JP2587132B2 - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JP2587132B2 JP2302780A JP30278090A JP2587132B2 JP 2587132 B2 JP2587132 B2 JP 2587132B2 JP 2302780 A JP2302780 A JP 2302780A JP 30278090 A JP30278090 A JP 30278090A JP 2587132 B2 JP2587132 B2 JP 2587132B2
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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

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、LSI製造工程で使用される投影露光装置
に関する。
〔従来の技術〕
第9図に従来の投影露光装置の光学系を示す。ランプ
ハウス(1)の前方にミラー(2)を介してフライアイ
レンズ(3)が配置されている。フライアイレンズ
(3)の前方にはアパーチャー(4)が位置し、さらに
集光レンズ(5)、(6)及びミラー(7)を介して所
望の回路パターンが形成された露光用マスク(8)が配
置されている。マスク(8)の前方には投影レンズ系
(9)を介してウエハ(10)が位置している。
アパーチャー(4)は、第10A図及び第10B図に示すよ
うに、中央部に円形の開口部(4a)が形成された円板形
状を有している。
ランプハウス(1)から発した光は、ミラー(2)を
介してフライアイレンズ(3)に至り、フライアイレン
ズ(3)を構成する個々のレンズ(3a)の領域に分割さ
れる。各レンズ(3a)を通過した光は、アパーチャー
(4)の開口部(4a)、集光レンズ(5)、ミラー
(7)及び集光レンズ(6)を介してそれぞれマスク
(8)の露光領域の全面を照射する。このため、マスク
(8)面上では、フライアイレンズ(3)の個々のレン
ズ(3a)からの光が重なり合い、均一な照明がなされ
る。このようにしてマスク(8)を通過した光は投影レ
ンズ系(9)を介してウエハ(10)に至り、これにより
ウエハ(10)表面への回路パターンの焼き付けが行われ
る。
このような投影露光装置における最小解像度Rは、使
用波形をλ、光学系の開口数をNAとして、λ/NAに比例
することが知られている。すなわち、 R∝λ/NA となる。従って、従来は開口数NAが大きくなるように光
学系を設計して投影露光装置の解像度を向上させ、これ
により近年のLSIの高集積化に対応していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、光学系の開口数NAを大きくすると、最
小解像度Rは小さくなるものの、それ以上に投影露光装
置の焦点深度DOFが小さくなることが知られている。こ
の焦点深度DOFはλ/NA2に比例する。すなわち、 DOF∝λ/NA2 と表される。
このため、従来の投影露光装置では、解像度を向上さ
せようとすると、焦点深度が小さくなって転写精度が劣
化するという問題点があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされ
たもので、解像度の向上と焦点深度の拡大を同時に図る
ことのできる投影露光装置を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る投影露光装置は、光源と、光源から発
した光を回路パターンが形成されたマスク上に照射され
る集光レンズ系と、マスクを通過した光をウエハ表面に
集光させる投影レンズ系と、光源と集光レンズ系との間
に配置されると共に光源から発した光を成形するための
透過領域を有し且つ透過領域内の中央部を透過する光と
周辺部を通過する光との間に所定の位相差を生じさせる
アパーチャーとを備えたものである。
アパーチャーとして、透過領域内の周辺部に配置され
ると共にこの周辺部を透過する光と透過領域内の中央部
を透過する光との間に半波長の位相差を生じさせる位相
シフト部材を含むものを用いることができる。
また、アパーチャーとして、透過領域内の中央部に配
置されると共にこの中央部を透過する光と透過領域内の
周辺部を透過する光との間に半波長の位相差を生じさせ
る位相シフト部材を含むものを用いることもできる。
〔作用〕
この発明においては、光源と集光レンズ系との間に配
置されたアパーチャーが、その透過領域により光源から
発した光を成形すると共に透過領域内の中央部を透過す
る光と周辺部を透過する光との間に所定の位相差を生じ
させる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第1図はこの発明の一実施例に係る投影露光装置の光
学系を示す図である。波長λの光を発するランプハウス
(11)の前方にミラー(12)を介してフライアイレンズ
(13)が配置されている。フライアイレンズ(13)の前
方にはアパーチャー(21)が位置し、さらに集光レンズ
(15)、(16)及びミラー(17)を介して所望の回路パ
ターンが形成された露光用マスク(18)が配置されてい
る。マスク(18)の前方には投影レンズ系(19)を介し
てウエハ(20)が位置している。
ランプハウス(11)、ミラー(12)及びフライアイレ
ンズ(13)により光源が形成され、集光レンズ(15)、
(16)及びミラー(17)により集光レンズ系が形成され
ている。
アパーチャー(21)は、第2A図及び第2B図に示すよう
に、中央部に半径Aの円形の開口部(22a)が形成され
た円板形状の外枠(22)と、外枠(22)の開口部(22
a)の周縁部に沿って幅Wで環状に形成された位相シフ
ト部材(23)を有している。外枠(22)は金属等の遮光
部材から形成され、その開口部(22a)がランプハウス
(11)からの光を透過する透過領域Dを構成している。
また、位相部材(23)は例えばSiO2から形成され、位相
部材(23)が存在しない開口部(22a)の中央部を通過
する光と位相部材(23)を透過する光との間に半波長λ
/2の位相差が生じるような厚さに形成されている。
次に、この実施例の動作について説明する。まず、ラ
ンプハウス(11)から発した光は、ミラー(12)を介し
てフライアイレンズ(13)に至り、フライアイレンズ
(13)を構成する個々のレンズ(13a)の領域に分割さ
れる。各レンズ(13a)を通過した光は、アパーチャー
(21)の透過領域D、集光レンズ(15)、ミラー(17)
及び集光レンズ(16)を介してそれぞれマスク(18)の
露光領域の全面を照射する。このため、マスク(18)面
上では、フライアイレンズ(13)の個々のレンズ(13
a)からの光が重なり合い、均一な照明がなされる。こ
のようにしてマスク(18)を通過した光は投影レンズ系
(19)を介してウエハ(20)に至り、これによりウエハ
(20)表面への回路パターンの焼き付けが行われる。
ここで、アパーチャー(21)の透過領域Dの周縁部に
位相シフト部材(23)が形成されているので、第1図に
おいてアパーチャー(21)の位相シフト部材(23)を透
過した光L2及びL3は透過領域Dの中央部を通過した光L1
に対して位相が反転している。従って、これらの光L1〜
L3がウエハ(20)の表面で集光したとき、位相が反転し
ている光L2及びL3は光L1と干渉して打ち消し合う。
第3A図にベストフォーカス時のウエハ(20)の表面に
おける光強度分布(24)を示す。アパーチャー(21)が
位相シフト部材(23)を備えていなければ破線で示す分
布(25)になるところが、この実施例ではアパーチャー
(21)が位相シフト部材(23)を有するために位相シフ
ト部材(23)を透過した光L2及びL3の反転成分(26)に
より打ち消されて実線で示される分布(24)となる。こ
のようにベストフォーカス時には、位相シフト部材(2
3)を設けたために光強度が全体的に減少するが、光強
度分布の形状はほとんど劣化しないことがわかる。
一方、第4図に示すようなデフォーカス時には、ウエ
ハ(20)表面において光L1〜L3が一点に収束しない。従
って、第3B図に一点鎖線で示すように位相シフト部材
(23)を透過した光L2及びL3の反転成分(29)及び(3
0)は光L1の強度分布の中心から離れた周辺部にのみ分
布することとなる。このため、アパーチャー(21)が位
相シフト部材(23)を備えていない場合の分布(28)の
周辺部が光L2及びL3の反転成分(29)及び(30)によっ
て打ち消され、実際には実線で示す光強度分布(27)と
なる。このようにデフォーカス時には、位相シフト部材
(23)を設けたために、ボケた像の周辺部の光強度のみ
減少され、像のコントラストが大幅に改善される。その
結果、実効的に焦点深度DOFの拡大がなされる。
以上のように、第1図の投影露光装置では、開口数NA
を大きくして解像度を向上させながらも焦点深度DOFの
拡大を図ることができる。
アパーチャー(21)の透過領域Dの半径Aに対する位
相シフト部材(23)の幅Wの比率W/Aを変化させてウエ
ハ(20)表面における光学像のコントラストをシミュレ
ートしたところ、第5図に示すような結果が得られた。
第5図の横軸はフォーカスの度合いを示し、図の右方へ
向かうほどデフォーカスとなる。また、縦軸は第3A図に
示すように光学像の最大強度Ipの25%、すなわち強度Ip
/4の分布の幅Bを示している。また、第5図においてB0
は回路パターンの転写を行う際の光学像の幅の許容値の
一例を示し、正確な転写を行うためにはこの許容値B0
下の幅Bの光学像を用いる必要がある。
W/A=0、すなわち位相シフト部材(23)を設けない
場合には、破線(31)で示されるようにデフォーカスに
なるに従って光学像の幅Bは急激に大きくなりコントラ
ストが低下する。W/A=5%の場合には、実線(32)で
示されるようにある程度デフォーカスになっても光学像
はベストフォーカス時の幅Bとほとんど変わらず一定の
値を示し、その後大きくなって許容値B0を越える。ま
た、W/A=10%の場合には、一点鎖線(33)で示される
ようにデフォーカスになるに従って光学像の幅Bは一旦
小さくなり、その後許容値B0を越えて大きくなる。
このシミュレーション結果から、デフォーカスに対し
ても高精度で且つ安定した転写を行うためには、W/A=
5%程度のアパーチャー(21)を用いることが効果的で
あることがわかる。
尚、位相シフト部材(23)が透過領域Dの中央部を透
過する光と周辺部を透過する光との間に生じさせる位相
差は半波長に限るものではないが、上記実施例のように
半波長の場合が焦点深度DOFの拡大には最も効果的であ
る。
また、第6図に示されるように、外枠(42)及び位相
シフト部材(43)が一つの石英基板(44)上に形成され
たアパーチャー(41)を用いてもよい。この場合、石英
基板(44)上にSiO2を蒸着することにより位相シフト部
材(43)を容易に形成することができる。
さらに、第7A図及び第7B図に示されるアパーチャー
(51)のように、外枠(52)に形成された円形の開口部
(52a)の中央部に円形の位相シフト部材(53)を形成
してもよい。この位相シフト部材(53)は石英基板(5
4)上に形成される。このアパーチャー(51)では、第2
A図及び第2B図に示したアパーチャー(21)とは逆に、
透過領域Dの中央部を透過した光が周辺部を透過した光
に対して位相反転されるが、その効果が同様である。
第8図に示されるアパーチャー(61)のように、透過
領域Dの表面及び裏面にそれぞれ反射防止膜(65)及び
(66)を形成すれば、迷光を低減することができる。こ
のアパーチャー(61)では、石英基板(64)上に外枠
(62)及び位相シフト部材(63)を形成した後、外部に
露出している位相シフト部材(63)及び石英基板(64)
の上に例えばMgF2からなる反射防止膜(65)及び(66)
が形成される。反射防止膜は透過領域の表面及び裏面の
いずれか一方にのみ形成してもよい。
また、第8図では第6図に示した構造のアパーチャー
に反射防止膜を設けたが、上述したいずれの構造のアパ
ーチャーに設けても同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明に係る投影露光装置
は、光源と、光源から発した回路をパターンが形成され
たマスク上に照射させる集光レンズ系と、マスクを通過
した光をウエハ表面に集光させる投影レンズ系と、光源
と集光レンズ系との間に配置されると共に光源から発し
た光を成形するための透過領域を有し且つ透過領域内の
中央部を透過する光と周辺部を透過する光との間に所定
の位相差を生じさせるアパーチャーとを備えているの
で、解像度を向上させつつ焦点深度の拡大を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る投影露光装置の光学
系を示す図、第2A図及び第2B図はそれぞれ第1図の実施
例で用いられたアパーチャーを示す平面図及び断面図、
第3A図及び第3B図はそれぞれベストフォーカス時及びデ
フォーカス時のウエハ表面における光強度分布を示す
図、第4図はデフォーカス時のウエハ表面を示す拡大
図、第5図はアパーチャーの位相シフト部材の幅を変化
させたときのウエハ表面における光学像のコントラスト
をシミュレートした結果を示す図、第6図、第7A図、第
7B図及び第8図はそれぞれ他の実施例で用いられるアパ
ーチャーを示す図、第9図は従来の投影露光装置の光学
系を示す図、第10A図及び第10B図はそれぞれ第9図の装
置で用いられたアパーチャーを示す平面図及び断面図で
ある。 図において、(11)はランプハウス、(12)及び(17)
はミラー、(13)はフライアイレンズ、(15)及び(1
6)は集光レンズ、(18)はマスク、(19)は投影レン
ズ系、(20)はウエハ、(21)、(41)、(51)及び
(61)はアパーチャー、(23)、(43)、(53)及び
(63)は位相シフト部材である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、 前記光源から発した光を回路パターンが形成されたマス
    ク上に照射させる集光レンズ系と、 前記マスクを通過した光をウエハ表面に集光させる投影
    レンズ系と、 前記光源と前記集光レンズ系との間に配置されると共に
    前記光源から発した光を成形するための透過領域を有し
    且つ前記透過領域内の中央部を透過する光と周辺部を透
    過する光との間に所定の位相差を生じさせるアパーチャ
    ーと を備えたことを特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項2】前記アパーチャーは、前記透過領域内の周
    辺部に配置されると共にこの周辺部を透過する光と前記
    透過領域内の中央部を透過する光との間に半波長の位相
    差を生じさせる位相シフト部材を含む請求項1記載の投
    影露光装置。
  3. 【請求項3】前記アパーチャーは、前記透過領域内の中
    央部に配置されると共にこの中央部を透過する光と前記
    透過領域内の周辺部を透過する光との間に半波長の位相
    差を生じさせる位相シフト部材を含む請求項1記載の投
    影露光装置。
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JPH0690507B2 (ja) * 1986-02-17 1994-11-14 株式会社日立製作所 ホトマスク,及びそれを用いた投影露光方法、並びにホトマスクの製造方法

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久保田広他編 「光学技術ハンドブック」朝倉書店昭和43年10月25日発行)第145−182頁

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