JP2908100B2 - 投影露光装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

投影露光装置及び半導体装置の製造方法

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JP2908100B2
JP2908100B2 JP4026467A JP2646792A JP2908100B2 JP 2908100 B2 JP2908100 B2 JP 2908100B2 JP 4026467 A JP4026467 A JP 4026467A JP 2646792 A JP2646792 A JP 2646792A JP 2908100 B2 JP2908100 B2 JP 2908100B2
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    • 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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、LSIの製造に要す
る微細パターンを形成する投影露光装置、並びに半導体
装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図7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部材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。アパーチャー部材4は、図8及び図9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。
【0003】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、アパーチャー部材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9を介してウエハ10に至り、これによりウエハ10
の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、使用波長を
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。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。
【0004】
【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/NAに比例する。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。
【0005】ここで、光学系の開口数NAは、ウエハ上
10に入射される光の入射角をθとしてsinθで表さ
れるため、ウエハ10への入射角θが大きい程、焦点深
度DOFが劣化することとなる。そこで、特開昭61−
91662号公報にはリング状のアパーチャー部材を用
いた投影露光装置が提案されている。リング状のアパー
チャー部材を用いてアパーチャー部材の周辺部分を通過
した光のみを利用することにより、ウエハに入射される
1次回折光のうち入射角の大きい成分が遮断されて光学
系の開口数NAが小さくなり、焦点深度DOFが向上す
る。このことから、この公報では、できるだけ外側の光
だけを用いるようにする程、解像度が向上すると共に焦
点深度DOFが深くなると記載されている。
【0006】しかしながら、上記の公報に記載されてい
るように、できる限り外側の光だけを用いようとして光
源を大きなリング状にすると、投影レンズの瞳9a面上
に図10に示されるような0次光源像S0と±1次光源
像S1及びS2とが得られ、今度は0次光の入射角が大
きくなってしまう。このため、焦点深度DOFは逆に劣
化するという問題を生じることとなる。なお、図10の
斜線部P0〜P2はリング状のアパーチャー部材による
遮光部分を示している。同様に、特願平3−34360
1号には、直径d2の円形の有効光源内にこれと同心状
に直径d1の円形の遮光部分を設け、これら直径d1及
びd2の関係を、1/3≦d1/d2≦2/3に規定す
る、すなわち有効光源の直径により決定される面積に対
する遮光部分の面積の比により定義される遮光率を11
〜44%に規定して焦点深度を向上させようとする投影
露光装置が開示されている。しかしながら、遮光率を低
く抑えているために光源からの光量を有効に使用するこ
とができるものの、焦点深度の拡大は十分なものではな
かった。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DOFの拡大
と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。また、このような投影露光装置を用い
て半導体装置を製造する方法を提供することも目的とし
ている。
【0007】
【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せる集光レンズと、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と、光
源と集光レンズ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とこの透過領域内の中央
部に形成された遮光領域とを有するアパーチャー部材と
を備え、アパーチャー部材の透過領域の外径を投影レン
ズの瞳径に対する有効光源の外径の比σが0.6±0.
3となるように設定すると共に有効光源の外径により決
定される面積に対する有効光源内部の遮光領域の面積の
比により定義される遮光率を60±35%とし、有効光
源及び遮光領域が共に円形である場合には上記遮光率を
45〜95%とするものである。また、この発明に係る
半導体装置の製造方法は、上記の投影露光装置を用いて
ウエハへの回路パターンの焼き付けを行う方法である。
【0008】
【作用】この発明においては、光源と集光レンズとの間
に配置されたアパーチャー部材の遮光領域が、光源から
発した光のうち光学像のコントラスト及び焦点深度を劣
化させる成分のみを遮光する。
【0009】
【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。図1はこの発明の第1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部材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19を介してウエハ2
0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ている。
【0010】アパーチャー部材21は、図2及び図3に
示すように、中央部に円形の開口部22aが形成された
円板形状の外枠22と、外枠22の開口部22aの全面
を閉じるように形成された透明部材23と、外枠22の
開口部22aの中心部に位置するように透明部材23の
表面上に形成された円形の遮光部材24とを有してい
る。外枠22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を構成しており、遮光部材24
が遮光領域を構成している。透過領域Dは、投影レンズ
19の瞳面上において瞳19aの直径に対する有効光源
の外径の比σが0.6±0.3となるような大きさに形
成されている。また、遮光領域は、外枠22の開口部2
2aに対する面積比で表される遮光率rが60±35%
となるように形成されている。なお、外枠22及び遮光
部材24はアルミニウム等の金属材料から形成され、透
明部材23は例えばガラスから形成されている。なお、
遮光部材24は透明部材23上への金属材料の蒸着によ
り形成することができる。
【0011】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1
2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、アパーチャー部
材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13a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19を介してウエハ2
0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。
【0012】ここで、アパーチャー部材21の透過領域
Dの比σを0.5、遮光領域の遮光率rを約56%とす
ると共にマスク18の回路パターンが解像限界付近のラ
イン・アンド・スペース・パターンを有する場合におけ
る投影レンズ19の瞳19a上に形成される光源像を図
4に示す。瞳19aの中心部には0次光源像Sが形成
され、この光源像Sの左右にそれぞれ1次光源像S
及びSが形成される。各光源像S〜Sはそれぞれ
アパーチャー部材21の遮光部材24により形成された
円形の遮光部分P〜Pを有している。1次光源像S
及びSの遮光部分P及びPによりウエハ20に
入射される1次回折光のうち入射角の大きい成分が遮断
されると共に0次回折光の入射角が大きくなり過ぎず、
解像度の向上と焦点深度DOFの拡大が適切に行われ
る。
【0013】アパーチャー部材21の遮光領域の遮光率
rを変化させたときの投影レンズ19の瞳径に対する有
効光源の外径の比σと焦点深度DOFとの関係を図5に
示す。この図5は、0.5μmのライン・アンド・スペ
ース・パターンを用いて測定された結果を示すものであ
る。遮光率rを0%から81%まで段階的に変化させた
ところ、各遮光率においてそれぞれ最適な比σの値が存
在することがわかり、特にr=64%で且つσ=0.6
のときに焦点深度DOFが最も拡大された。そこで、こ
の発明では、図5から比σ=0.6±0.3、遮光率r
=60±35%の範囲を、解像度の向上と焦点深度DO
Fの拡大とを同時に図るために最適な範囲として用い
る。
【0014】一つのアパーチャー部材を照明光の光路上
に固定せずに、複数のアパーチャー部材の中から露光工
程に適したアパーチャー部材を選択して用いるようにす
ることもできる。図6はこのために用いられる切り換え
装置を示すもので、円板形状の基板30に四つの第1〜
第4の開口部30a〜30dが形成されており、これら
の開口部30a〜30dにそれぞれ異なるアパーチャー
部材31〜34が取り付けられている。アパーチャー部
材31〜34としては、互いに透過領域及び遮光領域の
形状あるいは大きさが異なるもの、あるいは透過領域の
みでその中央部に遮光領域を有しないもの等が取り付け
られている。基板30はその中心部35を中心として回
転自在に設けられており、基板30を回転することによ
り四つの開口部30a〜30dのうちの一つを選択的に
照明光の光路上に位置させることができる。従って、露
光工程毎に最適なアパーチャー部材を選択して用いるこ
とができる。
【0015】
【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
と、光源と集光レンズ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とこの透過領域内
の中央部に形成された遮光領域とを有するアパーチャー
部材とを備え、アパーチャー部材の透過領域の外径を投
影レンズの瞳径に対する有効光源の外径の比σが0.6
±0.3となるように設定すると共に有効光源の外径に
より決定される面積に対する有効光源内部の遮光領域の
面積の比により定義される遮光率を60±35%とし、
有効光源及び遮光領域が共に円形である場合には上記遮
光率を45〜95%とするので、解像度の向上と焦点深
度DOFの拡大とを同時に図ることが可能となる。ま
た、この発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の投
影露光装置を用いてウエハへの回路パターンの焼き付け
を行うので、高精度の半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例に係る投影露光装置の
光学系を示す図である。
【図2】第1の実施例で用いられたアパーチャー部材を
示す平面図である。
【図3】図2のA−A線矢視断面図である。
【図4】第1の実施例における投影レンズの瞳上に形成
される光源像を示す図である。
【図5】アパーチャー部材の遮光領域の遮光率rを変化
させたときの投影レンズの瞳径に対する有効光源の外径
の比σと焦点深度DOFとの関係を示す図である。
【図6】第2の実施例で用いられた切り換え装置を示す
図である。
【図7】従来の投影露光装置の光学系を示す図である。
【図8】図7の装置で用いられたアパーチャー部材を示
す平面図である。
【図9】図8のB−B線矢視断面図である。
【図10】他の従来の投影露光装置における投影レンズ
の瞳上に形成される光源像を示す図である。
【符号の説明】
11 ランプハウス 12 ミラー 13 フライアイレンズ 15 集光レンズ 16 集光レンズ 17 ミラー 18 マスク 19 投影レンズ 20 ウエハ 21、31〜34 アパーチャー部材 24 遮光部材 30 基板 D 透過領域
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−175101(JP,A) Japanese Journal of Applied Physic s,Vol.30,No.11B,(1991− Nov.),pp.3021〜3029 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027

Claims (2)

    (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
    ズと、 前記光源と前記集光レンズ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とこの透
    過領域内の中央部に形成された遮光領域とを有するアパ
    ーチャー部材とを備え、 前記アパーチャー部材の透過領域の外径を前記投影レン
    ズの瞳径に対する有効光源の外径の比σが0.6±0.
    3となるように設定すると共に有効光源の外径により決
    定される面積に対する有効光源内部の遮光領域の面積の
    比により定義される遮光率を60±35%とし、有効光
    源及び遮光領域が共に円形である場合には上記遮光率を
    45〜95%とすることを特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の投影露光装置を用いて
    ウエハへの回路パターンの焼き付けを行うことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
JP4026467A 1992-02-13 1992-02-13 投影露光装置及び半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JP2908100B2 (ja)

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KR101589938B1 (ko) * 2008-04-11 2016-02-12 칼 짜이스 에스엠테 게엠베하 광학 개구 장치

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Japanese Journal of Applied Physics,Vol.30,No.11B,(1991−Nov.),pp.3021〜3029

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