導体デバイスのうち、例えばメモリデバイスには、メモリ容量を大きくするために、回路の線幅を微細とするだけでなく、積層回路を有する３ＤＮＡＮＤと称されるものもある。この３ＤＮＡＮＤでは、複数の回路層を階段状に形成し、それぞれの段部に引き出し線を接続する。このような階段状の積層回路構造を形成するには、例えば、台形形状のレジストプロファイルを形成し、エッチングし、次にレジストをエッチング（スリミング）し、さらにエッチングするというプロセスを繰り返す。この際、エッチングマスクであるレジストを厚くする必要があるが、レジストの形状、すなわちプロファイルも重要になる。

レジストのプロファイルは、露光量や焦点位置を変えることにより制御可能であるが、これらだけではウェーハ内での位置に応じたプロファイルの非線形性を制御することが難しい。プロファイルの非線形性の制御は、例えばウェーハを搭載したステージおよびレチクルを搭載したステージを移動させて走査露光を行う際に、一方のステージを走査方向に対して傾けることにより実現可能である。また、特許文献１に開示されているように、焦点をベストな合焦位置からずらして複数の焦点位置で露光する多焦点露光でも実現することができる。

特開平７－１５３６５８号公報

しかしながら、レジストのプロファイルが非線形であると、エッチング時のエッチング量が高さ方向において均一でなくなり、この結果、階段状の積層回路構造におけるそれぞれの段の高さが異なることとなる。また、レジストのプロファイルは、レジストの塗布時の厚みむらや現像時の現像むらといったレジストむらによっても変化する。このため、これらレジストむらの影響を低減して、レジストのプロファイルがウェーハ内で均一になるようにする必要がある。

本発明は、基板内でのレジストのプロファイルを均一に近づけることが可能な露光方法および露光装置を提供する。

本発明の一側面としての露光方法は、原版に形成されたパターンを基板に露光するときに用いられる。該方法は、前記原版又は前記基板を保持するステージの傾き量、又は、多焦点露光における複数の焦点位置と、レジストのプロファイルとの関係を示す第１データを取得する第１ステップと、前記基板上の複数の位置において、前記基板に塗布された前 記レジストの厚みのむら又は前記レジストの現像を行ったときに発生する前記レジストの 現像のむらに起因して変化する前記プロファイルの非線形性を示す第２データを取得する第２ステップと、前記第１データと前記第２データとに基づいて、前記基板上の位置に応 じて前記傾き量又は前記焦点位置を補正して露光を行うステップと、を有することを特徴とする。なお、コンピュータに上記露光方法に従う処理を実行ざせるプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

また、本発明の他の一側面としての露光装置は、原版のパターンを投影光学系を介して基板上のレジストに転写する露光を行う。該装置は、ステージ傾け露光における原版もしくは基板を搭載したステージの走査方向に対する傾け量または多焦点露光における投影光学系の複数の焦点位置と露光後のレジストのプロファイルとの関係を示す第１のデータと、基板内の複数の位置においてレジストむらに起因して変化するプロファイルの非線形性を示す第２のデータとを取得する取得手段と、第１および第２のデータを用いて、基板内の位置または領域ごとに傾け量または焦点位置を補正する補正手段とを有することを特徴とする。なお、上記露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された基板から物品を製造する工程とを有する物品の製造方法も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、基板内でのレジストのプロファイルを均一に近づけることができる。

実施例におけるレジストプロファイル補正シーケンスを示すフローチャート。 実施例における露光レイアウトの例を示す図。 実施例におけるレジストプロファイルの例を示す図。 実施例におけるステージ傾け量とレジストプロファイルの非線形性との関係を示す図。 実施例における別の露光レイアウトの例を示す図。 実施例におけるウェーハ内位置とレジストプロファイルの非線形性との関係を示す図。 実施例におけるウェーハ内位置と補正されたステージ傾け量との関係を示す図。 実施例における露光装置を示す図。 実施例におけるステージ傾け露光を示す図。 実施例における多焦点露光を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図８は、本発明の実施例である露光装置１０を示している。照明系１から導かれた露光光は、原版としてのレチクル（またはマスク）２の回路パターンで回折し、投影光学系としてのレンズ４により集光されて基板としてのウェーハ５上に結像する。本実施例の露光装置では、レチクル２が搭載されたレチクルステージ３とウェーハ５が搭載されたウェーハステージ６が図中のＹ方向に同期してレンズ４に対して移動することで、露光光に対するレチクル２とウェーハ５の走査が行われる。これにより、レチクル２のパターンがウェーハ５上に塗布されたレジストに転写される。

図９は、露光装置１０において行われるステージ傾け露光を示している。ウェーハステージ６を水平な走査方向（Ｙ方向）に対して傾けて移動させることにより、レチクル２に対してウェーハ５が図示のように傾いて移動する。これにより、レンズ４の焦点位置に対するウェーハ５の位置が多段階で変化しながらウェーハ５が露光される。なお、ウェーハステージ６に代えてレチクルステージ３をその走査方向に対して傾けてもよい。

図１０（ａ）、（ｂ）は、露光装置１０において行われる多焦点露光を示している。多焦点露光では、レンズ４の焦点位置をベスト位置（合焦位置）から＋ｚ方向にずらした状態（図１０（ａ））と－ｚ方向にずらした状態でウェーハ５を露光する。図１０（ａ）、（ｂ）では焦点位置を合焦位置から２位置にずらす場合を示しているが、より多くの位置にずらして露光してもよい。

図８に示すように、露光装置１０は、ステージ傾け露光におけるウェーハステージ６の傾け量や多焦点露光における複数の焦点位置を適切に設定しながら露光を制御する制御手段としてのコントローラ１００を有する。コントローラ１００は、取得手段および補正手段として機能する。

図１のフローチャートは、本実施例においてコントローラ１００が実行する処理（露光方法）を示している。コンピュータにより構成されるコントローラ１００は、プログラムに従って本処理を実行する。図中のＳはステップを意味する。

ステップ１０１（第１のステップ）では、コントローラ１００は、ステージ傾け露光および多焦点露光の条件を変化させながらこれらのテスト露光を行う。具体的には、ステージ傾け露光では、その条件であるウェーハステージ６の走査方向に対する傾け量（角度θ：以下、ステージ傾け量という）を変化させる。例えば、ウェーハ５内でステージ傾け量を変化させながら、予めウェーハ５に塗布されたレジスト上に位置を変えてレチクル２上のターゲットパターンを露光する。また、多焦点露光では、その条件である焦点位置を変化させながら、ウェーハ５に塗布されたレジスト上に位置を変えてターゲットパターンを露光する。テスト露光においては、ウェーハ５内でのレジスト塗布もしくは現像等のプロセスの影響を受けにくいように、ウェーハ５内の互いに近接した複数の位置に露光を行うことが望ましい。

図２は、テスト露光におけるウェーハへの露光位置の例を示している。ウェーハ２０１の全体には不図示のレジストが塗布されている。ウェーハ２０１の中央付近において互いに近接する９つの位置のそれぞれに対して互いに異なるステージ傾け量（つまりは９条件）で露光を行う。条件数は９つに限られず、露光位置２０２も互いに近接していればウェーハ２０１の中央付近でなくてもよい。

テスト露光後には現像を行い、ターゲットパターンに対応するレジストの断面形状、すなわちレジストプロファイルをステージ傾け量ごと又は焦点位置ごとに計測する。

図３は、ステージ傾け量が互いに異なる３条件でのレジストプロファイルの例を示す。３０１は露光される基板としてのウェーハを示し、３０２から３０４はレジストプロファイルを示す。各レジストプロファイルの左側面は、単なる垂直面として示している。レジストプロファイルの３０２～３０４の右側面の非線形の度合いがステージ走査量に応じて異なっている。レジストプロファイルの計測は、例えば、断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）、スキャトロメトリーまたはＡＦＭ（Atomic Force Microscope）を用い
て行えばよい。

計測で得られたレジストプロファイルの非線形度合いの定量化は、例えばプロファイルデータを多項式で近似してその係数を用いて行えばよい。図４は、ステージ傾け量とレジストプロファイルの非線形性との関係の例を示す。コントローラ１００は、こうして得られたステージ傾け量または焦点位置とレジストプロファイルの非線形性との関係を示す第１のデータを不図示のメモリに保存する。

なお、レジストプロファイルの非線形度合いの定量化は、上述した多項式近似に限られない。例えば、レジストプロファイルの線形からの偏差を二乗和し、これを非線形分として定量化してもよい。また、レジストプロファイルを高さ方向に分割してそれぞれを台形で近似し、得られた台形の側壁角と高さを用いて定量化してもよい。

次にステップ１０２（第２のステップ）では、コントローラ１００は、ウェーハへのレジストの塗布や露光されたレジストの現像を行うレジストプロセスにおいて発生するレジストむらに起因して変化するレジストプロファイルをウェーハ内の複数の位置で取得する。ここにいうレジストむらは、レジストの厚みむらや現像むらである。この際、コントローラ１００は、ステップ１０１とは異なり、ステージ傾け量や焦点位置を変えずに一定としたまま、例えばステージ傾け量を０としたり焦点位置をベストフォーカス位置に設定したりしたままウェーハ内の複数の位置に露光を行う。

この露光に際しては、レジストむらにより変化するレジストプロファイルを感度良く捉えるために、ウェーハ内における互いに近接しない（ステップ１０１での複数の位置よりも離間した）位置にレチクルのターゲットパターンを露光する。図５は、このときの露光位置の例を示す。この例では、ウェーハ５０１上に塗布されたレジスト上におけるウェーハ径方向に（中心部から周辺部にかけて）互いに離間した複数の露光位置５０２が設定されている。露光位置を図５のようにウェーハ径方向に設定せずに、ウェーハ内にマトリックス状に設定してもよい。

この後、露光位置ごとのレジストプロファイルを計測し、計測結果から図６に示すようにウェーハ内の位置によるレジストプロファイルの非線形性を取得する。コントローラ１００は、この非線形性を示す第２のデータをメモリに保存する。なお、ステップ１０１とステップ１０２の順序は逆でもよい。

次にステップ１０３では、コントローラ１００は、メモリから第２のデータを読み出す（取得する）。そして、第２のデータが示すウェーハ内の位置によるレジストプロファイルの非線形性を補正する（ウェーハ内でのレジストプロファイルを均一に近づける）のに適切なステージ傾け量または焦点位置の補正量を算出する。このとき、コントローラ１００は、メモリに保存された第１のデータを読み出す（取得する）。そして、第１のデータが示すステージ傾け量または焦点位置とレジストプロファイルの非線形性との関係から、ウェーハ内の位置ごと又は複数の位置を含む領域ごとの補正量を算出する。そして、得られた補正量をメモリに保存する。図７は、ウェーハ内の位置ごとに補正されたステージ傾け量の例を示している。この例では、ウェーハ内の中央から周辺に向かって補正されたステージ傾け量が大きくなっている。

次にステップ１０４では、コントローラ１００は、ステップ１０３で算出した位置または領域ごとの補正量で補正された最適な条件（ステージ傾け量または焦点位置）を用いて、ウェーハ（レジスト）における対応する露光位置または露光領域に対する露光を行う。

なお、ステップ１０１やステップ１０４において位置または領域ごとにステージ傾け量を変化させて露光を行う際には、露光開口部の非対称性によりステージ傾け量に応じて露光後の露光開口部内の焦点位置の分布、すなわち像面や収差の分布が変化する。このため、ステージ傾け量に応じて予め計算された像面の位置や収差を投影光学系の補正機構により補正しながら露光することが望ましい。

また、ステージ傾け量によりレジストプロファイルの非線形性を制御する際には、走査方向では制御は可能であるが、非走査方向では制御ができない。非走査方向でもレジストプロファイルの非線形性を制御する場合には、走査方向に延びる軸回りでウェーハステージを傾け、この傾け量を多焦点露光のように非走査方向の露光位置ごとに変化させるようにすればよい。

以上説明した本実施例によれば、ウェーハ内でのレジストプロファイルを均一に近づけることができる。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

また、上記実施例で説明した露光装置および露光方法を用いた物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子やフラットパネルディスプレイ等の物品を製造するのに好適である。本製造方法は、上述した露光装置を用いて基板を露光する工程と、かかる工程で露光された基板から物品を製造する工程とを含む。さらに本製造方法は、周知の工程（露光、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含み得る。本製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

２ レチクル
３ レチクルステージ
４ 投影光学系
５ ウェーハ
６ ウェーハステージ
１０ 露光装置
１００ コントローラ

Claims (9)

1. 原版に形成されたパターンを基板に露光する露光方法であって、
   前記原版又は前記基板を保持するステージの傾き量、又は、多焦点露光における複数の焦点位置と、レジストのプロファイルとの関係を示す第１データを取得する第１ステップと、
   前記基板上の複数の位置において、前記基板に塗布された前記レジストの厚みのむら又 は前記レジストの現像を行ったときに発生する前記レジストの現像のむらに起因して変化する前記プロファイルの非線形性を示す第２データを取得する第２ステップと、
   前記第１データと前記第２データとに基づいて、前記基板上の位置に応じて前記傾き量又は前記焦点位置を補正して露光を行うステップと、を有することを特徴とする露光方法。
2. 前記プロファイルは前記レジストの断面形状である、ことを特徴とする請求項１に記載 の露光方法。
3. 前記第２ステップにおいて、前記傾き量または前記焦点位置を一定として前記複数の位置で露光を行うことにより前記第２データを取得することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
4. 前記第１ステップにおいて、前記基板上における互いに近接した複数の位置で露光を行い、
   前記第２ステップにおいて、前記基板上において前記第１ステップでの前記複数の位置よりも互いに離間した複数の位置で露光を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれ か一項に記載の露光方法。
5. 前記傾き量を変化させて露光を行う際に、該傾き量に応じて変化する投影光学系の収差を補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の露光方法。
6. 前記傾き量を変化させて露光を行う際に、前記ステージの非走査方向おける露光位置に応じて走査方向に延びる軸回りでの傾き量を変えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の露光方法。
7. コンピュータに、請求項１から６のいずれか一項に記載の露光方法に従う処理を実行させることを特徴とするプログラム。
8. 原版に形成されたパターンを基板に露光する露光装置であって、
   前記原版又は前記基板を保持するステージの傾き量、又は、多焦点露光における複数の焦点位置と、レジストのプロファイルとの関係を示す第１データと、前記基板上の複数の位置において、前記基板に塗布された前記レジストの厚みのむら又は前記レジストの現像 を行ったときに発生する前記レジストの現像のむらに起因して変化する前記プロファイルの非線形性を示す第２データと、を取得する取得手段と、
   取得した前記第１データと前記第２データとに基づいて、前記基板上の位置に応じて前記傾き量又は前記焦点位置を補正する補正手段と、を有することを特徴とする露光装置。
9. 原版又は基板を保持するステージの傾き量、又は、多焦点露光における複数の焦点位置 と、レジストのプロファイルとの関係を示す第１データを取得する第１ステップと、
   前記基板上の複数の位置において、前記基板に塗布された前記レジストの厚みのむら又 は前記レジストの現像を行ったときに発生する前記レジストの現像のむらに起因して変化 する前記プロファイルの非線形性を示す第２データを取得する第２ステップと、
   前記第１データと前記第２データとに基づいて、前記基板上の位置に応じて前記傾き量 又は前記焦点位置を補正して露光を行うステップと、
   露光された基板から物品を製造するステップと、を有することを特徴とする物品の製造方法。