JP2894914B2 - 投影露光方法および装置 - Google Patents
投影露光方法および装置Info
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- 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
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
- G03F7/70575—Wavelength control, e.g. control of bandwidth, multiple wavelength, selection of wavelength or matching of optical components to wavelength
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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)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体等の作製における
投影露光に際して生じる定在波効果を低減化しえる投影
露光方法および装置に関するものである。
投影露光に際して生じる定在波効果を低減化しえる投影
露光方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路などの微細パターンの加
工には、生産効率の高い投影露光装置が広く用いられて
いる。上記装置では、投影光学系として屈折光学系を用
いることがあるが、この場合、光源の波長の帯域幅が広
いと色収差の発生が見られ、解像度の低下を招く。そこ
で、高解像度を得るために、高圧水銀ランプを光源とす
る場合は光源からの光を極めて狭い帯域幅のフィルタを
通し、レーザを光源とする場合は回折格子、プリズム、
エタロン等を用いて狭帯域化している。このように狭帯
域な光を光源として用いると、レジストへの入射光とレ
ジスト／ウエハ界面からの反射光との干渉による定在波
の影響で、レジスト膜厚の僅かな変動に伴ってレジスト
中へ吸収される実効的光量が大きく変動する。これはレ
ジストパターン寸法の変動や解像不良の原因となる。投
影光学系として屈折光学系の代わりに反射屈折光学系を
用いれば色収差の問題が軽減され、光源の波長を広帯域
にとれる。光源の波長を広帯域にとると、異なる波長の
光では定在波の生じ方が異なるため定在波効果が低減さ
れる。このような反射屈折光学系としては、例えば特開
昭６３−１６３３１９号（文献１）に開示されている。
また、特開昭６３−１９８３２４号（文献２）には定在
波効果を低減する方法として、被露光パターンを有する
ガラス基板（マスク）を通して波長λ0の光を照射量Ｄ0
で露光する前後に、λ0と異なる波長λ1の光をＤ0より
少ない照射量Ｄ1でレジスト全面あるいはパターン形成
予定領域に照射する方法が述べられている。
工には、生産効率の高い投影露光装置が広く用いられて
いる。上記装置では、投影光学系として屈折光学系を用
いることがあるが、この場合、光源の波長の帯域幅が広
いと色収差の発生が見られ、解像度の低下を招く。そこ
で、高解像度を得るために、高圧水銀ランプを光源とす
る場合は光源からの光を極めて狭い帯域幅のフィルタを
通し、レーザを光源とする場合は回折格子、プリズム、
エタロン等を用いて狭帯域化している。このように狭帯
域な光を光源として用いると、レジストへの入射光とレ
ジスト／ウエハ界面からの反射光との干渉による定在波
の影響で、レジスト膜厚の僅かな変動に伴ってレジスト
中へ吸収される実効的光量が大きく変動する。これはレ
ジストパターン寸法の変動や解像不良の原因となる。投
影光学系として屈折光学系の代わりに反射屈折光学系を
用いれば色収差の問題が軽減され、光源の波長を広帯域
にとれる。光源の波長を広帯域にとると、異なる波長の
光では定在波の生じ方が異なるため定在波効果が低減さ
れる。このような反射屈折光学系としては、例えば特開
昭６３−１６３３１９号（文献１）に開示されている。
また、特開昭６３−１９８３２４号（文献２）には定在
波効果を低減する方法として、被露光パターンを有する
ガラス基板（マスク）を通して波長λ0の光を照射量Ｄ0
で露光する前後に、λ0と異なる波長λ1の光をＤ0より
少ない照射量Ｄ1でレジスト全面あるいはパターン形成
予定領域に照射する方法が述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献１
に述べられている反射屈折光学系は、光学系のアライメ
ントが難しく、また開口数を大きくするのが設計上難し
いという問題がある。また、文献２の方法は屈折光学系
にも適用可能だが、レジスト全面に光を照射した場合、
像のコントラストが下がり解像力が劣化する問題があ
る。パターン形成予定領域のみに選択的に波長λ1の光
を照射すればコントラストの劣化は防げるが、λ0と異
なる波長λ1の光をパターン形成予定領域のみに照射す
る具体的方法は文献２中に述べられていない。単純に波
長λ0用に設計した投影露光装置と波長λ1用に設計した
投影露光装置の２種類を用いて２回露光すると工数が増
え、またレジストを塗布したウエハを２種類の異なる投
影露光装置間で移動すると位置合わせが難しくなるとい
う問題がある。本発明の目的は定在波効果を低減するた
めの複数波長での露光を、単一の投影露光装置で実現す
る投影露光方法および投影露光装置を提供することにあ
る。
に述べられている反射屈折光学系は、光学系のアライメ
ントが難しく、また開口数を大きくするのが設計上難し
いという問題がある。また、文献２の方法は屈折光学系
にも適用可能だが、レジスト全面に光を照射した場合、
像のコントラストが下がり解像力が劣化する問題があ
る。パターン形成予定領域のみに選択的に波長λ1の光
を照射すればコントラストの劣化は防げるが、λ0と異
なる波長λ1の光をパターン形成予定領域のみに照射す
る具体的方法は文献２中に述べられていない。単純に波
長λ0用に設計した投影露光装置と波長λ1用に設計した
投影露光装置の２種類を用いて２回露光すると工数が増
え、またレジストを塗布したウエハを２種類の異なる投
影露光装置間で移動すると位置合わせが難しくなるとい
う問題がある。本発明の目的は定在波効果を低減するた
めの複数波長での露光を、単一の投影露光装置で実現す
る投影露光方法および投影露光装置を提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本願発明は、光源から出
た露光光により照明されたガラス基板上の被露光パター
ンをレジストを塗布したウエハ上に投影光学系を用いて
結像させる投影露光方法において、前記投影光学系に複
数の位置に結像させる多焦点レンズを用い、前記光源よ
り出る相異なる第１の波長および第２の波長の光により
１回あるいは複数回露光することによりなり、第１の波
長では前記ウエハ上にて前記多焦点レンズの焦点位置１
で結像し、第２の波長では前記ウエハ上にて前記多焦点
レンズの前記焦点位置１と異なる焦点位置２で結像する
ことを特徴とする投影露光方法である。
た露光光により照明されたガラス基板上の被露光パター
ンをレジストを塗布したウエハ上に投影光学系を用いて
結像させる投影露光方法において、前記投影光学系に複
数の位置に結像させる多焦点レンズを用い、前記光源よ
り出る相異なる第１の波長および第２の波長の光により
１回あるいは複数回露光することによりなり、第１の波
長では前記ウエハ上にて前記多焦点レンズの焦点位置１
で結像し、第２の波長では前記ウエハ上にて前記多焦点
レンズの前記焦点位置１と異なる焦点位置２で結像する
ことを特徴とする投影露光方法である。
【０００５】
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【作用】定在波効果を低減するために複数波長での露光
を単一の屈折光学系で行うと、色収差の影響で焦点位置
が移動する。本発明においては、投影光学系として多焦
点レンズを用いることにより、色収差により焦点位置が
移動してもウエハ上に結像するようにしている。
を単一の屈折光学系で行うと、色収差の影響で焦点位置
が移動する。本発明においては、投影光学系として多焦
点レンズを用いることにより、色収差により焦点位置が
移動してもウエハ上に結像するようにしている。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。第
１の参考例を図１に示す。投影露光装置の光源としては
ＫｒＦエキシマレーザを用いる。ＫｒＦエキシマレーザ
は中心波長２４８．３ｎｍ、半値幅３５０ｐｍで発振す
るが、色収差を抑えるため半値幅３ｐｍまで狭帯域化し
ている。狭帯域化素子を微小回転することにより中心波
長λ0＝２４８．４ｎｍおよびλ1＝２４８．２ｎｍでの
発振が可能になる。このときの焦点位置変動Δｚは次式
で与えられる。
１の参考例を図１に示す。投影露光装置の光源としては
ＫｒＦエキシマレーザを用いる。ＫｒＦエキシマレーザ
は中心波長２４８．３ｎｍ、半値幅３５０ｐｍで発振す
るが、色収差を抑えるため半値幅３ｐｍまで狭帯域化し
ている。狭帯域化素子を微小回転することにより中心波
長λ0＝２４８．４ｎｍおよびλ1＝２４８．２ｎｍでの
発振が可能になる。このときの焦点位置変動Δｚは次式
で与えられる。
【００１２】
【数１】
【００１３】ここでｍおよびｆは投影光学系の倍率およ
び焦点距離であり、それぞれ１／５および１００ｍｍで
ある。また、ｎおよびｄｎ／ｄλはレンズに用いる合成
石英のλ＝２４８．３ｎｍにおける屈折率および屈折率
分散であり、それぞれ１．５１および０．２４μｍ-1と
なる。上式にλ1とλ0の波長差Δλ＝−２００ｐｍを代
入すると焦点位置変動は１０．５μｍとなる。図１で波
長λ0の光３の結像位置と波長λ1の光４の結像位置とは
Δｚだけ離れている。この焦点位置変動を補償するため
図１に示す実施例では投影露光装置のステージ上のウエ
ハ１を光軸方向に移動している。なお、ステージの移動
の代わりにマスクまたは投影光学系を移動しても良い。
定在波効果を２波長の光を用いて最も効果的に低減する
には、レジスト膜厚の変動により波長λ0の光での露光
によるレジスト２からの反射光が最大（最小）になると
き、波長λ1の光での露光によるレジスト２からの反射
光が最小（最大）になるようにすればよい。このような
条件を満たすレジスト膜厚ｄは次式で与えられる。
び焦点距離であり、それぞれ１／５および１００ｍｍで
ある。また、ｎおよびｄｎ／ｄλはレンズに用いる合成
石英のλ＝２４８．３ｎｍにおける屈折率および屈折率
分散であり、それぞれ１．５１および０．２４μｍ-1と
なる。上式にλ1とλ0の波長差Δλ＝−２００ｐｍを代
入すると焦点位置変動は１０．５μｍとなる。図１で波
長λ0の光３の結像位置と波長λ1の光４の結像位置とは
Δｚだけ離れている。この焦点位置変動を補償するため
図１に示す実施例では投影露光装置のステージ上のウエ
ハ１を光軸方向に移動している。なお、ステージの移動
の代わりにマスクまたは投影光学系を移動しても良い。
定在波効果を２波長の光を用いて最も効果的に低減する
には、レジスト膜厚の変動により波長λ0の光での露光
によるレジスト２からの反射光が最大（最小）になると
き、波長λ1の光での露光によるレジスト２からの反射
光が最小（最大）になるようにすればよい。このような
条件を満たすレジスト膜厚ｄは次式で与えられる。
【００１４】
【数２】
【００１５】ここでｌは０または任意の正の整数、ｎr
はレジスト２の屈折率である。最も薄いレジスト膜厚を
選ぶため、ｌ＝０としてレジストの屈折率ｎr＝１．６
を代入すると、レジスト膜厚は４８μｍとなる。レジス
ト現像後に残って欲しいレジスト膜厚は１μｍ程度なの
で、図２のようにレジストを２層レジストとして下層の
感光剤含有部分５（１μｍ厚）と上層の透明樹脂部分６
（４７μｍ厚）とに分ける必要がある。
はレジスト２の屈折率である。最も薄いレジスト膜厚を
選ぶため、ｌ＝０としてレジストの屈折率ｎr＝１．６
を代入すると、レジスト膜厚は４８μｍとなる。レジス
ト現像後に残って欲しいレジスト膜厚は１μｍ程度なの
で、図２のようにレジストを２層レジストとして下層の
感光剤含有部分５（１μｍ厚）と上層の透明樹脂部分６
（４７μｍ厚）とに分ける必要がある。
【００１６】以上の条件でのレジスト表面での反射率を
図３に示す。レジスト膜厚の僅かな変動により波長λ0
の反射率７と波長λ1の反射率８は大きく変動するが、
その平均値９の変動はきわめて小さい。このように第１
の発明の露光方法を用いると、レジスト中に吸収される
実効的光量が膜厚に関わらずほぼ一定となり、定在波効
果を大きく低減することが可能となる。
図３に示す。レジスト膜厚の僅かな変動により波長λ0
の反射率７と波長λ1の反射率８は大きく変動するが、
その平均値９の変動はきわめて小さい。このように第１
の発明の露光方法を用いると、レジスト中に吸収される
実効的光量が膜厚に関わらずほぼ一定となり、定在波効
果を大きく低減することが可能となる。
【００１７】図４は第１の参考例の露光方法を実現する
ための、投影露光装置の参考例である。ＫｒＦエキシマ
レーザ光源１０は回折格子、プリズム、エタロン等より
なる波長狭帯域化素子１１により狭帯域化されている。
光源１０の中心波長は波長狭帯域化素子１１を微小回転
することにより可変となる。反射鏡１２により反射され
た光は空間的に不均一な分布をしているためホモジナイ
ザ１３で光強度分布を均一にする。照明光学系１４より
出た光は平行光となりマスク１５を照らし、投影光学系
１６を通り縮小されたのち、レジストを塗布したウエハ
１７上に結像する。ステージ１８を上下動することによ
り光源１０の波長変動に伴う焦点位置の変動を補償する
ことができる。
ための、投影露光装置の参考例である。ＫｒＦエキシマ
レーザ光源１０は回折格子、プリズム、エタロン等より
なる波長狭帯域化素子１１により狭帯域化されている。
光源１０の中心波長は波長狭帯域化素子１１を微小回転
することにより可変となる。反射鏡１２により反射され
た光は空間的に不均一な分布をしているためホモジナイ
ザ１３で光強度分布を均一にする。照明光学系１４より
出た光は平行光となりマスク１５を照らし、投影光学系
１６を通り縮小されたのち、レジストを塗布したウエハ
１７上に結像する。ステージ１８を上下動することによ
り光源１０の波長変動に伴う焦点位置の変動を補償する
ことができる。
【００１８】第２の参考例を図５に示す。第１の参考例
では波長変動に伴う焦点位置変動をステージ等の移動で
補償していたが、第３の発明ではマスクとウエハの間に
空気と異なる屈折率を有する薄膜１９を挿入し、光路長
を延ばすことにより補償する。ステージ等を移動する必
要がないので移動に伴う位置ずれが生じない。光路長を
Δｚだけ延ばすのに必要な薄膜の厚さｔは次式で与えら
れる。
では波長変動に伴う焦点位置変動をステージ等の移動で
補償していたが、第３の発明ではマスクとウエハの間に
空気と異なる屈折率を有する薄膜１９を挿入し、光路長
を延ばすことにより補償する。ステージ等を移動する必
要がないので移動に伴う位置ずれが生じない。光路長を
Δｚだけ延ばすのに必要な薄膜の厚さｔは次式で与えら
れる。
【００１９】
【数３】
【００２０】ここでｎfは薄膜１９の屈折率である。薄
膜１９として合成石英を用いるとその膜厚は２０．６μ
ｍとなる。図５に示すように、１回目の波長λ0の光３
による露光では薄膜１９を挿入せずに露光し、２回目の
露光の際に薄膜１９を挿入することにより第１の発明と
同様の効果を得ることができる。なお、薄膜１９として
合成石英だけではなく、代わりに各種の無機薄膜、有機
薄膜あるいは空気と屈折率の異なる気体を挿入しても良
い。
膜１９として合成石英を用いるとその膜厚は２０．６μ
ｍとなる。図５に示すように、１回目の波長λ0の光３
による露光では薄膜１９を挿入せずに露光し、２回目の
露光の際に薄膜１９を挿入することにより第１の発明と
同様の効果を得ることができる。なお、薄膜１９として
合成石英だけではなく、代わりに各種の無機薄膜、有機
薄膜あるいは空気と屈折率の異なる気体を挿入しても良
い。
【００２１】図６は第２の参考例の露光方法を実現する
ための、投影露光装置の参考例である。第１の参考例の
投影露光装置と異なる点はステージ１８を複数回露光の
間に移動する必要がなく、代わりに薄膜１９を投影光学
系１６とウエハ１７の間に挿入する機構が付け加わった
ことである。なお、薄膜１９は投影光学系１６とウエハ
１７の間だけではなくマスク１５とウエハ１７の間なら
ばどこに配置しても良い。
ための、投影露光装置の参考例である。第１の参考例の
投影露光装置と異なる点はステージ１８を複数回露光の
間に移動する必要がなく、代わりに薄膜１９を投影光学
系１６とウエハ１７の間に挿入する機構が付け加わった
ことである。なお、薄膜１９は投影光学系１６とウエハ
１７の間だけではなくマスク１５とウエハ１７の間なら
ばどこに配置しても良い。
【００２２】本発明の実施例を図７に示す。本発明では
投影光学系に多焦点レンズを用いている。本実施例では
多焦点レンズとして二重焦点レンズを用い、二つの焦点
間の距離を波長変動に伴う焦点移動距離Δｚと等しくな
るようにしている。このようにすると、１回目の露光で
は波長λ0の光でウエハ上に結像する光２０とウエハ上
方の空気中で結像する光２１が存在する。２回目の露光
では波長変動により焦点位置が移動するため、ウエハ上
で結像していた光２０は結像することのない波長λ1の
光２２となり、ウエハ上方の空気中で結像していた光２
１がウエハ上で結像する波長λ1の光２３となる。な
お、露光を２回に分ける必要はなく、２波長で発振して
いるレーザ光源を用いれば露光は１回ですむ。この露光
方法を用いると第１の発明で必要であったステージ移動
等に必要な時間は削減されるが、結像しない光が存在す
るため像のコントラストは悪くなる。
投影光学系に多焦点レンズを用いている。本実施例では
多焦点レンズとして二重焦点レンズを用い、二つの焦点
間の距離を波長変動に伴う焦点移動距離Δｚと等しくな
るようにしている。このようにすると、１回目の露光で
は波長λ0の光でウエハ上に結像する光２０とウエハ上
方の空気中で結像する光２１が存在する。２回目の露光
では波長変動により焦点位置が移動するため、ウエハ上
で結像していた光２０は結像することのない波長λ1の
光２２となり、ウエハ上方の空気中で結像していた光２
１がウエハ上で結像する波長λ1の光２３となる。な
お、露光を２回に分ける必要はなく、２波長で発振して
いるレーザ光源を用いれば露光は１回ですむ。この露光
方法を用いると第１の発明で必要であったステージ移動
等に必要な時間は削減されるが、結像しない光が存在す
るため像のコントラストは悪くなる。
【００２３】図８は本発明の露光方法を実現するため
の、投影露光装置の例である。第１の参考例の投影露光
装置と異なる点はステージ１８を複数回露光の間に移動
する必要がなく、投影光学系１６を多焦点レンズ２４に
置き換えたことである。
の、投影露光装置の例である。第１の参考例の投影露光
装置と異なる点はステージ１８を複数回露光の間に移動
する必要がなく、投影光学系１６を多焦点レンズ２４に
置き換えたことである。
【００２４】なお、以上の実施例では光源としてＫｒＦ
エキシマレーザを用いたが、ＡｒＦエキシマレーザ、高
圧水銀ランプのｉ線などを代わりに用いることもでき
る。また、露光波長も２波長だけではなく、複数波長あ
るいは連続波長として複数回あるいは連続して露光して
も同様の効果が得られる。
エキシマレーザを用いたが、ＡｒＦエキシマレーザ、高
圧水銀ランプのｉ線などを代わりに用いることもでき
る。また、露光波長も２波長だけではなく、複数波長あ
るいは連続波長として複数回あるいは連続して露光して
も同様の効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の投影露光
方法によれば、投影光学系に屈折光学系を用いても単一
の投影露光装置で複数波長の露光が可能であり、その結
果として、定在波効果によるレジストの現像残りおよび
レジストパターンの寸法変動を著しく低減することがで
きる。
方法によれば、投影光学系に屈折光学系を用いても単一
の投影露光装置で複数波長の露光が可能であり、その結
果として、定在波効果によるレジストの現像残りおよび
レジストパターンの寸法変動を著しく低減することがで
きる。
【図１】第１の参考例の説明図である。
【図２】第１の参考例に用いられるレジストを塗布した
ウエハの断面図である。
ウエハの断面図である。
【図３】波長λ0とλ1の光をレジストを塗布したウエハ
に照射したときのレジストからの反射率およびその平均
値を示す図である。
に照射したときのレジストからの反射率およびその平均
値を示す図である。
【図４】参考例の投影露光装置の構成図である。
【図５】参考例の説明図である。
【図６】参考例の投影露光装置の構成図である。
【図７】本発明の説明図である。
【図８】本発明に用いる投影露光装置の構成図である。
１ ウエハ ２ レジスト ３ 波長λ0の光 ４ 波長λ1の光 ５ 感光剤含有部分 ６ 透明樹脂部分 ７ 波長λ0の反射率 ８ 波長λ1の反射率 ９ 平均値 １０ ＫｒＦエキシマレーザ光源 １１ 波長狭帯域化素子 １２ 反射鏡 １３ ホモジナイザ １４ 照明光学系 １５ マスク １６ 投影光学系 １７ ウエハ １８ ステージ １９ 薄膜 ２４ 多焦点レンズ
Claims (1)
- 【請求項１】 光源から出た露光光により照明されたガ
ラス基板上の被露光パターンをレジストを塗布したウエ
ハ上に投影光学系を用いて結像させる投影露光方法にお
いて、前記投影光学系に複数の位置に結像させる多焦点
レンズを用い、前記光源より出る相異なる第１の波長お
よび第２の波長の光により１回あるいは複数回露光する
ことによりなり、第１の波長では前記ウエハ上にて前記
多焦点レンズの焦点位置１で結像し、第２の波長では前
記ウエハ上にて前記多焦点レンズの前記焦点位置１と異
なる焦点位置２で結像することを特徴とする投影露光方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5029612A JP2894914B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 投影露光方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5029612A JP2894914B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 投影露光方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224107A JPH06224107A (ja) | 1994-08-12 |
| JP2894914B2 true JP2894914B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=12280899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5029612A Expired - Lifetime JP2894914B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 投影露光方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2894914B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
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