JP2001257149A - 縮小露光方法 - Google Patents

縮小露光方法

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JP2001257149A
JP2001257149A JP2000066352A JP2000066352A JP2001257149A JP 2001257149 A JP2001257149 A JP 2001257149A JP 2000066352 A JP2000066352 A JP 2000066352A JP 2000066352 A JP2000066352 A JP 2000066352A JP 2001257149 A JP2001257149 A JP 2001257149A
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Japan
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exposure
stop
semiconductor substrate
circular
resist
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Shoichi Sakamoto
正一 坂本
Takeshi Iwamoto
猛 岩本
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70091Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造工程の一つであるリソグラフィ工
程において、解像度の優れたレジストパターンを得る特
殊な絞りを用いて露光を行うと、光量不足により、良好
なレジストパターンが得られない。 【解決手段】 光源からの光を絞りを介してレクチルに
照射し、このレクチルに描かれた配線パターンを半導体
基板に投影して、この半導体基板上のレジストを露光す
る縮小露光方法において、所定形状の第1の絞りを用い
て露光した後、上記第1の絞りとは異なる形状の第2の
絞りを使用して、半導体基板の同一領域に、複数回露光
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置製造
工程におけるリソグラフィー工程の縮小露光方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置製造工程のうち、所望のパタ
ーンを半導体基板上に描くリソグラフィ工程では、レチ
クルに描かれたパターンを縮小投影露光装置によって半
導体基板上のレジストに転写する方法が一般的である。
【0003】図3は従来の縮小露光方法で用いられる縮
小投影露光装置の光学系を示す概略構成図である。図に
おいて、1は光源、2は反射鏡、3はフライアイレン
ズ、4は絞り、5はリレーレンズ、6は反射鏡、7はコ
ンデンサーレンズ、8はレクチル、9は投影レンズ、1
0は半導体基板である。
【0004】縮小投影露光装置による半導体基板上のレ
ジストの露光方法は、まず、光源1から出射した光は反
射鏡2で方向を変えられ、フライアイレンズ3を通過し
た後、金属板からなる絞り4を通過し、その後、リレー
レンズ5、反射鏡6及びコンデンサーレンズ7を通過し
てレチクル8を照射する。次に、レチクル8を通過した
光は投影レンズ9で縮小され半導体基板上10にレチク
ル8に描かれたパターンが結像する。
【0005】また、図4は、従来方法の半導体基板1枚
を露光する工程のフローチャートである。この図に示す
ように、露光工程は、まず、特定の光学絞り4を選定し
て固定する。次に、半導体基板10をセットし、所定の
位置へ移動させ、その後に露光する。このように、従来
の露光方法では露光ショットに対して1種類の絞り4を
使用し、これを固定し、順次半導体基板10を移動させ
て、半導体基板10の必要領域の全てを露光している。
【0006】そして、半導体基板10上のレジストに結
像する光学像は光学系の絞り4やコンデンサーレンズ7
の開口数によってその光学強度やコントラストが決定す
るため、転写するパターンに応じて光学系の絞り4とし
て、適切な大きさや形状のものを選定して露光が行われ
ている。また、限定されたレジストパターンにおいて、
その解像力向上のため、中心部を遮光した絞り4を用い
る輪帯照明法や一部のみを開口した絞り4を用いる変形
照明法が行われている。
【0007】図5は円形絞り(a)と輪帯絞り(b)と
の上面模式図である。図6は円形パターンにおける円形
絞りまたは輪帯絞り使用した場合の光強度分布図であ
る。図6に示すように輪帯絞りを使用した場合、円形絞
りと比較して光学像のコントラストが向上し、レジスト
パターンの解像力を上げることができるが、絞り4の一
部を遮光していることからレチクル8へ照射される光量
が減少してしまう。そのため、ポジ型レジストを用いた
場合、孤立した抜きのレジストパターンなどはレジスト
の露光量不足が原因で露光部のレジストが十分に溶解し
ないなどの問題点があった。また、これらの特殊な絞り
を用いる照明法の場合、特定のレジストパターン対して
は解像力向上の効果が有効であるが、それ以外のレジス
トパターンに対しては解像力が低下するという問題があ
った。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】半導体装置製造のリソ
グラフィ工程において、レジストパターンの解像力向上
のため、縮小投影露光装置の絞り4に、その中心部を遮
光した輪帯絞りや一部のみを開口した変形絞りを用いた
縮小露光方法が行われているが、ポジ型レジストを用い
た場合、露光量不足で露光部のレジストが十分に溶解し
ないという問題があり、また、特定のレジストパターン
対しては解像力が向上するが、それ以外のレジストパタ
ーンに対しては解像力が低下するという問題があった。
【0009】この発明は、上記のような問題を解決する
ためになされたものであり、レジストへ照射される露光
量を確保して、特定のレジストパターン以外に対しても
解像度を維持する縮小露光方法を得ることを目的とする
ものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る第1の縮
小露光方法は、光源からの光を絞りを介してレクチルに
照射し、このレクチルに描かれた配線パターンを半導体
基板に投影して、この半導体基板上のレジストを露光す
る縮小露光方法において、所定形状の第1の絞りを用い
て露光した後、上記第1の絞りとは異なる形状の第2の
絞りを使用して、半導体基板の同一領域に、複数回露光
を行うことである。
【0011】この発明に係る第2の縮小露光方法は、上
記第1の縮小露光方法において、第1および第2の絞り
に、輪帯絞りと円形絞りとを用いることである。
【0012】この発明に係る第3の縮小露光方法は、上
記第1の縮小露光方法において、第1および第2の絞り
に、電気信号により光が通過する部分の形状を変える液
晶表示板を用いることである。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、本発明の
実施の形態1における半導体基板を露光する工程のフロ
ーチャートである。図3に示す縮小投影露光装置におい
て、半導体基板10を所定位置に設置し、絞り4に輪帯
絞りを用いて半導体基板10を露光する。次に、半導体
基板10はそのままにして、絞り4を円形絞りに換え、
半導体基板10を露光する。さらに、半導体基板10を
次の露光位置に移動して、この露光位置で、半導体基板
10に、輪帯絞りでの露光と円形絞りでの露光との絞り
4を変えた複数回の露光を行う。すなわち、順次半導体
基板を移動させ、半導体基板10の必要領域の全てに、
絞り4を変えた複数回の露光を行う。
【0014】本実施の形態に用いる絞り4において、円
形絞りは、例えば光透過領域の直径が1.0cmから
4.0cm、好ましくは1.5cmから3.0cmのも
のが用いられる。光透過領域の直径が1.0cm未満の
場合は露光不良がおこり、光透過領域の直径が3.0c
mより大きい場合は絞りの効果がなくなる。本実施の形
態に用いる絞り4において、輪帯絞りは、直径が2.0
cmから3.5cmの円形透過部の中央部に円形透過部
より小さい同軸の円形の不透過部分を有しており、円形
の不透過部分な面積が円形透過部の50%から70%の
ものが用いられる。円形不透過部の面積が70%より大
きいと露光量が極端に少なくなる。円形不透明過の面積
が50%未満であるとレジストパタ−ンの解像度が低下
する。
【0015】本実施の形態における光源1としては、波
長が、365nm、308nm、248nmまたは19
3nmのいずれかの光を照射するものが用いられるが、
これら波長の光を照射するものに限定するものではな
い。
【0016】本実施の形態において、円形絞りでの露光
時間は全露光時間の6.5%〜15.0%である。例え
ば、輪帯絞りによる露光時間は500msecから65
0msecであり、円形絞りによる露光時間は50ms
ecから80msecである。円形絞りによる露光時間
が全露光時間の6.5%未満であると、露光量不足を生
じ、また、円形絞りの露光時間が全露光時間の15%を
超えると、解像度が低下する。
【0017】図2は、本発明の実施の形態1における効
果を説明する図である。レチクル8上に描かれた円形の
開口パターンを半導体基板10上のレジストに転写する
場合を一例として説明している。まず始めに、絞り4と
して輪帯絞りを使用して露光を行い、レジストへ、円形
の像の中心から外周に向かって図2中の(b)に示す光
学強度分布に相当する光エネルギーを与える。次に、半
導体基板10はそのままの状態で絞り4を円形絞りへ変
更して露光することで、レジストへ、円形の像の中心か
ら外周に向かって図2中の(a)で示す光学強度分布に
相当する光エネルギーを与える。この結果、半導体基板
10上のレジストに、図2中の(a)と(b)との光学
強度分布を合成した円形の像の中心から外周に向かって
図2中の(c)に示す光強度分布のエネルギーを与える
ことができる。すなわち、光強度が大きく、投影する像
の境界部で急激に光強度が小さくなる解像度の高い露光
をおこなうことができる。本実施の形態では、輪帯絞り
による露光後に円形絞りによる露光を行ったが、逆に、
円形絞りによる露光後に輪帯絞りによる露光を行っても
同様な効果が得られる。
【0018】実施の形態2.本発明の実施の形態2で
は、図3に示す縮小投影露光装置において、絞り4とし
て、電気信号により光が通過する部分の形状を変える液
晶表示板を用い、縮小露光を行う。
【0019】本実施の形態に用いる液晶表示板は、例え
ば、画像領域が5cm×5cmであり、1画素の大きさ
は250μm×250μmに設定されており、液晶表示
板を構成する各画素に印加する電気信号により所望の絞
り形状を形成できる。
【0020】そこで、まず、電気信号により液晶表示板
に実施の形態1の輪帯絞りと同寸法の円形の透過部と、
この円形透過部の中央部に実施の形態1の輪帯絞りと同
寸法の不透過部分とを同軸に形成し、半導体基板10上
のレジストを露光する。次に、電気信号を変えて、液晶
表示板に実施の形態1の円形絞りと同寸法の円形の光透
過領域を形成し、半導体基板10上のレジストを露光す
る。
【0021】このような方法で縮小露光することは、絞
り4を取り替えることなしに、半導体基板10上のレジ
ストに、光強度が大きく、投影する像の境界部で急激に
光強度が小さくなる解像度が高い露光をおこなうことが
できる。
【0022】
【実施例】実施例によって本発明をさらに詳細に説明す
る。
【0023】実施例1.図3に示す縮小投影露光装置に
おいて、光源1に水銀ランプのi線(波長365nm)
を用い、直径2.7cmの円形透過部の中央部に直径
2.0cmの同軸の不透過部分を有する輪帯絞りを用い
た560msecの露光と、直径2.7cmの円形の光
透過領域を有する円形絞りを用いた60msecの露光
とを、i線用ポジ型フォトレジスト(住友化学製)に行
った。その結果、現像した後に、レジストを孤立した状
態で除去するアイソスペースパターンとして、0.20
μmの解像度のパタ−ンが得られた。それに対して、直
径2.7cmの円形の光透過領域を有する円形絞りを用
いた620msecの露光では、アイソスペースパター
ンの解像度は0.25μmであり、直径2.7cmの円
形透過部の中央部に直径2.0cmの同軸の不透過部分
を有する輪帯絞りを用いた620msecの露光では、
露光量不足でレジスト残りが発生した。
【0024】すなわち、輪帯絞りと円形絞りとの異なる
形状の絞りを用いて露光することにより、十分な露光強
度による高解像度の露光を実現することができる。
【0025】
【発明の効果】この発明に係る第1の縮小露光方法は、
光源からの光を絞りを介してレクチルに照射し、このレ
クチルに描かれた配線パターンを半導体基板に投影し
て、この半導体基板上のレジストを露光する縮小露光方
法において、所定形状の第1の絞りを用いて露光した
後、上記第1の絞りとは異なる形状の第2の絞りを使用
して、半導体基板の同一領域に、複数回露光を行うこと
であり、半導体基板上のレジストに、光強度が大きく、
投影する像の境界部で急激に光強度が小さくなる解像度
が高い露光をおこなうことができる。
【0026】この発明に係る第2の縮小露光方法は、上
記第1の縮小露光方法において、第1および第2の絞り
に、輪帯絞りと円形絞りとを用いることであり、半導体
基板上のレジストに、光強度が大きく、投影する像の境
界部で急激に光強度が小さくなる解像度が高い露光をお
こなうことができる。
【0027】この発明に係る第3の縮小露光方法は、上
記第1の縮小露光方法において、第1および第2の絞り
に、電気信号により光が通過する部分の形状を変える液
晶表示板を用いることであり、絞りを取り替えることな
しに、半導体基板上のレジストに、光強度が大きく、投
影する像の境界部で急激に光強度が小さくなる解像度が
高い露光をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1における半導体基板を
露光する工程のフローチャートである。
【図2】 本発明の実施の形態1における効果を説明す
る図である。
【図3】 従来の縮小露光方法に用いる縮小投影露光装
置の光学系を示す概略構成図である。
【図4】 従来方法の半導体基板1枚を露光する工程の
フローチャートである。
【図5】 円形絞り(a)と輪帯絞り(b)との上面模
式図である。
【図6】 円形パターンにおける円形絞りまたは輪帯絞
り使用した場合の光強度分布図である。
【符号の説明】
1 光源、2 反射鏡、3 フライアイレンズ、4 絞
り、5 リレーレンズ、6 反射鏡、7 コンデンサー
レンズ、8 レクチル、9 投影レンズ、10半導体基

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光を絞りを介してレクチルに
    照射し、このレクチルに描かれた配線パターンを半導体
    基板に投影して、この半導体基板上のレジストを露光す
    る縮小露光方法において、所定形状の第1の絞りを用い
    て露光した後、上記第1の絞りとは異なる形状の第2の
    絞りを使用して、半導体基板の同一領域に、複数回露光
    を行うことを特徴とする縮小露光方法。
  2. 【請求項2】 第1および第2の絞りに、輪帯絞りと円
    形絞りとを用いることを特徴とする請求項1に記載の縮
    小露光方法。
  3. 【請求項3】 第1および第2の絞りに、電気信号によ
    り光が通過する部分の形状を変える液晶表示板を用いる
    ことを特徴とする請求項1に記載の縮小露光方法。
JP2000066352A 2000-03-10 2000-03-10 縮小露光方法 Pending JP2001257149A (ja)

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Effective date: 20040630