JP2876616B2 - 投影露光装置 - Google Patents
投影露光装置Info
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- JP2876616B2 JP2876616B2 JP1054471A JP5447189A JP2876616B2 JP 2876616 B2 JP2876616 B2 JP 2876616B2 JP 1054471 A JP1054471 A JP 1054471A JP 5447189 A JP5447189 A JP 5447189A JP 2876616 B2 JP2876616 B2 JP 2876616B2
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- optical system
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- projection optical
- projection
- exposure apparatus
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-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子や液晶素子等を製造するため
に、マスクに形成された原画パターンを感応基板上に投
影露光する装置に関するものである。
に、マスクに形成された原画パターンを感応基板上に投
影露光する装置に関するものである。
半導体素子の製造においては年々微細化と高集積化が
進み、1Mbitメモリ、4Mbitメモリと増々線幅の細いリソ
グラフィ工程が要求されてきている。
進み、1Mbitメモリ、4Mbitメモリと増々線幅の細いリソ
グラフィ工程が要求されてきている。
この要求に答えるべく、現在リソグラフィ工程で使わ
れる露光装置は、縮小投影型露光装置（ステッパー）が
主流である。特に原画パターンを有するレチクルを1/5
縮小投影レンズで15×15mm角程度に縮小してウェハ上の
レジスト層に露光する方法が多用されている。
れる露光装置は、縮小投影型露光装置（ステッパー）が
主流である。特に原画パターンを有するレチクルを1/5
縮小投影レンズで15×15mm角程度に縮小してウェハ上の
レジスト層に露光する方法が多用されている。
このステッパーの投影レンズは年々、解像力を上げる
ために高開口数（N.A.）化され、露光用照明光の波長が
436nm（ｇ線）のとき、N.A.＝0.48程度のものが実用化
されている。
ために高開口数（N.A.）化され、露光用照明光の波長が
436nm（ｇ線）のとき、N.A.＝0.48程度のものが実用化
されている。
このように投影レンズの開口数を大きくすることは、
それに応じて実効的な焦点深度が小さくなることを意味
し、N.A.＝0.48にした投影レンズの焦点深度は、例えば
±0.8μｍ以下である。すなわち、ウェハ上の１つのシ
ョット領域を15×15mm角とすると、この領域全体の表面
（レジスト層）が、投影レンズの最良結像面に対して±
0.8μｍ以内（望ましくは±0.2μｍ以内）に正確に位置
決めされなければならない。
それに応じて実効的な焦点深度が小さくなることを意味
し、N.A.＝0.48にした投影レンズの焦点深度は、例えば
±0.8μｍ以下である。すなわち、ウェハ上の１つのシ
ョット領域を15×15mm角とすると、この領域全体の表面
（レジスト層）が、投影レンズの最良結像面に対して±
0.8μｍ以内（望ましくは±0.2μｍ以内）に正確に位置
決めされなければならない。
そこで投影レンズの焦点深度の不足に対応するため
に、投影レンズに対してウェハを光軸方向に変位させつ
つ、同一レチクルのパターンを多重露光する方法が提案
されている。
に、投影レンズに対してウェハを光軸方向に変位させつ
つ、同一レチクルのパターンを多重露光する方法が提案
されている。
この方法は、投影レンズのみかけ上の焦点深度を増大
させることになり、１つの有効な露光方法である。
させることになり、１つの有効な露光方法である。
この多重焦点露光方法は、ベストフォーカスのコント
ラストは若干低下させるものの、広い焦点範囲に渡って
コントラストを保証しようとするものである。この方法
は実験等の結果から、レチクルのパターン面がほとんど
暗部（遮へい部）であり、その中に矩形の開口部（透過
部）が散在するような、所謂コンタクトホール工程用の
パターンに対しては有効であるが、その他のパターン、
特に明暗の直線状のパターンが繰返されるような配線層
等のレチクルパターンに対してはコンタクトホルの場合
ほどには有効でないのが現状である。
ラストは若干低下させるものの、広い焦点範囲に渡って
コントラストを保証しようとするものである。この方法
は実験等の結果から、レチクルのパターン面がほとんど
暗部（遮へい部）であり、その中に矩形の開口部（透過
部）が散在するような、所謂コンタクトホール工程用の
パターンに対しては有効であるが、その他のパターン、
特に明暗の直線状のパターンが繰返されるような配線層
等のレチクルパターンに対してはコンタクトホルの場合
ほどには有効でないのが現状である。
さらに、多重焦点露光方法の最も大きな問題点は、シ
ョット露光中（１つの露光領域に対して最適な露光量が
与え終るまでの間）に、ウェハを正確に上下動させる必
要があることから、スループットが極端に低下すること
である。
ョット露光中（１つの露光領域に対して最適な露光量が
与え終るまでの間）に、ウェハを正確に上下動させる必
要があることから、スループットが極端に低下すること
である。
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、
より微細なパターンを投影光学系の開口数の極端な増
大、照明光の極端な短波長化を計ることなく転写可能に
することを第１の目的とする。
より微細なパターンを投影光学系の開口数の極端な増
大、照明光の極端な短波長化を計ることなく転写可能に
することを第１の目的とする。
さらに本発明は、コンタクトホール以外のほとんどの
パターンに対しても、多重焦点露光法と同等に見かけ上
の焦点深度を広げた効果が十分に得られ、かつスループ
ットが高くなるような装置を得ることを第２の目的とす
る。
パターンに対しても、多重焦点露光法と同等に見かけ上
の焦点深度を広げた効果が十分に得られ、かつスループ
ットが高くなるような装置を得ることを第２の目的とす
る。
本発明では、マスク（又はレチクル）のパターンのウ
ェハ上に投影露光するための投影光学系に、予め設計さ
れた球面収差特性をもたせるようにした。球面収差は、
従来の装置では単に極力小さくするように設計されてい
た。
ェハ上に投影露光するための投影光学系に、予め設計さ
れた球面収差特性をもたせるようにした。球面収差は、
従来の装置では単に極力小さくするように設計されてい
た。
本発明では、球面収差量をウェハ上の感光層に露光さ
れた像のコントラストを考慮し、このコントラスラスト
を極端に悪化させない範囲で球面収差をもたせるように
設計した。
れた像のコントラストを考慮し、このコントラスラスト
を極端に悪化させない範囲で球面収差をもたせるように
設計した。
球面収差を残した投影光学系は、像コントラストの点
で若干劣るものの、見かけ上の焦点深度を拡大させるこ
とができる。
で若干劣るものの、見かけ上の焦点深度を拡大させるこ
とができる。
従来、球面収差を残すことは、像質上のコントラスト
低下を招くために極力さけられてきた。しかしながら、
高N.A.化された投影光学系が実用的に使える段階になっ
てくると、焦点深度に関する問題がクローズアップされ
てきた。
低下を招くために極力さけられてきた。しかしながら、
高N.A.化された投影光学系が実用的に使える段階になっ
てくると、焦点深度に関する問題がクローズアップされ
てきた。
この焦点深度に対する要求は、ウェハ上の１つのショ
ット領域表面のわずかな傾斜、うねり、又は凹凸の程度
と、焦点深度とが接近してきたことにも原因がある。
ット領域表面のわずかな傾斜、うねり、又は凹凸の程度
と、焦点深度とが接近してきたことにも原因がある。
第３図は本発明の実施例に好適な投影型露光装置（ス
テッパー）の構成を示す斜視図である。このステッパー
の基本構成は、例えば特開昭62−145730号公報に開示さ
れたものと同様であるので、以下簡単に説明する。
テッパー）の構成を示す斜視図である。このステッパー
の基本構成は、例えば特開昭62−145730号公報に開示さ
れたものと同様であるので、以下簡単に説明する。
露光用光源２からの照明光は、レチクルブラインド
（照明視野絞り）等を有する照明光学系４を通り、レチ
クルステージ６上の１枚のレチクルを照明する。レチク
ルステージ６には、ここでは４枚のレチクルR1、R2、
R3、R4が同時に載置可能で、ｘ、ｙ方向に２次元移動す
る。これレチクルステージ６には、位置計測用のレーザ
干渉計10からのレーザビームを反射する移動鏡8x、8yが
互いに直角に固定されている。レチクルアライメント系
12はレチクルのアライメントマーク（レチクルマーク）
を検出するとともに、ウェハＷ上のアライメントマーク
（ウェハマーク）も検出可能に設けられる。このため、
アライメント系12は４枚のうちの１枚のレチクルを装置
に対して位置決めする場合、あるいはレチクルマークと
ウェハマークを同時に検出してダイ・バイ・ダイアライ
メントする場合の両方に利用できる。尚、第３図ではア
ライメント系12は１ヶ所にしか設けられていないが、各
レチクル上の複数ヶ所にマークが設けられる場合、又は
ウェハ上のショット領域の複数ヶ所にマークが設けられ
る場合アライメント系12はそれらマークの位置に対応し
て複数ヶ所に配置されている。レチクルマーク、又はウ
ェハマークの光電検出は、マーク検出系14によって行な
われる。
（照明視野絞り）等を有する照明光学系４を通り、レチ
クルステージ６上の１枚のレチクルを照明する。レチク
ルステージ６には、ここでは４枚のレチクルR1、R2、
R3、R4が同時に載置可能で、ｘ、ｙ方向に２次元移動す
る。これレチクルステージ６には、位置計測用のレーザ
干渉計10からのレーザビームを反射する移動鏡8x、8yが
互いに直角に固定されている。レチクルアライメント系
12はレチクルのアライメントマーク（レチクルマーク）
を検出するとともに、ウェハＷ上のアライメントマーク
（ウェハマーク）も検出可能に設けられる。このため、
アライメント系12は４枚のうちの１枚のレチクルを装置
に対して位置決めする場合、あるいはレチクルマークと
ウェハマークを同時に検出してダイ・バイ・ダイアライ
メントする場合の両方に利用できる。尚、第３図ではア
ライメント系12は１ヶ所にしか設けられていないが、各
レチクル上の複数ヶ所にマークが設けられる場合、又は
ウェハ上のショット領域の複数ヶ所にマークが設けられ
る場合アライメント系12はそれらマークの位置に対応し
て複数ヶ所に配置されている。レチクルマーク、又はウ
ェハマークの光電検出は、マーク検出系14によって行な
われる。
さて、レチクルのパターン領域の像は投影レンズ系16
を介してウェハＷ上予め形成されたチップ領域CPに結像
投影される。ウェハＷはｘ、ｙ方向に移動するウェハス
テージ26上に載置されるが、このウェハステージはｙ方
向に移動するＹステージ26y、Ｙステージ26y上をｘ方向
に移動するＸステージ26x、Ｘステージ26x上で投影光軸
方向（Ｚ方向）に微動するＺステージ26zで構成され
る。Ｚステージ26z上には、レーザ干渉計30x、30yから
のレーザビームを反射する移動鏡28x、28yが互いに直角
に固定されている。またＺステージ26zには、ウェハＷ
とほぼ同じ高さになるように基準マークFMが固定されて
いる。Ｘステージ26x、Ｙステージ26yの各軸方向の駆動
はモータ27x、27yで行なわれる。ここで投影レンズ系16
には、結像補正機構18が組み込まれ、露光光の入射によ
るエネルギー蓄積状態、環境条件等によって変動する投
影レンズ系16の光学特性（倍率、焦点、ある種のディス
トーション等）を時々刻々自動的に補正している。この
結像補正機構18は、例えば特開昭60−78454号公報に詳
しく開示されているので、ここでは説明を省略する。ま
た、このステッパーには、レチクルステージ６の下方か
ら投影レンズ系16のみを介してウェハＷ上のマークを検
出するアライメント光学系20と、このアライメント光学
系20で検出されたマーク光情報を光電検出するマーク検
出系22とで構成されたTTL（スルーザレンズ）方式のア
ライメント系と、投影レンズ系16の直近に別設されたオ
フ・アクシス方式のアライメント系24とを備えている。
を介してウェハＷ上予め形成されたチップ領域CPに結像
投影される。ウェハＷはｘ、ｙ方向に移動するウェハス
テージ26上に載置されるが、このウェハステージはｙ方
向に移動するＹステージ26y、Ｙステージ26y上をｘ方向
に移動するＸステージ26x、Ｘステージ26x上で投影光軸
方向（Ｚ方向）に微動するＺステージ26zで構成され
る。Ｚステージ26z上には、レーザ干渉計30x、30yから
のレーザビームを反射する移動鏡28x、28yが互いに直角
に固定されている。またＺステージ26zには、ウェハＷ
とほぼ同じ高さになるように基準マークFMが固定されて
いる。Ｘステージ26x、Ｙステージ26yの各軸方向の駆動
はモータ27x、27yで行なわれる。ここで投影レンズ系16
には、結像補正機構18が組み込まれ、露光光の入射によ
るエネルギー蓄積状態、環境条件等によって変動する投
影レンズ系16の光学特性（倍率、焦点、ある種のディス
トーション等）を時々刻々自動的に補正している。この
結像補正機構18は、例えば特開昭60−78454号公報に詳
しく開示されているので、ここでは説明を省略する。ま
た、このステッパーには、レチクルステージ６の下方か
ら投影レンズ系16のみを介してウェハＷ上のマークを検
出するアライメント光学系20と、このアライメント光学
系20で検出されたマーク光情報を光電検出するマーク検
出系22とで構成されたTTL（スルーザレンズ）方式のア
ライメント系と、投影レンズ系16の直近に別設されたオ
フ・アクシス方式のアライメント系24とを備えている。
また第３図には示していないが、特開昭60−78454号
公報に開示されているのと同様に、ウェハＷの表面の高
さ位置を高分解能で検出する斜入射光式フォーカスセン
サーが設けられ、Ｚステージ26zとともに、投影レンズ
系の最良結像面とウェハ表面とを常に合致させる自動焦
点合わせ機構として動作する。
公報に開示されているのと同様に、ウェハＷの表面の高
さ位置を高分解能で検出する斜入射光式フォーカスセン
サーが設けられ、Ｚステージ26zとともに、投影レンズ
系の最良結像面とウェハ表面とを常に合致させる自動焦
点合わせ機構として動作する。
ここで第３図の構成における照明光学系４と投影レン
ズ系16との光学的な関係及びレチクル上の代表的なパタ
ーンの結像の様子を第４図を用いて説明する。照明光学
系４は、投影レンズ系16の瞳EP内に２次光源像（面光
源）を投射するように構成され、所謂ケーラー照明法が
採用される。瞳EPの大きさに対して、面光源像はわずか
に小さくなるように設定されている。ライン・アンド・
スペース（L/S）状のパターンPaを有するレチクルＲの
１点に着目してみると、この点に到達する照明光ILに
は、ある立体角θr/2が存在する。この立体角θr/2はパ
ターンPaを透過した後も保存され、０次光の光束Da0と
して投影レンズ系16に入射する。この照明光ILの立体角
θr/2は、照明光の開口数とも呼ばれている。また投影
レンズ系16が両側テレセントリック系であるものとする
と、レチクルＲ側とウェハＷ側の夫々で、瞳EPの中心
（光軸AXが通る点）を通る主光線l1は光軸AXと平行にな
る。こうして瞳EPを通った光束はウェハＷ側で結像光束
ILmとなってウェハＷ上の１点に結像する。この場合、
投影レンズ系16の縮小倍率が1/5であると、光束ILmの立
体角θw/2はθw＝５・θrの関係になる。立体角θw/2は
ウェハＷ上での結像光束の開口数とも呼ばれている。ま
た投影レンズ系16単体でのウェハ側の開口数は、瞳EPい
っぱいに光束を通したときの光束ILmの立体角で定義さ
れる。
ズ系16との光学的な関係及びレチクル上の代表的なパタ
ーンの結像の様子を第４図を用いて説明する。照明光学
系４は、投影レンズ系16の瞳EP内に２次光源像（面光
源）を投射するように構成され、所謂ケーラー照明法が
採用される。瞳EPの大きさに対して、面光源像はわずか
に小さくなるように設定されている。ライン・アンド・
スペース（L/S）状のパターンPaを有するレチクルＲの
１点に着目してみると、この点に到達する照明光ILに
は、ある立体角θr/2が存在する。この立体角θr/2はパ
ターンPaを透過した後も保存され、０次光の光束Da0と
して投影レンズ系16に入射する。この照明光ILの立体角
θr/2は、照明光の開口数とも呼ばれている。また投影
レンズ系16が両側テレセントリック系であるものとする
と、レチクルＲ側とウェハＷ側の夫々で、瞳EPの中心
（光軸AXが通る点）を通る主光線l1は光軸AXと平行にな
る。こうして瞳EPを通った光束はウェハＷ側で結像光束
ILmとなってウェハＷ上の１点に結像する。この場合、
投影レンズ系16の縮小倍率が1/5であると、光束ILmの立
体角θw/2はθw＝５・θrの関係になる。立体角θw/2は
ウェハＷ上での結像光束の開口数とも呼ばれている。ま
た投影レンズ系16単体でのウェハ側の開口数は、瞳EPい
っぱいに光束を通したときの光束ILmの立体角で定義さ
れる。
さて、パターンPaがL/S状であるために、０次光Da0以
外にも１次以上の高次回折光Da1、Da2、……が発生す
る。これらの高次光には、０次光束Da0の外側に広がっ
て発生するものと、０次光束Da0の内側に分布して発生
するものとがある。特に０次光束Da0の外側に分布する
高次光の一部は、例え投影レンズ系16に入射したとして
も瞳EPでけられることになり、ウェハＷへは達しない。
従って、より多くの高次回折光を結像に利用するとなる
と、瞳EPの径をできるだけ大きくすること、すなわち投
影レンズ系16の開口数（N.A.）をさらに大きくしなけれ
ばならない。あるいは、照明系ILの開口数（立体角θr/
2）を小さくすること（面光源像の径を小さくするこ
と）で、パターンPaからの高次光Da1、Da2等の広がり角
を小さく押えることも可能である。ただしこの場合、ウ
ェハＷ側での０次の結像光束ILmの開口数（立体角θw/
2）を極端に小さくしてしまうと、本来の解像性能を損
うことになる。さらに元来、パターンPaのピッチやデュ
ーティによって高次光の回折角は一義的に決まってしま
うので、仮に照明光ILの立体角θr/2を零に近づけるこ
とが可能だとしても、高次回折光のうちのある次数以上
は瞳EPでけられることになる。もちろん立体角θr/2が
零に近いと、パターンの結像そのものが困難となる。
外にも１次以上の高次回折光Da1、Da2、……が発生す
る。これらの高次光には、０次光束Da0の外側に広がっ
て発生するものと、０次光束Da0の内側に分布して発生
するものとがある。特に０次光束Da0の外側に分布する
高次光の一部は、例え投影レンズ系16に入射したとして
も瞳EPでけられることになり、ウェハＷへは達しない。
従って、より多くの高次回折光を結像に利用するとなる
と、瞳EPの径をできるだけ大きくすること、すなわち投
影レンズ系16の開口数（N.A.）をさらに大きくしなけれ
ばならない。あるいは、照明系ILの開口数（立体角θr/
2）を小さくすること（面光源像の径を小さくするこ
と）で、パターンPaからの高次光Da1、Da2等の広がり角
を小さく押えることも可能である。ただしこの場合、ウ
ェハＷ側での０次の結像光束ILmの開口数（立体角θw/
2）を極端に小さくしてしまうと、本来の解像性能を損
うことになる。さらに元来、パターンPaのピッチやデュ
ーティによって高次光の回折角は一義的に決まってしま
うので、仮に照明光ILの立体角θr/2を零に近づけるこ
とが可能だとしても、高次回折光のうちのある次数以上
は瞳EPでけられることになる。もちろん立体角θr/2が
零に近いと、パターンの結像そのものが困難となる。
ところで、第３図においては４枚のレチクルR1〜R4が
同一のレチクルステージ６上に載置され、そのうち任意
の１枚のレチクルの中心が投影レンズ系16の光軸AX上に
位置するように交換可能である。この交換時の各レチク
ル位置決め精度は、レーザ干渉計10を用いているため、
極めて高精度（例えば±0.02μｍ）にできる。このた
め、４枚のレチクルR1〜R4の相互の位置関係を予め精密
に計測しておけば、レーザ干渉計10の座標計測値のみに
基づいてレチクルステージ６を移動させることで各レチ
クルを位置決めできる。また各レチクルR1〜R4の相互位
置関係を予め計測しない場合であっても、各レチクル毎
にアライメント系12、マーク検出系14、基準マークFM等
を用いて精密に位置決めすることができる。
同一のレチクルステージ６上に載置され、そのうち任意
の１枚のレチクルの中心が投影レンズ系16の光軸AX上に
位置するように交換可能である。この交換時の各レチク
ル位置決め精度は、レーザ干渉計10を用いているため、
極めて高精度（例えば±0.02μｍ）にできる。このた
め、４枚のレチクルR1〜R4の相互の位置関係を予め精密
に計測しておけば、レーザ干渉計10の座標計測値のみに
基づいてレチクルステージ６を移動させることで各レチ
クルを位置決めできる。また各レチクルR1〜R4の相互位
置関係を予め計測しない場合であっても、各レチクル毎
にアライメント系12、マーク検出系14、基準マークFM等
を用いて精密に位置決めすることができる。
尚、Ｚステージ26zを露光動作中に上下動させる多焦
点露光法の代りに、結像補正機構18を用いて、投影レン
ズ系16そのものの最良結像画（レチクル共役面）を上下
動させることも考えられる。この場合、特開昭60−7845
4号公報に開示されているように、結像補正機構18は投
影レンズ系16内の密封されたレンズ空間内の気体圧力を
調整する方式であるので、本来の補正のための圧力調整
値に、結像面を±0.5μｍ程度上下動させるためのオフ
セット圧力値を露光動作中に加えればよい。この際、圧
力オフセットによって焦点面のみを変動させ、倍率やデ
ィストーション等は変動させないようなレンズ空間の組
み合わせを選定する必要がある。
点露光法の代りに、結像補正機構18を用いて、投影レン
ズ系16そのものの最良結像画（レチクル共役面）を上下
動させることも考えられる。この場合、特開昭60−7845
4号公報に開示されているように、結像補正機構18は投
影レンズ系16内の密封されたレンズ空間内の気体圧力を
調整する方式であるので、本来の補正のための圧力調整
値に、結像面を±0.5μｍ程度上下動させるためのオフ
セット圧力値を露光動作中に加えればよい。この際、圧
力オフセットによって焦点面のみを変動させ、倍率やデ
ィストーション等は変動させないようなレンズ空間の組
み合わせを選定する必要がある。
さらに、投影レンズ系16が両側テレセントリックであ
るときには、レチクルを上下動させることで、同様に最
良結像面の高さ位置を変化させることもできる。一般に
縮小投影の場合、像側（ウェハ側）での焦点ずれ量は、
物体側（レチクル側）の焦点ずれ量に換算すると、縮小
倍率の２乗で決まってくる。このため、ウェハ側で±0.
5μｍの焦点ずれが必要なとき、縮小倍率を1/5とする
と、レチクル側では±0.5/（1/5）2＝±12.5μｍとな
る。
るときには、レチクルを上下動させることで、同様に最
良結像面の高さ位置を変化させることもできる。一般に
縮小投影の場合、像側（ウェハ側）での焦点ずれ量は、
物体側（レチクル側）の焦点ずれ量に換算すると、縮小
倍率の２乗で決まってくる。このため、ウェハ側で±0.
5μｍの焦点ずれが必要なとき、縮小倍率を1/5とする
と、レチクル側では±0.5/（1/5）2＝±12.5μｍとな
る。
本実施例では、以上のように、結像面そのものを光軸
方向に上下動させる方式の代りに、投影レンズ系16に積
極的に球面収差を与えるようにし、実用上の焦点深度を
拡大させるようにした。このため露光動作中に付随的に
行なわれる多重焦点制御のための機械的な駆動等をほと
んど不要とした露光方式が採用できる。
方向に上下動させる方式の代りに、投影レンズ系16に積
極的に球面収差を与えるようにし、実用上の焦点深度を
拡大させるようにした。このため露光動作中に付随的に
行なわれる多重焦点制御のための機械的な駆動等をほと
んど不要とした露光方式が採用できる。
次に本発明の実施例を具体的に説明するが、ここでは
多重焦点露光法のようにウェハ面と最良結像面を相対的
に光軸方向に移動させる必要がない程度、もしくは移動
させてもその量が少なくて済む程度に、投影レンズその
ものの焦点深度を広げる例を説明する。
多重焦点露光法のようにウェハ面と最良結像面を相対的
に光軸方向に移動させる必要がない程度、もしくは移動
させてもその量が少なくて済む程度に、投影レンズその
ものの焦点深度を広げる例を説明する。
第１図は投影レンズの瞳EPよりもウェハ側の部分を模
式的に表わしたものであり、複数枚のレンズ素子は１つ
のレンズ系Ｇで代表してある。
式的に表わしたものであり、複数枚のレンズ素子は１つ
のレンズ系Ｇで代表してある。
投影レンズの光軸AXが所定の像面IPと垂直であるもの
とすると、像面IP内で光軸AXから離れた点に結像する光
束は、全て瞳EP（開口絞り面）の中心を通る主光線La、
Lbに沿って進む。主光線La、Lbはテレセントリック系で
あることから、像面IP上では光軸AXと平行である。像面
IP内の１点に結像する光束の開口数（N.A.）は瞳EPの有
効径で制限されるが、瞳EP内で最も外側を通る光線を
l1、瞳EP内で光線l1よりも内側を通る光線l2としたと
き、光線l1による結像点（像面IP）と光線l2による結像
点との光軸方向の偏差ΔZhが球面収差である。従来の投
影レンズでは、この球面収差が無視できる程度に小さく
押えられていた。本実施例では、この球面収差をある程
度発生させるようにレンズ設計を行なう。
とすると、像面IP内で光軸AXから離れた点に結像する光
束は、全て瞳EP（開口絞り面）の中心を通る主光線La、
Lbに沿って進む。主光線La、Lbはテレセントリック系で
あることから、像面IP上では光軸AXと平行である。像面
IP内の１点に結像する光束の開口数（N.A.）は瞳EPの有
効径で制限されるが、瞳EP内で最も外側を通る光線を
l1、瞳EP内で光線l1よりも内側を通る光線l2としたと
き、光線l1による結像点（像面IP）と光線l2による結像
点との光軸方向の偏差ΔZhが球面収差である。従来の投
影レンズでは、この球面収差が無視できる程度に小さく
押えられていた。本実施例では、この球面収差をある程
度発生させるようにレンズ設計を行なう。
この際、主光線La、Lbに関して対称な光線l1による結
像点と、光線l2による結像点とは、必らず主光線La、Lb
上にできるように補正する。すなわち、像面上で非対称
となる非点収差、コマ収差は発生させないように設計し
ておく。
像点と、光線l2による結像点とは、必らず主光線La、Lb
上にできるように補正する。すなわち、像面上で非対称
となる非点収差、コマ収差は発生させないように設計し
ておく。
ここで光線l1、l2は、瞳EPの中心（主光線La、Lbと光
軸AXが交わる点）からの距離ｈで定義できる。そこで像
面内の１点における球面収差ΔZhを距離ｈをパラメータ
として表わすと、第２図のような収差特性になる。特性
CV1は一般的な球面収差特性を示し、特性CV2は他の形状
を示す。特性CV1になるか、特性CV2になるかは収差の補
正の方法によって決まり、一義的には決まらない。
軸AXが交わる点）からの距離ｈで定義できる。そこで像
面内の１点における球面収差ΔZhを距離ｈをパラメータ
として表わすと、第２図のような収差特性になる。特性
CV1は一般的な球面収差特性を示し、特性CV2は他の形状
を示す。特性CV1になるか、特性CV2になるかは収差の補
正の方法によって決まり、一義的には決まらない。
この第２図の特性CV1、CV2で、収差の幅ΔZ1、ΔZ
2が、像面上の各点における球面収差量と呼ばれるもの
である。本実施例では従来の投影レンズよりも、この幅
ΔZ1、又はΔZ2を大きくすることで焦点深度の増大を計
るようにした。この幅ΔZ1、又はΔZ2は、露光すべきパ
ターンの線幅、ラインアンドスペースパターンのピッ
チ、及びベストフォーカス点でのコントラスト特性等に
よって最適値を決める必要がある。このような球面収差
をもたせる場合、無収差レンズに比較してコントラスト
特性は低下するが、実用上、特定のL/Sパターンでのコ
ントラスト特性はほぼ無収差の投影レンズの60％程度ま
でに低下させても良好な露光が可能であり、従ってコン
トラスト特性は多少悪化するものの、その代りに広い焦
点深度を確保することができる。
2が、像面上の各点における球面収差量と呼ばれるもの
である。本実施例では従来の投影レンズよりも、この幅
ΔZ1、又はΔZ2を大きくすることで焦点深度の増大を計
るようにした。この幅ΔZ1、又はΔZ2は、露光すべきパ
ターンの線幅、ラインアンドスペースパターンのピッ
チ、及びベストフォーカス点でのコントラスト特性等に
よって最適値を決める必要がある。このような球面収差
をもたせる場合、無収差レンズに比較してコントラスト
特性は低下するが、実用上、特定のL/Sパターンでのコ
ントラスト特性はほぼ無収差の投影レンズの60％程度ま
でに低下させても良好な露光が可能であり、従ってコン
トラスト特性は多少悪化するものの、その代りに広い焦
点深度を確保することができる。
ここで像コントラストとは、例えば第４図に示したL/
S状のパターンPaを適正露光量及びベストフォーカス位
置（ウェハ表面が第１図中のΔZhの真中に位置した状
態）で、ウェハＷ上のレジスト層に焼き付けた後、その
パターン像を現像したときに得られるレジストパターン
上でのライン幅とスペース幅との比と考えてよい。通常
レチクル上に形成するパターンPaはライン幅とスペース
幅とが１対１であるため、レジストパターン上でのライ
ン幅Dlとスペース幅Dsとを計測装置等で計測し、その
比、Ds/Dl〔又はDl/（Dl＋Ds）、Ds/（Dl＋Ds）を求め
ればよい。
S状のパターンPaを適正露光量及びベストフォーカス位
置（ウェハ表面が第１図中のΔZhの真中に位置した状
態）で、ウェハＷ上のレジスト層に焼き付けた後、その
パターン像を現像したときに得られるレジストパターン
上でのライン幅とスペース幅との比と考えてよい。通常
レチクル上に形成するパターンPaはライン幅とスペース
幅とが１対１であるため、レジストパターン上でのライ
ン幅Dlとスペース幅Dsとを計測装置等で計測し、その
比、Ds/Dl〔又はDl/（Dl＋Ds）、Ds/（Dl＋Ds）を求め
ればよい。
一方、ある開口数（N.A.）で設計される投影レンズに
ついては、球面収差が最も少なく、かつコントラストも
大きくなるように設計し、このような無収差のもとで、
レジスト層の特性も考慮して焼き付け後の像（レジス
ト）コントラスト（理想的なコントラスト）をシミュレ
ーション等で求める。そのシミュレーションの後、理想
的なコントラストを60〜80％程度に低下させるまで球面
収差のみを増していく再シミュレーションを行なう。
ついては、球面収差が最も少なく、かつコントラストも
大きくなるように設計し、このような無収差のもとで、
レジスト層の特性も考慮して焼き付け後の像（レジス
ト）コントラスト（理想的なコントラスト）をシミュレ
ーション等で求める。そのシミュレーションの後、理想
的なコントラストを60〜80％程度に低下させるまで球面
収差のみを増していく再シミュレーションを行なう。
以上、本実施例によれば、第４図のようにL/S状のパ
ターンPaを想定して考えた。このことを第１図に対応し
てみてみると、第４図中に示した高次回折光Da1、Da2等
は、投影レンズ系16の瞳EP面において、瞳中心から離れ
た領域を通ることになる。従って、瞳中心部分に集中し
て通る０次光Da0の結像点と、０次光Da0の外側に広がる
高次回折光Da1、Da2等の結像点とは、球面収差量ΔZhの
分だけ光軸AX方向にずれることになる。
ターンPaを想定して考えた。このことを第１図に対応し
てみてみると、第４図中に示した高次回折光Da1、Da2等
は、投影レンズ系16の瞳EP面において、瞳中心から離れ
た領域を通ることになる。従って、瞳中心部分に集中し
て通る０次光Da0の結像点と、０次光Da0の外側に広がる
高次回折光Da1、Da2等の結像点とは、球面収差量ΔZhの
分だけ光軸AX方向にずれることになる。
このため、パターンPaからの結像光束は、ウェハＷ上
において、より高次の回折光（瞳EPの周辺を通る光）に
よって見かけ上の焦点深度を拡大されていると考えても
よい。もちろん、瞳EP内の０次光Da0のサイズ（２次光
源像の大きさ）が大きければ、０次光Da0による結像光
束のみでも見かけ上の焦点深度の拡大に寄与する。
において、より高次の回折光（瞳EPの周辺を通る光）に
よって見かけ上の焦点深度を拡大されていると考えても
よい。もちろん、瞳EP内の０次光Da0のサイズ（２次光
源像の大きさ）が大きければ、０次光Da0による結像光
束のみでも見かけ上の焦点深度の拡大に寄与する。
以上の様に本発明によれば、コントラストを低下させ
ても焦点深度が増大するので、IC製造上、焦点深度が増
大する効果がある。
ても焦点深度が増大するので、IC製造上、焦点深度が増
大する効果がある。
また、同一のN.A.をもち、照明系のσ値（瞳EP内での
２次光源面の割合）を一定にした投影レンズに比較し
て、深度が増大するので、多重焦点露光方法のように同
一点で複数回の露光をくり返し、スループットの低下を
生じることもない。
２次光源面の割合）を一定にした投影レンズに比較し
て、深度が増大するので、多重焦点露光方法のように同
一点で複数回の露光をくり返し、スループットの低下を
生じることもない。
第１図は本発明の実施例における原理を説明する図、第
２図は球面収差特性の一例を示すグラフ、第３図は本発
明の実施例が適用される縮小投影露光装置の構成を示す
斜視図、第４図はレチクル上のパターンの結像の様子を
模式的に示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ４……照明系、G,16……投影レンズ系、R,R1，R2，R3，
R4，……レチクル Pa……ラインアンドスペース状パターン、Ｗ……ウェ
ハ、EP……瞳、ΔZh……球面収差量
２図は球面収差特性の一例を示すグラフ、第３図は本発
明の実施例が適用される縮小投影露光装置の構成を示す
斜視図、第４図はレチクル上のパターンの結像の様子を
模式的に示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ４……照明系、G,16……投影レンズ系、R,R1，R2，R3，
R4，……レチクル Pa……ラインアンドスペース状パターン、Ｗ……ウェ
ハ、EP……瞳、ΔZh……球面収差量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−61716（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−23320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−171123（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−253913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−43725（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−137217（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−212437（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−278519（ＪＰ，Ａ) 特許2679195（ＪＰ，Ｂ２) 特許2712529（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/027
Claims (7)
- 【請求項１】マスクに照射される照明光を感光基板上に
投射する投影光学系を備えた投影露光装置であって、 前記投影光学系は、球面収差を持つとともに、前記球面
収差のもとで、ほぼ無収差に設計して得られる像コント
ラストに対してほぼ60％以上の像コントラストが得られ
るように設計されていることを特徴とする投影露光装
置。 - 【請求項２】マスクに照射される照明光を感光基板上に
投射する投影光学系を備えた投影露光装置であって、 前記投影光学系は、ほぼ無収差に設計して得られる像コ
ントラストよりもその像コントラストが下げられ、かつ
その像コントラストに見合った所定量の球面収差を持つ
ことを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項３】前記投影光学系は、前記ほぼ無収差に設計
して得られる像コントラストに対してほぼ60％以上の像
コントラストを持つことを特徴とする請求項１に記載の
投影露光装置。 - 【請求項４】前記投影光学系は、前記ほぼ無収差に設計
して得られる像コントラストに対してほぼ60％〜80％の
像コントラストを持つことを特徴とする請求項１又は３
に記載の投影露光装置。 - 【請求項５】前記投影光学系は、前記球面収差を発生さ
せることによって生じ得る非対称な収差が補正されてい
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載
の投影露光装置。 - 【請求項６】マスクに照射される照明光を感光基板上に
投射する投影光学系を備えた投影露光装置であって、 前記投影光学系は、球面収差を持つとともに、前記球面
収差を発生させることによって生じ得る非対称な収差が
補正されていることを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項７】前記収差は非点収差、又はコマ収差である
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の投影露光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1054471A JP2876616B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 投影露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1054471A JP2876616B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 投影露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02234411A JPH02234411A (ja) | 1990-09-17 |
| JP2876616B2 true JP2876616B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=12971590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1054471A Expired - Lifetime JP2876616B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 投影露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2876616B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078380A (en) * | 1991-10-08 | 2000-06-20 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus and method involving variation and correction of light intensity distributions, detection and control of imaging characteristics, and control of exposure |
| JP3080024B2 (ja) * | 1997-02-20 | 2000-08-21 | 日本電気株式会社 | 露光方法および球面収差量の測定方法 |
| EP1716476B1 (en) * | 2004-02-09 | 2015-05-20 | Koninklijke Philips N.V. | Optical input device based on doppler shift and laser self-mixing |
-
1989
- 1989-03-07 JP JP1054471A patent/JP2876616B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02234411A (ja) | 1990-09-17 |
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