JP2006210554A - 露光装置、照度分布補正フィルター、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レチクルに照射する光の照度の均一性低下を容易に補正することができる露光装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る露光装置は、光源１と、光源１から光が照射されるレチクルを保持するレチクル保持部２８と、レチクル保持部２８と光源１の間に配置されたフライアイレンズ２２と、フライアイレンズ２２とレチクル保持部２８の間に配置され、レチクルに照射される光の照度分布を平坦化する第1の照度分布補正フィルター３０とを具備する。第１の照度分布補正フィルター３０の全面における光透過率分布は、第１の照度分布補正フィルター３０が無い状態におけるレチクル全面の光の照度分布とは逆の分布を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置、照度分布補正フィルター、及び半導体装置の製造方法に関する。特に本発明は、レチクルに照射する光の照度の均一性低下を容易に補正することができる露光装置、照度分布補正フィルター、及び半導体装置の製造方法に関する。

図５は、従来の露光装置の構成を説明する為の概略図である。この露光装置は、光源１００として、超高圧水銀ランプ１０１、楕円鏡１０２、コールドミラー１０３、及びコリメーションレンズ１０４を有している。超高圧水銀ランプ１０１の光は、楕円鏡１０２で集光され、更にコールドミラー１０３で反射された後、コリメーションレンズ１０４によって平行光束に変換される。その後、平行光束は、干渉フィルター１１１に入射する。干渉フィルター１１１は、所定の波長の光のみを透過させる。その後、平行光束は、照度分布補正フィルター１１２によって照度分布が補正された後、複数のレンズ素子１１３ａを有するフライアイレンズ１１３、反射鏡１１４、及びコンデンサーレンズ１１５を経由して、レチクル保持部１１６に保持されたレチクルに照射される。

フライアイレンズ１１３を設けない場合、レチクルに照射される光の照度は、レチクル中心部において高く、レチクル周辺部に行くにつれて低くなる。フライアイレンズ１１３は、レチクルに照射される光の照度の均一性を高くして、レチクルの回路パターンを忠実に投影露光するために設けられる。また、図５に示す露光装置では、フライアイレンズ１１３の前に照度分布補正フィルター１１２が配置されているため、レチクルに照射される光の照度の均一性が更に高くなる。

図６（Ａ）は、照度分布補正フィルター１１２の平面概略図である。照度分布補正フィルター１１２には、複数の補正素子１１２ａが、フライアイレンズ１１３の複数のレンズ素子１１３ａそれぞれに対応する位置に設けられている。なお、複数の補正素子１１２ａそれぞれは、照度分布補正フィルター１１２の石英基板にクロムのドットパターンを設けることにより形成される。

図６（Ｂ）は、照度分布補正フィルター１１２が有する補正素子１１２ａの平面図であり、図６（Ｃ）は、照度分布補正フィルター１１２のＡ−Ａ断面における光の透過率分布を示すグラフである。クロムのドットパターンは、補正素子１１２ａの中央から周辺部に向かうにつれて徐々に密になっていく。このため、補正素子１１２ａの光の透過率分布は滑らかな勾配を有し、中央部分で高く、周辺部に行くにつれて低くなっている。

図７（Ａ）は、照度分布補正フィルター１１２を設けない状態における、レンズ素子１１３ａに入射する光の照度分布を示すグラフである。図７（Ｂ）は、照度分布補正フィルター１１２の補正素子１１２ａを透過した後の光の照度分布を示すグラフである。図７（Ａ）に示すように、レンズ素子１１３ａに入射する光の照度分布は滑らかな勾配を有しており、レンズ素子１１３ａの中心部分で低く、周辺部分に行くにつれて高くなる。これに対し、図６（Ｃ）に示したように、補正素子１１２ａの光の透過率は、中央部分が高く、周辺部に行くにつれて低くなっている。このため、図７（Ｂ）に示すように、照度分布補正フィルター１１２を設けることにより、レンズ素子１１３ａに入射する光の照度の均一性は高くなる。この結果、レチクルに照射する光の照度の均一性は高くなる（例えば特許文献１参照）。
特開昭６４−４２８２１号公報（図１）

光源が劣化した場合に例示されるように、フライアイレンズのレンズ素子に入射する光の照度が、部分的に急峻に変化する場合がある（例えば図８（Ａ）参照）。このような場合、フライアイレンズの前に、滑らかな光透過率分布を有する照度分布補正フィルターを配置するのみでは、図８（Ｂ）に示すように、照度の急峻な変化が補正され切れず、レチクルに照射する光の照度の均一性が低下してしまう。

これに対し、フライアイレンズの前に配置する照度分布補正フィルターにおいて、所定の補正素子の光透過率分布を調整することにより、部分的に急峻に変化する照度分布を補正する方法が考えられる。しかし、フライアイレンズのレンズ素子それぞれを透過した光が重なり合った結果が、レチクルに照射する光になる。このため、部分的に急峻に変化する照度分布を補正するための最適な透過率分布を有する照度分布補正フィルターを形成することは、非常に困難であった。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、レチクルに照射する光の照度の均一性低下を容易に補正することができる露光装置、照度分布補正フィルター、及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る露光装置は、光源と、
前記光源から光が照射されるレチクルを保持するレチクル保持部と、
前記レチクル保持部と前記光源の間に配置されたフライアイレンズと、
前記フライアイレンズと前記レチクル保持部の間に配置され、前記レチクルに照射される光の照度分布を平坦化する第1の照度分布補正フィルターと、
を具備し、前記第１の照度分布補正フィルターの全面における光透過率分布は、該第１の照度分布補正フィルターが無い状態における前記レチクル全面の光の照度分布とは略逆の分布を有する。

この露光装置によれば、フライアイレンズの後方に、第１の照度補正部材を配置している。第１の照度補正部材の全面における光透過率分布は、第１の照度分布補正フィルターが無い状態における前記レチクル全面の光の照度分布とは略逆の分布を有する。従って、レチクルに照射する光の照度の均一性低下を容易に補正することができる。

第１の照度分布補正フィルターの光透過率分布を示すグラフは、鋭角な部分を有していてもよい。このようにすると、照度分布補正フィルターが無い状態におけるレチクル全面の光の照度分布が、部分的に急峻に変化していても、レチクルに照射する光の照度の均一性低下を容易に補正することができる。

第１の照度分布補正フィルターは、光を透過する基板の上に遮光性を有するドットを複数設けることにより形成され、該ドットの密度を変化させることにより、光透過率に分布が設けられているのが好ましい。

フライアイレンズと第１の照度分布補正フィルターの間に配置された集光レンズを更に具備する場合、第１の照度分布補正フィルターは、集光レンズの後側焦点又はその近傍に配置されているのが好ましい

光源とフライアイレンズの間に配置された第２の照度分布補正フィルターを更に具備し、第２の照度分布補正フィルターは、前記フライアイレンズが有する複数のレンズ素子それぞれに対応した複数の補正素子を具備していてもよい。

本発明に係る照度分布補正フィルターは、露光装置のレチクルにおける光の照度分布を平坦化する照度分布補正フィルターであって、全面における光透過率分布が、該照度分布補正フィルターが無い場合における前記レチクル全面での光の照度分布とは略逆の分布を有する。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上又はその上方に形成された薄膜上に、感光性膜を塗布する工程と、
露光装置を用いて前記感光性膜を露光する工程と、
露光した前記感光性膜を現像してパターンを形成する工程と、
を具備し
前記露光装置は、
光源と、
前記光源からの光が照射されるレチクルと、
前記レチクルと前記光源の間に配置されたフライアイレンズと、
前記フライアイレンズと前記レチクルの間に配置され、前記光の照度分布を平坦化する第1の照度分布補正フィルターと、
を具備し、前記第１の照度分布補正フィルターの全面における光透過率分布が、該照度分布補正フィルターが無い状態における前記レチクル全面での光の照度分布とは略逆の分布を有している。

この半導体装置の製造方法によれば、フォトレジスト膜を露光する工程において、レチクルに照射される光の均一性が高いため、レチクルが有するパターンを正確にフォトレジスト膜に投影することができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る露光装置の光学的な構成を説明する為の概略図である。この露光装置は、半導体装置の製造工程に用いられる。

光源１は、超高圧水銀ランプ１１、楕円鏡１２、コールドミラー１３、及びコリメーションレンズ１４を有する。超高圧水銀ランプ１１で発生した光束は、楕円鏡１２によって反射集光され、その後、コールドミラー１３によって、コリメーションレンズ１４に入射する方向に反射される。そして、光束は、コリメーションレンズ１４によって平行光束に変換される。

平行光束は、その後、干渉フィルター２１に入射する。干渉フィルター２１では、所定の波長域を有する光束のみが透過する。その後、平行光束は、フライアイレンズ２２に入射する。

フライアイレンズ２２は、複数のレンズ素子２２ａの集合体である。フライアイレンズ２２から射出した光束は、集光レンズ２３によって集光される。なお、フライアイレンズ２２のレンズ素子２２ａそれぞれから射出した光束は、それぞれ照度の分布を有しているが、レチクルに照射されるまでに互いに重なり合うため、光束全体での光の照度分布は、ある程度平均化される。

集光レンズ２３の後側焦点位置には、照度分布補正フィルター３０及び視野絞り２４が配置されている。照度分布補正フィルター３０は、集光レンズ２３から射出した光の照度分布を補正するために配置されている。照度分布補正フィルター３０によって照度分布が補正された光束は、視野絞り２４の開口部を通過後、第１リレーレンズ２５、反射鏡２６、及び第２リレーレンズ２７を経由して、レチクル保持部２８に保持されたレチクルを照射する。レチクルに照射された光は、所定の回路パターンを有する像を形成する。この像が、上記したフォトレジスト膜に転写されることにより、レジストパターンが形成される。

次に、図２を用いて、照度分布補正フィルター３０の光透過率の分布を説明する。照度分布補正フィルター３０の光透過率の分布は、照度分布補正フィルター３０を配置しない状態、すなわち補正前のレチクル全面における光の照度分布とは逆の分布を有している。

図２（Ａ）は、補正前のレチクル全面における光の照度分布の一例を示すグラフである。本図に示す例において、光の照度を示すグラフは、周辺部から中央部に向かうにつれて滑らかに低くなっているが、部分的に急峻に低下した、鋭角な凹部を有している。

図２（Ｂ）は、照度分布補正フィルター３０の平面概略図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）のＡ−Ａ断面における照度分布補正フィルター３０の光透過率分布を示すグラフである。図２（Ｂ）に示すように、照度分布補正フィルター３０は、石英基板にクロムを真空蒸着し、このクロムをドットパターン状にパターニングすることにより形成される。クロムのドットパターンの密度は、補正前のレチクルにおける光照度に応じて調整される。すなわち、レチクルの光照度が高い部分に対応する領域では、ドットパターンの密度は高く、レチクルの光照度が低い部分に対応する領域では、ドットパターンの密度は低い。このようにすることにより、図２（Ｃ）に示すように、照度分布補正フィルター３０の透過率分布は、補正前のレチクル全面における光の照度分布とは逆の分布を有する。詳細には、照度分布補正フィルター３０の透過率分布は、周辺部から中央部に向かうにつれて滑らかに高くなっているが、部分的に急峻に上昇した、鋭角な凸部を有している。

図２（Ｄ）は、補正前の光の照度分布が図２（Ａ）のような分布を有している露光装置に、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す照度分布補正フィルター３０を用いた場合における、レチクル全面での光の照度分布を示すグラフである。本図に示すように、補正前の光の照度が部分的に急峻に変化している場合でも、照度分布補正フィルター３０をフライアイレンズ２２の後方に配置することにより、照度の急峻な変化が、透過率の急峻な変化により相殺される。この結果、レチクルに照射する光の照度は、均一性が高くなる。

次に、本実施形態に係る露光装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する。まず、シリコン基板（図示せず）上又はシリコン基板の上方に、薄膜（例えばポリシリコン膜、層間絶縁膜、又はＡｌ合金膜：いずれも図示せず）が、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により形成される。次いで、この薄膜上に、フォトレジスト膜（図示せず）が塗布される。次いで、本実施形態に係る露光装置を用いて、フォトレジスト膜を露光する。レチクルに照射される光の照度の均一性が高いため、レチクルの回路パターンがフォトレジスト膜に正確に露光される。次いで、フォトレジスト膜を現像することにより、レジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして、上記した薄膜を処理し、パターニングする。

以上、第１の実施形態によれば、光路におけるフライアイレンズ２２の後方に、照度分布補正フィルター３０を配置している。照度分布補正フィルター３０の光の透過率分布は、補正前のレチクル全面における光の照度分布とは逆の分布を有している。このため、補正前の光の照度分布が部分的に急峻に変化している場合においても、照度分布補正フィルター３０によってこの変化が相殺され、レチクル保持部２８での光の照度の均一性が高くなる。従って、レチクルの回路パターンがフォトレジスト膜に正確に露光される。

また、照度分布補正フィルター３０の光の透過率分布を、クロムのドットパターンの粗密で調整するようにしたため、光の透過率分布において、急峻に変化する部分を容易に形成することができる。

図３は、第２の実施形態に係る露光装置の光学的な構成を説明する為の概略図である。この露光装置の構成は、干渉フィルター２１とフライアイレンズ２２の間に、第２の照度分布補正フィルター４０を配置した点を除いて、第１の実施形態と同一である。また、この露光装置を使用して半導体装置を製造する方法も、第１の実施形態と同一である。以下、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

図４（Ａ）は、第２の照度分布補正フィルター４０の平面概略図である。第２の照度分布補正フィルター４０は複数の補正素子４０ａを有する。複数の補正素子４０ａそれぞれは、フライアイレンズ２２のレンズ素子２２ａそれぞれに対応している。なお、複数の補正素子４０ａそれぞれは、第２の照度分布補正フィルター４０の石英基板にクロムのドットパターンを設けることにより形成されている。

図４（Ｂ）は、補正素子４０ａの平面概略図であり、図４（Ｃ）は、補正素子４０ａのＡ−Ａ断面における光の透過率分布を示すグラフである。クロムのドットパターンは、補正素子４０ａの中央から周辺部に向かうにつれて徐々に密になっていく。このため、補正素子４０ａの光の透過率分布は滑らかな勾配を有し、中央部分で高く、周辺部に行くにつれて低くなっている。

一方、フライアイレンズ２２のレンズ素子２２ａそれぞれに入射する光の照度は、補正前において、レンズ素子２２ａの中央部分で低く、周辺部に行くにつれて滑らかに高くなっていく。このような分布は、第２の照度分布補正フィルター４０を配置することにより、補正して均一化することができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同一の効果を得ることができる。また、干渉フィルター２１とフライアイレンズ２２の間に、第２の照度分布補正フィルター４０を配置したため、レチクルに照射する光の照度の均一性が、更に向上する。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記した露光装置は、フォトレジスト膜ではなく感光性のポリイミド膜を露光する装置であってもよい。

第１の実施形態に係る露光装置の光学的な構成を説明する為の概略図。 （Ａ）は補正前の光の照度分布の一例を示すグラフ、（Ｂ）は照度分布補正フィルター３０の平面概略図、（Ｃ）は照度分布補正フィルター３０の光透過率分布を示すグラフ、（Ｄ）は補正後の光の照度分布を示すグラフ。 第２の実施形態に係る露光装置の光学的な構成を説明する為の概略図。 （Ａ）は第２の照度分布補正フィルター４０の平面概略図、（Ｂ）は補正素子４０ａの平面概略図、（Ｃ）は補正素子４０ａのＡ−Ａ断面における光の透過率分布を示すグラフ。 従来の露光装置の構成を説明する為の概略図。 （Ａ）は照度分布補正フィルター１１２の平面概略図、（Ｂ）は補正素子１１２ａの平面図、（Ｃ）は照度分布補正フィルター１１２の光の透過率分布を示すグラフ。 （Ａ）は照度分布補正フィルター１１２を設けない状態における、レンズ素子１１３ａに入射する光の照度分布を示すグラフ、（Ｂ）は照度分布補正フィルター１１２の補正素子１１２ａを透過した後の光の照度分布を示すグラフ。 （Ａ）はフライアイレンズのレンズ素子に入射する光の照度が、部分的に急峻に変化する例を示すグラフ、（Ｂ）はレチクルに照射する光の照度の均一性が低下する例を示すグラフ。

符号の説明

１，１００…光源、１１，１０１…超高圧水銀ランプ、１２，１０２…楕円鏡、１３，１０３…コールドミラー、１４，１０４…コリメーションレンズ、２１，１１１…干渉フィルター、２２，１１３…フライアイレンズ、２２ａ，１１３ａ…レンズ素子、２３…集光レンズ、２４…視野絞り、２５…第１リレーレンズ、２６，１１４…反射鏡、２７…第２リレーレンズ、２８，１１６…レチクル保持部、３０，１１２…照度分布補正フィルター、４０…第２の照度補正フィルター、４０ａ，１１２ａ…補正素子、１１５…コンデンサーレンズ

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源から光が照射されるレチクルを保持するレチクル保持部と、
   前記レチクル保持部と前記光源の間に配置されたフライアイレンズと、
   前記フライアイレンズと前記レチクル保持部の間に配置され、前記レチクルに照射される光の照度分布を平坦化する第1の照度分布補正フィルターと、
   を具備し、前記第１の照度分布補正フィルターの全面における光透過率分布は、該第１の照度分布補正フィルターが無い状態における前記レチクル全面の光の照度分布とは略逆の分布を有する露光装置。
2. 前記第１の照度分布補正フィルターの光透過率分布を示すグラフは、鋭角な部分を有する請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１の照度分布補正フィルターは、光を透過する基板の上に遮光性を有するドットを複数設けることにより形成され、該ドットの密度を変化させることにより、光透過率に分布が設けられている請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記フライアイレンズと前記第１の照度分布補正フィルターの間に配置された集光レンズを更に具備し、
   前記第１の照度分布補正フィルターは、前記集光レンズの後側焦点又はその近傍に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
5. 前記光源と前記フライアイレンズの間に配置された第２の照度分布補正フィルターを更に具備し、
   前記第２の照度分布補正フィルターは、前記フライアイレンズが有する複数のレンズ素子それぞれに対応した複数の補正素子を具備する請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
6. 露光装置のレチクルにおける光の照度分布を平坦化する照度分布補正フィルターであって、全面における光透過率分布が、該照度分布補正フィルターが無い場合における前記レチクル全面での光の照度分布とはほぼ逆の分布を有する照度分布補正フィルター。
7. 半導体基板上又はその上方に形成された薄膜上に、感光性膜を塗布する工程と、
   露光装置を用いて前記感光性膜を露光する工程と、
   露光した前記感光性膜を現像してパターンを形成する工程と、
   を具備し、
   前記露光装置は、
   光源と、
   前記光源からの光が照射されるレチクルと、
   前記レチクルと前記光源の間に配置されたフライアイレンズと、
   前記フライアイレンズと前記レチクルの間に配置され、前記光の照度分布を平坦化する第1の照度分布補正フィルターと、
   を具備し、前記第１の照度分布補正フィルターの全面における光透過率分布が、該照度分布補正フィルターが無い状態における前記レチクル全面での光の照度分布とは略逆の分布を有している、半導体装置の製造方法。

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