JP2006186082A

JP2006186082A - 投影露光装置

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Publication number: JP2006186082A
Application number: JP2004377438A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takenaka; 正浩竹中; Katsuhiko Harasaki; 克彦原崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP4572111B2

Abstract

【課題】投影レンズの表面に屈折率の異なる材料をコーティングし、最適な媒体を用いることにより、制御性を向上させ、ＮＡ（開口数）を大きくし、解像力向上により微細なレジストパターンを形成する。
【解決手段】光源からの露光用の光を集光する集光系と、この集光系からの入射光をウエハ上に結像するホトマスクと、このホトマスクからの透過光をウエハ上に投影する投影光学系と、ウエハを支持する支持部と、少なくとも投影光学系からウエハ支持部までを媒体で密閉した密閉系を有する投影露光装置であって、投影レンズの表面に、投影レンズのＮＡ（開口数）を大きくする前記投影レンズと屈折率の異なる材料でコーティングする。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影露光装置に関する。さらに詳しくは、投影レンズのＮＡ（開口数）を大きくし、解像度を高め、より微細なパターンを転写できる投影露光装置に関する。

設計寸法の縮小、加工パターンの微細化に伴い縮小投影露光法によるフォトリソグラフィ技術は解像度の限界に近づいている。この解像限界を向上する方法として、投影レンズのＮＡ（開口数）を大きくするために、投影レンズとウエハを空気の屈折率より大きい媒体として、例えば純水などの液体で覆う液浸法、あるいは、媒体として気体を用いるものが知られている。

例えば、特許文献１は、媒体として、適切な屈折率をもつ液体、気体を媒体として用いて、屈折率を調整することのできる投影露光装置を記載している。特許文献１の投影露光装置を図２に示す。この装置では、光源２１から出た露光光は、第１反射鏡２３、インテグレータ２４及び第２の反射鏡２５を経て、集光レンズ２６に照射される。この集光された露光光は、ホトマスク２７、投影レンズ２８を経て、ウエハ２９に露光光として照射される。ここでホトマスク２７からウエハ支持部３０までを単一又は複数の媒体３１で密閉した密閉系３２により密閉する。図２は集光レンズ２６からウエは支持部３０までを密閉系３２で密閉する例を示している。密閉系３２には、例えば水とクロロホルムの混合により、最適な屈折率に調整した媒体が満たされる。
特開平６−１２０１１３号公報

図２に示した装置を用いて、更に加工パターンを微細化し、そのサイズを露光波長程度にしようとすると、投影レンズのＮＡ（開口数）をより大きくしなければならない。図３の装置で、投影レンズのＮＡ（開口数）を大きくするためには、投影レンズとウエハを覆う媒体として、空気の屈折率＝１よりも大きい屈折率の媒体が必要となる。投影レンズとウエハを覆う媒体として純水などの液体が用いられる液浸法、あるいは、媒体として気体が用いられるが、適したものにするためには、複数の媒体を混合する必要もあり、媒体の屈折率に依存するため制御が難しい。

本発明では、投影レンズの表面に屈折率の異なる材料をコーティングし、最適な媒体を用いることにより、制御性を向上させ、ＮＡ（開口数）を大きくし、解像力向上により微細なレジストパターンを形成するものである。

本発明の投影露光装置は、光源からの露光用の光を集光する集光系と、この集光系からの入射光をウエハ上に結像するホトマスクと、このホトマスクからの透過光をウエハ上に投影する投影光学系と、ウエハを支持する支持部と、少なくとも投影光学系からウエハ支持部までを単体、あるいは、２成分以上からなる媒体で密閉する密閉系を有する投影露光装置であって、投影レンズの表面に、投影レンズのＮＡ（開口数）を大きくするために前記投影レンズと屈折率の異なる材料でコーティングすることを特徴とする。

この時に投影レンズの表面にコーティングされる材料の屈折率が、前記投影レンズの屈折率よりも大きい材料で、望ましくはコーティングされる材料の屈折率が１．５〜３．０である。好ましくは、水晶、サファイア、ダイヤモンド、または電気石である。
本発明の投影露光装置に用いられる露光用の光は、ｇ線（４５６ｎｍ)、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５６ｎｍ）、Ａｒ２、Ｋｒ２エキシマレーザー、電子ビームのどれかである。

本発明の投影露光装置は、投影レンズの表面に投影レンジのＮＡ（開口数）を大きくするために投影レンズの屈折率の異なる材料をコーティングすることにより、投影露光レンズのＮＡ（開口数）を、約1．４３から１．５４に大きくすることができ、解像力を７％向上することができる。この効果は露光波長の短波長化に相当し、更に微細なレジストパターンの形成が可能である。

次に本発明の実施例の形態について説明する。
本発明の投影露光装置の一例として、図１に示した装置について説明する。この装置では、光源１を出た光は、第１反射鏡２、インテグレータ３及び第２反射鏡４を経て、光源からの露光用の光を集光する集光レンズ５に照射される。光源１として使用できる露光光には、ｇ線(４５６ｎｍ4)、ｉ線(３６５ｎｍ)、ＫｒＦ(２４８ｎｍ)、ＡｒＦ(１９３ｎｍ)、Ｆ２(１５６ｎｍ)、Ａｒ２、Ｋｒ２エキシマレーザー、電子ビームなどがあり、どれかを選択して使用する。集光系及び投影光学系に使用できるレンズとしては、公知のものが用いられ、例えば数種の光学ガラスからなる複数枚のレンズで構成されたものを用いることができる。

集光レンズ５に照射された光は、ホトマスク６に照射され、ホトマスク６からの透過光をウエハ７上に投影させるための投影光学系８の投影レンズ９を経て、ウエハ７に照射することによって露光される。ホトマスク６としては遮光パターンのみを用い、マスク基板にはガラス基板を使用する。或いは位相シフターを用いた位相シフトマスクを使用することができる。位相シフトマスクとして、シフタ遮光型、エッジ遮光型、エッジ強調型マスクが使用できる。位相シフトマスクに使用できる材料は特に限定はなく、ガラス、ＳＯＧ、ＳｉＯ２等が使用でき、遮光マスクにはＣｒ、ＣｒＯ、ＭｏＳｉ等が使用できる。

本発明では投影レンズ９を含み、投影レンズ系８からウエハ支持部１０までを媒体１１を封入した密閉系１２により密閉する。密閉系１２は投影レンズ系８のなるべく投影レンズ９に近い個所からウエハ支持部１０までを密閉する構造とすることにより、密閉系１２を小さくすることができる。密閉系１２は内部に媒体１１の吸入のために吸入系１３、排出のために排出系１４が設置されており、吸入系１３から入った媒体１１は、排出系１４に向かって流れる（図中、矢印は媒体の流れを示す）。媒体１１の流れは逆でもよく、その場合、排出系１４を吸入側とし、吸入系１３を排出側とする。
密閉系１２に封入される媒体１１としては、投影レンズからの光の入射角をどこまで使用するかによるため、特に規定されないが、屈折率が１．５以上の媒体を使用することが望ましい。例えば、桂皮油、キノリン、フェノール、ベンジルアルコール、テトラリン、ジヨードメタン、また、ヨウ化メチレンや砒素化合物が主成分の液体などの大きい屈折率の媒体のどれかを選択して使用する。本発明はこれら媒体を単独で用いるが、混合が可能で、屈折率が１．５以上に大きくできるのであれば、複数を混合して用いてもよい。例えば、ヨウ化メチレンが主成分の液体と砒素化合物が主成分の液体の成分を調整することにより、屈折率が１．７より大きい媒体が得られる。

本発明の実施例では、投影レンズ９としてはＣａＦ２を用い、投影レンズ９の表面に密閉系内の媒体１１よりも屈折率ｎが大きく、かつ投影レンズ９と屈折率が異なる屈折材料９ａでコーティングする。屈折材料９ａは、例えば真空チャンバー内で、水晶をターゲットとして、アルゴンイオンを照射してスパッタリングすることにより、投影レンズ９の表面に水晶のスパッタリング膜を堆積して形成することができる。水晶のスパッタリング膜は、厚さ０．１〜１．０μmコーティングする。また蒸着法により投影レンズ上に堆積して屈折材料９ａを形成してもよい。
このコーティングされる屈折材料９ａについては、屈折率ｎの好適な範囲は１．５〜３．０であり、媒体１１により自由に変えられることが望ましい。屈折率材料９ａは、水晶以外にも、使用する光源の波長領域に強い吸収のある材料以外であれば可能で、屈折率nが１．５よりも大きい材料としてサファイア、ダイヤモンド、または電気石のスパッタリング膜または蒸着膜を使用することができる。本発明は密閉系の媒体の屈折率に対応して、投影レンズ上の屈折材料を変えることにより、ＮＡ（開口数）を制御することができる。

本発明の実施例では、投影レンズ９としてＣａＦ２を用い、その屈折率が１．５であり、密閉系１２の媒体１１として、屈折率が１．５以上の媒体、例えば、桂皮油を用い、投影レンズ８にコーティングする材料９ａとして、水晶（屈折率１．５４）を用いた。
これらの手段を用いることにより、本実施例ではＮＡ（開口数）を、約1．４３から１．５４と大きくすることが可能になる。開口数ＮＡは、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ（ｎは屈折率、θは最大入射角）で表され、理論的にθは９０°未満で、ｓｉｎ（９０°）＝１とすると、ＮＡは、屈折率ｎの大きさで何倍になるか見積もることが可能で、特許文献１の実屈折率ｎは１．４３であるのに対して、本発明の上記実施例では水晶の屈折率が１．５４であるので、１．５４／１．４３＝１．０７６９倍になる。
その結果としてレジストの解像力を７％向上することができる。

本実施例では、縮小（×０．４、あるいは、×０．５）投影の場合であるが、半導体ＬＳＩ製造に限らず、液晶などの製造工程の露光装置における等倍（×１）、拡大（×１．２５）投影の場合にも適用可能である。ホトマスクとしては、通常用いられている遮光パターンのみのマスクもしくは位相シフターを用いた位相シフトマスクが挙げられる。使用されるレジスト材料は従来のレジストと同様のものを利用できることが望ましい。

本発明の投影露光装置図である。従来の投影露光装置の概略断面図である。

符号の説明

１光源
５集光レンズ
６マスク
７ウエハ
８投影レンズ系
９投影レンズ
９ａ屈折材料
１０ウエハ支持台
１１媒体
１２密閉系

Claims

光源からの露光用の光を集光する集光系と、この集光系からの入射光をウエハ上に結像するホトマスクと、このホトマスクからの透過光をウエハ上に投影する投影光学系と、ウエハを支持する支持部と、少なくとも投影光学系からウエハ支持部までを単体、あるいは、２成分以上からなる媒体で密閉した密閉系を有する投影露光装置であって、
投影レンズの表面に、投影レンズのＮＡ（開口数）を大きくするために前記投影レンズと屈折率の異なる材料でコーティングすることを特徴とする投影露光装置。
投影レンズの表面にコーティングされる材料の屈折率が、前記投影レンズの屈折率よりも大きい材料である請求項１記載の投影露光装置。
投影レンズの表面にコーティングされる材料の屈折率が１．５〜３．０である請求項１または２に記載の投影露光装置。
投影レンズの表面にコーティングされる材料は、水晶、サファイア、ダイヤモンド、または電気石である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の投影露光装置。
前記露光用の光は、ｇ線（４５６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５６ｎｍ）、Ａｒ２、Ｋｒ２エキシマレーザー、電子ビームのどれかである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影露光装置。