JP3037040B2 - 露光装置 - Google Patents
露光装置Info
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- JP3037040B2 JP3037040B2 JP5237101A JP23710193A JP3037040B2 JP 3037040 B2 JP3037040 B2 JP 3037040B2 JP 5237101 A JP5237101 A JP 5237101A JP 23710193 A JP23710193 A JP 23710193A JP 3037040 B2 JP3037040 B2 JP 3037040B2
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- reticle
- spherical aberration
- exposure apparatus
- semiconductor substrate
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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
- G03F7/70308—Optical correction elements, filters or phase plates for manipulating imaging light, e.g. intensity, wavelength, polarisation, phase or image shift
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70241—Optical aspects of refractive lens systems, i.e. comprising only refractive elements
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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】本発明はパターンを縮小投影して
半導体基板に該パターンを転写する露光装置に関する。
半導体基板に該パターンを転写する露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、集積回路半導体装置の高微細化パ
ターンである半導体素子を製造するリソグラフィ工程で
は高解像度の縮小投影型の露光装置が用いられている。
また、この露光装置は、パターンの微細化が進むに伴な
いより高い解像度のものが要求されるに至った。その結
果、この高解像度化の一環として投影光学系の高ＮＡ
化、照明系の照明光の短波長化およびマスクパターンを
用いた位相差露光法などの種々の高解像度化の提案がな
されてきた。
ターンである半導体素子を製造するリソグラフィ工程で
は高解像度の縮小投影型の露光装置が用いられている。
また、この露光装置は、パターンの微細化が進むに伴な
いより高い解像度のものが要求されるに至った。その結
果、この高解像度化の一環として投影光学系の高ＮＡ
化、照明系の照明光の短波長化およびマスクパターンを
用いた位相差露光法などの種々の高解像度化の提案がな
されてきた。
【０００３】この高解像度化の一つである高ＮＡ（開口
数）化は光源の短波長化に伴なって解像度を飛躍的に進
歩した。しかしながら、このＮＡの増加に伴ない逆比例
して焦点深度が浅くなるという光学設計上の問題があ
る。一方、微細化が進む半導体装置では、種々の工程を
繰返して行なうため半導体基板面に凹凸を生ずる。この
ような凹凸面のある半導体基板にパターンを転写する場
合に、焦点深度が凹凸面をカバーすることが出来ず微細
パターンの転写が困難になるという新な問題を生ずるこ
ととなった。
数）化は光源の短波長化に伴なって解像度を飛躍的に進
歩した。しかしながら、このＮＡの増加に伴ない逆比例
して焦点深度が浅くなるという光学設計上の問題があ
る。一方、微細化が進む半導体装置では、種々の工程を
繰返して行なうため半導体基板面に凹凸を生ずる。この
ような凹凸面のある半導体基板にパターンを転写する場
合に、焦点深度が凹凸面をカバーすることが出来ず微細
パターンの転写が困難になるという新な問題を生ずるこ
ととなった。
【０００４】この問題を解消する露光装置の一例とし
て、特開平２一１６６７１９号公報に開示されている。
この露光装置は、投影光学系の照射光によるレチクル上
のパターン光像に光軸に対する縦の球面収差を含ませ収
差を補正過剰にし、必要な解像度を確保するとともに焦
点深度を深くしている。そして、この球面収差の正の収
差量を変える手段として厚みが変えられる平行平板を投
影対物レンズとレチクルの間に挿入している。また、他
の例として特開平２一２３４４１１号公報に開示されて
いる露光装置は、前述の球面収差量を変える気体の圧力
の変化で行なう手段を投影光学系内に設け、像のコント
ラストを２割乃至４割低下させその分球面収差を増加さ
せて見掛けの焦点深度を深くしている。
て、特開平２一１６６７１９号公報に開示されている。
この露光装置は、投影光学系の照射光によるレチクル上
のパターン光像に光軸に対する縦の球面収差を含ませ収
差を補正過剰にし、必要な解像度を確保するとともに焦
点深度を深くしている。そして、この球面収差の正の収
差量を変える手段として厚みが変えられる平行平板を投
影対物レンズとレチクルの間に挿入している。また、他
の例として特開平２一２３４４１１号公報に開示されて
いる露光装置は、前述の球面収差量を変える気体の圧力
の変化で行なう手段を投影光学系内に設け、像のコント
ラストを２割乃至４割低下させその分球面収差を増加さ
せて見掛けの焦点深度を深くしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の露光装
置では、縦の球面収差を過剰に補正し焦点深度を深くし
ているものの、半導体基板側に収束されるパターン像が
パターンの疎密によって焦点深度位置と半導体基板の段
差との間にずれが生じ必要な解像度でパターンを転写す
ることが困難であるという問題を含んでいる。この問題
について具体的に図面を参照して説明する。
置では、縦の球面収差を過剰に補正し焦点深度を深くし
ているものの、半導体基板側に収束されるパターン像が
パターンの疎密によって焦点深度位置と半導体基板の段
差との間にずれが生じ必要な解像度でパターンを転写す
ることが困難であるという問題を含んでいる。この問題
について具体的に図面を参照して説明する。
【０００６】図１０は従来の露光装置における問題点を
説明するための半導体基板の模式断面図である。メモリ
装置のような半導体装置を製造する過程で、半導体基板
に集積回路装置を形成するために幾度となく露光および
エッチング並びに加工層の被着など繰返して行なわれ
る。このため、図１０に示すように、製造工程の後にな
る程、細いパターンが高密度に形成されるメモリセル領
域と粗いパターンが低密度に形成される周辺回路領域と
に段差ｈが大きくなる。
説明するための半導体基板の模式断面図である。メモリ
装置のような半導体装置を製造する過程で、半導体基板
に集積回路装置を形成するために幾度となく露光および
エッチング並びに加工層の被着など繰返して行なわれ
る。このため、図１０に示すように、製造工程の後にな
る程、細いパターンが高密度に形成されるメモリセル領
域と粗いパターンが低密度に形成される周辺回路領域と
に段差ｈが大きくなる。
【０００７】このような段差ｈのある半導体基板に被加
工層を施し、それにレジストを積層して露光しパターン
を転写し、選択的に被加工層をエッチング除去する場合
における球面収差のない露光装置による露光は、焦点深
度がＦ0 であると仮定すると、メモリセル領域側のＨ１
に合せると、周辺回路領域では焦点深度が範囲から外
れ、パターンが正常に転写されない。また、逆に周辺回
路領域のＨ２に合せると、メモリセル領域では焦点深度
から外れ、パターンが正常に転写されない。そこで、Ｈ
１とＨ２の中間位置Ｈ０かあるいはレジストの最も高い
位置と低い位置の中間に焦点深度Ｆ0 の中央位置に合せ
る。しかしながら、焦点深度は段差ｈより狭く、焦点深
度を考慮して焦点位置をずらして設定しても正常なパタ
ーンの転写はできない。
工層を施し、それにレジストを積層して露光しパターン
を転写し、選択的に被加工層をエッチング除去する場合
における球面収差のない露光装置による露光は、焦点深
度がＦ0 であると仮定すると、メモリセル領域側のＨ１
に合せると、周辺回路領域では焦点深度が範囲から外
れ、パターンが正常に転写されない。また、逆に周辺回
路領域のＨ２に合せると、メモリセル領域では焦点深度
から外れ、パターンが正常に転写されない。そこで、Ｈ
１とＨ２の中間位置Ｈ０かあるいはレジストの最も高い
位置と低い位置の中間に焦点深度Ｆ0 の中央位置に合せ
る。しかしながら、焦点深度は段差ｈより狭く、焦点深
度を考慮して焦点位置をずらして設定しても正常なパタ
ーンの転写はできない。
【０００８】一方、従来の露光装置のように球面収差を
過剰に補正すると、焦点深度が深くなるものの、レチク
ルのパターンの疎密によって焦点深度と焦点深度位置が
変る。即ち、細いパターンのメモリセル領域では焦点深
度Ｆ1 となり、粗いパターンの周辺回路領域ではＦ2 と
なる。そして細いパターンの焦点深度Ｆ1 を中間点Ｈ２
に合せると、粗いパターンの焦点深度Ｆ2 の位置が周辺
回路領域の中間位置Ｈ２より上側に移動し周辺回路領域
のパターンが正確に転写されない。また、逆に周辺回路
領域の粗いパターンの焦点深度Ｆ2 を中間位置Ｈ２に合
せると、細いパターンの焦点深度Ｆ1 の位置はメモリセ
ル領域側のＨ１の下方に移行し、メモリセル領域に細か
いパターンが転写されないという問題が生ずる。かえっ
て前述の浅い焦点深度をもつ露光装置より悪化する。
過剰に補正すると、焦点深度が深くなるものの、レチク
ルのパターンの疎密によって焦点深度と焦点深度位置が
変る。即ち、細いパターンのメモリセル領域では焦点深
度Ｆ1 となり、粗いパターンの周辺回路領域ではＦ2 と
なる。そして細いパターンの焦点深度Ｆ1 を中間点Ｈ２
に合せると、粗いパターンの焦点深度Ｆ2 の位置が周辺
回路領域の中間位置Ｈ２より上側に移動し周辺回路領域
のパターンが正確に転写されない。また、逆に周辺回路
領域の粗いパターンの焦点深度Ｆ2 を中間位置Ｈ２に合
せると、細いパターンの焦点深度Ｆ1 の位置はメモリセ
ル領域側のＨ１の下方に移行し、メモリセル領域に細か
いパターンが転写されないという問題が生ずる。かえっ
て前述の浅い焦点深度をもつ露光装置より悪化する。
【０００９】従って、本発明の目的は、疎密のパターン
が混在するレチクルのパターンを段差の大きな半導体基
板面に解像度良く転写することができる露光装置を提供
することである。
が混在するレチクルのパターンを段差の大きな半導体基
板面に解像度良く転写することができる露光装置を提供
することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、種々の
細かいパターンと粗いパターンとが形成されたレチクル
に照明光を照射する照明光学系と、このレチクルの前記
パターンを縮小投影し半導体基板に結像する縮小投影レ
ンズを備える露光装置において、前記縮小投影レンズに
よる前記レチクルのパターンの前記半導体基板面への結
像に負の縦の球面収差を付加し、この球面収差量を可変
して同一結像面内で焦点位置を変化させる球面収差可変
手段を備え、前記半導体基板面の段差の高い位置にある
領域に微細パターンを転写し、前記段差の低い位置にあ
る領域に荒いパターンを転写することである。また、前
記縮小投影レンズが前記レチクルに対してテレセントリ
ックな光学系であることが望ましい。また、前記球面収
差可変手段は、前記レチクルを上下動する上下駆動機構
であるか、あるいは、前記レチクルと前記縮小投影レン
ズとの間または前記縮小投影レンズ系中に板厚の異なる
複数の平行平板部材から任意に選び該平行平板を挿入す
る平行平板駆動機構であることが望ましい。
細かいパターンと粗いパターンとが形成されたレチクル
に照明光を照射する照明光学系と、このレチクルの前記
パターンを縮小投影し半導体基板に結像する縮小投影レ
ンズを備える露光装置において、前記縮小投影レンズに
よる前記レチクルのパターンの前記半導体基板面への結
像に負の縦の球面収差を付加し、この球面収差量を可変
して同一結像面内で焦点位置を変化させる球面収差可変
手段を備え、前記半導体基板面の段差の高い位置にある
領域に微細パターンを転写し、前記段差の低い位置にあ
る領域に荒いパターンを転写することである。また、前
記縮小投影レンズが前記レチクルに対してテレセントリ
ックな光学系であることが望ましい。また、前記球面収
差可変手段は、前記レチクルを上下動する上下駆動機構
であるか、あるいは、前記レチクルと前記縮小投影レン
ズとの間または前記縮小投影レンズ系中に板厚の異なる
複数の平行平板部材から任意に選び該平行平板を挿入す
る平行平板駆動機構であることが望ましい。
【００１１】
【作用】この発明の構成においては、縮小投影レンズ系
の結像に関し、縦の球面収差の補正不足にする負の球面
収差をもたせることによって、焦点深度を深くするとと
もに転写面のパターンの疎密とそれに対応する面の段差
に応じて焦点深度位置を適合させことである。これに対
し前述した従来の結像に球面収差を過剰にもたせるプラ
スの球面収差の付加は、焦点深度が深くなるものの、高
い位置にある領域に微細パターンを低い位置にある領域
に粗いパターンを転写する段差のある半導体基板面では
焦点深度位置が適合しないことが判明した。以下に図面
を参照して説明する。
の結像に関し、縦の球面収差の補正不足にする負の球面
収差をもたせることによって、焦点深度を深くするとと
もに転写面のパターンの疎密とそれに対応する面の段差
に応じて焦点深度位置を適合させことである。これに対
し前述した従来の結像に球面収差を過剰にもたせるプラ
スの球面収差の付加は、焦点深度が深くなるものの、高
い位置にある領域に微細パターンを低い位置にある領域
に粗いパターンを転写する段差のある半導体基板面では
焦点深度位置が適合しないことが判明した。以下に図面
を参照して説明する。
【００１２】図５（ａ）および（ｂ）はレチクルと投影
露光光学系およびウェハーの位置関係を示す図、図６は
球面収差の付加とパターンの疎密による焦点位置の変化
を示すグラフ、図７は焦点位置ずれによる解像度を示す
図、図８は球面収差の付加におけるパターン疎密による
焦点深度位置を示す図および図９はウェハーの断面を示
す模式断面図である。
露光光学系およびウェハーの位置関係を示す図、図６は
球面収差の付加とパターンの疎密による焦点位置の変化
を示すグラフ、図７は焦点位置ずれによる解像度を示す
図、図８は球面収差の付加におけるパターン疎密による
焦点深度位置を示す図および図９はウェハーの断面を示
す模式断面図である。
【００１３】通常、図５（ａ）に示す球面収差の無い光
学系の露光装置では、照明光１００はレチクル１０３上
のパターンによって回折光を生ずる。この回折光には、
入射方向をそのまま保つ０次光（図中Ｄ0 の光）の他に
±１次光，±２次光などが発生している。また、パター
ンは０次光のみでは形成されず、最低でも２光束必要で
ある。従って、従来の露光装置では０次光および±１次
光の３光束を投影露光光学系１０４に取込みこれらを半
導体基板であるウェハー１０５に結像しパターンを形成
している。
学系の露光装置では、照明光１００はレチクル１０３上
のパターンによって回折光を生ずる。この回折光には、
入射方向をそのまま保つ０次光（図中Ｄ0 の光）の他に
±１次光，±２次光などが発生している。また、パター
ンは０次光のみでは形成されず、最低でも２光束必要で
ある。従って、従来の露光装置では０次光および±１次
光の３光束を投影露光光学系１０４に取込みこれらを半
導体基板であるウェハー１０５に結像しパターンを形成
している。
【００１４】この±１次光の回折方向はレチクル１０３
のパターンの寸法によって決まり、パターンのピッチを
ＰとするとＰｓｉｎθ＝ｎλで決まる０次光よりもθだ
け角度をもつ方向に発生する。ここで、ｎは回折光の次
数、１次光の場合は１であり、λは露光光の波長であ
る。この式からパターン寸法が大きい場合にはθが小さ
く例えば図中ＤＬ（＋１），ＤＬ（−１）の±１次光が
生ずる。通常、ステッパーではレチクル１０３には種々
のパターンが形成されており、ウェハー１０５上にどの
パターン寸法も同じ焦点位置に結像されるようになって
いる。言い換えれば、ＤＬ（＋１），ＤＬ（−１），Ｄ
Ｓ（＋１）ＤＳ（−１）のどれも同じ高さの所で結像す
る。また、パターン寸法の大きい程、焦点深度は広くな
る。
のパターンの寸法によって決まり、パターンのピッチを
ＰとするとＰｓｉｎθ＝ｎλで決まる０次光よりもθだ
け角度をもつ方向に発生する。ここで、ｎは回折光の次
数、１次光の場合は１であり、λは露光光の波長であ
る。この式からパターン寸法が大きい場合にはθが小さ
く例えば図中ＤＬ（＋１），ＤＬ（−１）の±１次光が
生ずる。通常、ステッパーではレチクル１０３には種々
のパターンが形成されており、ウェハー１０５上にどの
パターン寸法も同じ焦点位置に結像されるようになって
いる。言い換えれば、ＤＬ（＋１），ＤＬ（−１），Ｄ
Ｓ（＋１）ＤＳ（−１）のどれも同じ高さの所で結像す
る。また、パターン寸法の大きい程、焦点深度は広くな
る。
【００１５】一方、図５（ｂ）に示すように、レチクル
１０３をΔＺ下げた場合、±１次光の光路が変化し、瞳
面１１２までの光路長が短かくなり、よりレンズ中心側
を通ることになる。その結果、焦点位置はよりレンズに
近い方向に、例えば、レンズ１０４の縮小率を１／５と
すると、およそΔＺ／２５μｍだけ移動し、かつパター
ン寸法によって焦点位置がやや異なる。このとき、大き
いパターンの焦点位置（ＦＬ）に比べ小さいパターンの
焦点位置（ＦＳ）の方がレンズに近い側となる。このこ
とは、図６に示すように、球面収差が大きい程大きくな
る。このように、レチクル１０３を上げることにより正
の球面収差を付加し、焦点深度を拡大させることができ
るということが示唆される。
１０３をΔＺ下げた場合、±１次光の光路が変化し、瞳
面１１２までの光路長が短かくなり、よりレンズ中心側
を通ることになる。その結果、焦点位置はよりレンズに
近い方向に、例えば、レンズ１０４の縮小率を１／５と
すると、およそΔＺ／２５μｍだけ移動し、かつパター
ン寸法によって焦点位置がやや異なる。このとき、大き
いパターンの焦点位置（ＦＬ）に比べ小さいパターンの
焦点位置（ＦＳ）の方がレンズに近い側となる。このこ
とは、図６に示すように、球面収差が大きい程大きくな
る。このように、レチクル１０３を上げることにより正
の球面収差を付加し、焦点深度を拡大させることができ
るということが示唆される。
【００１６】次に、この正あるいは負の球面収差を付加
したとき、焦点位置のずれによって、像のコントラスト
がどのようになるかを示したのは図７である。例えば、
球面収差を付加しない場合の、像コントラストはＣ0 の
曲線に沿って変化する。フォーカスが０、すなわち、焦
点位置のときの像コントラストが最も高く、フォーカス
が＋側あるいは−側にズレる程コントラストは低下す
る。ここで、レジストパターンが形成されるのに必要な
コントラストをＣF 以上とすると、コントラストがＣF
よりも高いフォーカス範囲ｆ1 からｆ2 の間が焦点深度
（Ｆ0 ）となる。これに対し、正の球面収差を付加した
場合、コントラストはＣ+ 曲線に沿って変化し、焦点深
度はＦ+ 、また、負の球面収差を付加したとき、コント
ラストは曲線Ｃ- に沿って変化し、焦点深度Ｆ- とな
る。
したとき、焦点位置のずれによって、像のコントラスト
がどのようになるかを示したのは図７である。例えば、
球面収差を付加しない場合の、像コントラストはＣ0 の
曲線に沿って変化する。フォーカスが０、すなわち、焦
点位置のときの像コントラストが最も高く、フォーカス
が＋側あるいは−側にズレる程コントラストは低下す
る。ここで、レジストパターンが形成されるのに必要な
コントラストをＣF 以上とすると、コントラストがＣF
よりも高いフォーカス範囲ｆ1 からｆ2 の間が焦点深度
（Ｆ0 ）となる。これに対し、正の球面収差を付加した
場合、コントラストはＣ+ 曲線に沿って変化し、焦点深
度はＦ+ 、また、負の球面収差を付加したとき、コント
ラストは曲線Ｃ- に沿って変化し、焦点深度Ｆ- とな
る。
【００１７】このように、コントラストの最も高い、即
ち焦点位置は、図８に示すように、正の球面収差の付加
により−側（レンズから遠くなる側）に、負の球面収差
付加により＋側（レンズに近くなる側）に移動し、収差
量が大きい程、焦点位置の移動量も大きい。焦点深度は
球面収差量が適当に設定されれば、焦点深度はＦ+ ＞Ｆ
0 ＝Ｆ- の関係となる。言い換えれば、正の球面収差を
付加されれば、最も焦点深度を深めることができる。し
かし、正の球面収差付加によって、粗いパターンと細い
パターンでも焦点深度位置が−側によっているので、前
述したように、段差のあるウェハーに不適合となる。
ち焦点位置は、図８に示すように、正の球面収差の付加
により−側（レンズから遠くなる側）に、負の球面収差
付加により＋側（レンズに近くなる側）に移動し、収差
量が大きい程、焦点位置の移動量も大きい。焦点深度は
球面収差量が適当に設定されれば、焦点深度はＦ+ ＞Ｆ
0 ＝Ｆ- の関係となる。言い換えれば、正の球面収差を
付加されれば、最も焦点深度を深めることができる。し
かし、正の球面収差付加によって、粗いパターンと細い
パターンでも焦点深度位置が−側によっているので、前
述したように、段差のあるウェハーに不適合となる。
【００１８】これに対し、負の球面収差を付加する場合
は、レンズ側（＋側）に寄っているので、段差のあるウ
ェハーにパターンを転写するとき、図９に示すように、
細いパターンにおける焦点深度Ｆ- は粗いパターンでは
下方に移行して一致する。これにより、高い方に微細な
低い方に粗いパターンを形成すべき大きな段差をもつウ
ェハーに対しても問題なくパターンが形成される。な
お、球面収差の付加量は段差ｈによって変化させる。例
えば、メモリの場合は、段差ｈが最大３μｍ程度存在す
るため、付加する球面収差は０〜−６λ程度（λは波
長）必要となる。このことは、レチクルを下方に０〜６
００μｍ移動すれば得られる。
は、レンズ側（＋側）に寄っているので、段差のあるウ
ェハーにパターンを転写するとき、図９に示すように、
細いパターンにおける焦点深度Ｆ- は粗いパターンでは
下方に移行して一致する。これにより、高い方に微細な
低い方に粗いパターンを形成すべき大きな段差をもつウ
ェハーに対しても問題なくパターンが形成される。な
お、球面収差の付加量は段差ｈによって変化させる。例
えば、メモリの場合は、段差ｈが最大３μｍ程度存在す
るため、付加する球面収差は０〜−６λ程度（λは波
長）必要となる。このことは、レチクルを下方に０〜６
００μｍ移動すれば得られる。
【００１９】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００２０】図１は本発明の第１の実施例を示す露光装
置の斜視図である。この露光装置は、図１に示すよう
に、ウェハー１０５に結像されるパターン像に関する縦
の球面収差が補正不足となるように負の球面収差量を変
えるレチクル上下機構を設けたことである。また、この
レチクル上下機構は、レチクル１０３を載置するレチク
ル台１０９を固定保持する固定台１１０と、この固定台
１１０を上下に移動させる送りねじ機構（図示せず）
と、送りねじを回転させるステップモータである上下駆
動モータ１１１とで構成されている。
置の斜視図である。この露光装置は、図１に示すよう
に、ウェハー１０５に結像されるパターン像に関する縦
の球面収差が補正不足となるように負の球面収差量を変
えるレチクル上下機構を設けたことである。また、この
レチクル上下機構は、レチクル１０３を載置するレチク
ル台１０９を固定保持する固定台１１０と、この固定台
１１０を上下に移動させる送りねじ機構（図示せず）
と、送りねじを回転させるステップモータである上下駆
動モータ１１１とで構成されている。
【００２１】それ以外のコンデンサレンズ１０２をもち
照明光１００を放射する照明光学系１０１およびレチク
ル１０３のパターンを縮小してウェーハ１０５に投影結
像する投影露光光学系１０４と、ウェハー１０５を載置
するウェハー台１０６とこのウェハー台１０６を移動さ
せるステージ１０７は従来と同じである。
照明光１００を放射する照明光学系１０１およびレチク
ル１０３のパターンを縮小してウェーハ１０５に投影結
像する投影露光光学系１０４と、ウェハー１０５を載置
するウェハー台１０６とこのウェハー台１０６を移動さ
せるステージ１０７は従来と同じである。
【００２２】この露光装置で段差のあるウェハーに対し
露光を行なう場合には、上下駆動モータ１１１を回転す
ることにより図示されていない精密送りねじを回転させ
レチクル台１０９を収差のない基準の位置より下げて負
の球面収差を与えウェハー１０５にパターンを転写す
る。なお、レチクル１０３を基準の位置より高くすると
正の球面収差を付加することになる。また、投影露光光
学系１０４がレチクル１０３側に対してテレセントリッ
クな光学系を構成しているので、レチクル１０９が上下
動しても倍率やディストーションなど他の収差は変化し
ない。
露光を行なう場合には、上下駆動モータ１１１を回転す
ることにより図示されていない精密送りねじを回転させ
レチクル台１０９を収差のない基準の位置より下げて負
の球面収差を与えウェハー１０５にパターンを転写す
る。なお、レチクル１０３を基準の位置より高くすると
正の球面収差を付加することになる。また、投影露光光
学系１０４がレチクル１０３側に対してテレセントリッ
クな光学系を構成しているので、レチクル１０９が上下
動しても倍率やディストーションなど他の収差は変化し
ない。
【００２３】また、この露光装置でウェハー１０５にパ
ターンを転写するとき、このレチクル上下機構の動作範
囲は、前述したように、段差ｈが例えば、３μｍのと
き、レチクルを下方に０〜６００μｍである。このこと
は上下機構自体に高精度は要求されず比較的に容易に作
成できる。従って、この図面に示したステップモータに
よる送り機構に限定されることなく、もっと簡単な機
構、例えば、電歪素子を用いた機構でも良い。
ターンを転写するとき、このレチクル上下機構の動作範
囲は、前述したように、段差ｈが例えば、３μｍのと
き、レチクルを下方に０〜６００μｍである。このこと
は上下機構自体に高精度は要求されず比較的に容易に作
成できる。従って、この図面に示したステップモータに
よる送り機構に限定されることなく、もっと簡単な機
構、例えば、電歪素子を用いた機構でも良い。
【００２４】通常、メモリ製品の品種および工程におい
ては、それぞれウェハーの段差が異なるので、この露光
装置を適用する場合は、予じめ段差が測定され品種およ
び工程毎に一覧表を作成し、コンピュータに記憶させ、
露光時に製品名，工程名を入力し、コンピュータから段
差を読み出し、それに応じた球面収差を与えるべきレチ
クルを移動させ露光することである。
ては、それぞれウェハーの段差が異なるので、この露光
装置を適用する場合は、予じめ段差が測定され品種およ
び工程毎に一覧表を作成し、コンピュータに記憶させ、
露光時に製品名，工程名を入力し、コンピュータから段
差を読み出し、それに応じた球面収差を与えるべきレチ
クルを移動させ露光することである。
【００２５】図２は本発明の第２の実施例を示す露光装
置の模式図である。この露光装置は、図２に示すよう
に、レチクル１０３と投影露光光学系１０４との間に露
光光の透過率の高い平行平板１１２と、この平行平板１
１２とより板厚の薄い平行平板１１４と差し替える平行
平板駆動機構１１３を設けたことである。
置の模式図である。この露光装置は、図２に示すよう
に、レチクル１０３と投影露光光学系１０４との間に露
光光の透過率の高い平行平板１１２と、この平行平板１
１２とより板厚の薄い平行平板１１４と差し替える平行
平板駆動機構１１３を設けたことである。
【００２６】この板厚の厚い平行平板１１２を挿入する
ことにより０次光や±１次光の光路を変化させ屈折率が
１より大きくすることで正の球面収差を発生させる。そ
して、この平行平板１１２が挿入された状態で球面収差
が０となるように投影露光光学系１０４の設計およびレ
チクル台１０９の高さの設計を予じめ行ない、より薄い
平行平板１１４と入れ替えれば、負の球面収差を発生す
ることができる。
ことにより０次光や±１次光の光路を変化させ屈折率が
１より大きくすることで正の球面収差を発生させる。そ
して、この平行平板１１２が挿入された状態で球面収差
が０となるように投影露光光学系１０４の設計およびレ
チクル台１０９の高さの設計を予じめ行ない、より薄い
平行平板１１４と入れ替えれば、負の球面収差を発生す
ることができる。
【００２７】そして、これら平行平板１１２および１１
４を例えば石英板で作成し、基準となる平行平板１１２
を最も板厚を厚くし、入れ替えるべき平行平板１１４を
板厚の段階的に違うものを複数枚を準備し、負の球面収
差に応じてこれらの平行平板１１４を平行平板駆動機構
１１３によって入れ替えれば良い。従って、最も収差量
が大きいのは、平行平板が無いときである。
４を例えば石英板で作成し、基準となる平行平板１１２
を最も板厚を厚くし、入れ替えるべき平行平板１１４を
板厚の段階的に違うものを複数枚を準備し、負の球面収
差に応じてこれらの平行平板１１４を平行平板駆動機構
１１３によって入れ替えれば良い。従って、最も収差量
が大きいのは、平行平板が無いときである。
【００２８】また、この収差を変えるのに板厚だけでな
く材料（屈折率）を変えることによっても可能であり、
表面に被着される膜厚を変えたり、膜の材質を屈折率の
異なる例えば酸化クロムや窒化シリコンなどを使い分け
ても良い。さらに、この平行平板の挿入をレンズとウェ
ハーとの間あるいはレンズ１０４の中に組込んでも同様
の効果を得ることができる。
く材料（屈折率）を変えることによっても可能であり、
表面に被着される膜厚を変えたり、膜の材質を屈折率の
異なる例えば酸化クロムや窒化シリコンなどを使い分け
ても良い。さらに、この平行平板の挿入をレンズとウェ
ハーとの間あるいはレンズ１０４の中に組込んでも同様
の効果を得ることができる。
【００２９】図３は本発明の第３の実施例の露光装置に
おける球面収差可変機構を示す模式図、図４は図３のペ
リクル膜厚と球面収差量を示すグラフである。この露光
装置は、図３に示すように、レチクル１０３と所定の間
隔を保つように枠１１５ａ，１１５ｂで保持される厚さ
の異なる複数のペリクル１１７，１１８と、このペリク
ル１１７，１１８を枠１１５ａ，１１５ｂごとに入れ換
える挿抜機構１１６とを備える収差可変機構を設けたこ
とである。
おける球面収差可変機構を示す模式図、図４は図３のペ
リクル膜厚と球面収差量を示すグラフである。この露光
装置は、図３に示すように、レチクル１０３と所定の間
隔を保つように枠１１５ａ，１１５ｂで保持される厚さ
の異なる複数のペリクル１１７，１１８と、このペリク
ル１１７，１１８を枠１１５ａ，１１５ｂごとに入れ換
える挿抜機構１１６とを備える収差可変機構を設けたこ
とである。
【００３０】このペリクルは、通常、レチクルのきずの
発生やごみの付着防止のために用いられているものであ
って、セルロース誘電体やポリプロピレン等により作製
される高光透過率（９８％以上）の透明膜である。本発
明はこのペリクルに着目し、このペリクルの膜厚によっ
てどのように球面収差が変化するか試みに実験を行なっ
てみたところ、その結果、図４に示すように、所定膜厚
以下であれば負の球面収差が得られることが判明した。
また、この所定膜厚以上であると正の球面収差が発生す
る。
発生やごみの付着防止のために用いられているものであ
って、セルロース誘電体やポリプロピレン等により作製
される高光透過率（９８％以上）の透明膜である。本発
明はこのペリクルに着目し、このペリクルの膜厚によっ
てどのように球面収差が変化するか試みに実験を行なっ
てみたところ、その結果、図４に示すように、所定膜厚
以下であれば負の球面収差が得られることが判明した。
また、この所定膜厚以上であると正の球面収差が発生す
る。
【００３１】そこで、本実施例では、収差調整範囲の拡
大とヘリクル膜の強度を考慮し、基準のペリクルを正の
６λ程度の球面収差が得られる厚さのものを選び、この
選ばれたペリクルを含むレンズ系が収差が０になるよう
に露光光学系を設計し、選ばれたペリクルより膜厚より
段階的に薄いペリクルを複数枚を作製し、段差に応じて
これらのペリクルから選び、挿抜機構１１６によって入
れ換える。
大とヘリクル膜の強度を考慮し、基準のペリクルを正の
６λ程度の球面収差が得られる厚さのものを選び、この
選ばれたペリクルを含むレンズ系が収差が０になるよう
に露光光学系を設計し、選ばれたペリクルより膜厚より
段階的に薄いペリクルを複数枚を作製し、段差に応じて
これらのペリクルから選び、挿抜機構１１６によって入
れ換える。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、縮小投影
レンズによるレチクルのパターンの半導体基板面への結
像に負の縦の球面収差量を可変付加する球面収差可変手
段を設け、半導体基板面の段差に応じて負の球面収差量
を変えて大きな段差でもそれに適合する十分な焦点深度
を得ることによって、解像度良くパターンを半導体基板
面に転写することができるという効果がある。
レンズによるレチクルのパターンの半導体基板面への結
像に負の縦の球面収差量を可変付加する球面収差可変手
段を設け、半導体基板面の段差に応じて負の球面収差量
を変えて大きな段差でもそれに適合する十分な焦点深度
を得ることによって、解像度良くパターンを半導体基板
面に転写することができるという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例を示す露光装置の斜視図
である。
である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す露光装置の模式図
である。
である。
【図３】本発明の第３の実施例の露光装置における球面
収差可変機構を示す模式図である。
収差可変機構を示す模式図である。
【図４】図３のペリクル膜厚と球面収差量を示すグラフ
である。
である。
【図５】レチクルと投影露光光学系およびウェハーの位
置関係を示す図である。
置関係を示す図である。
【図６】球面収差の付加とパターンの疎密による焦点位
置の変化を示すグラフである。
置の変化を示すグラフである。
【図７】焦点位置ずれによる解像度を示す図である。
【図８】球面収差の付加におけるパターン疎密による焦
点深度位置を示す図である。
点深度位置を示す図である。
【図９】ウェハーの断面を示す模式断面図である。
【図１０】従来の露光装置における問題点を説明するた
めの半導体基板の模式断面図である。
めの半導体基板の模式断面図である。
１０１ 照明光学系 １０２ コンデンサレンズ １０３ レチクル １０４ 投影露光光学系 １０５ ウェハー １０６ ウェハー台 １０７ ステージ １０９ レチクル台 １１０ 固定台 １１１ 上下駆動モータ １１２，１１４ 平行平板 １１３ 平行平板駆動機構 １１５ａ，１１５ｂ 枠 １１６ 挿抜機構 １１７，１１８ ペリクル
Claims (4)
- 【請求項１】 種々の細かいパターンと粗いパターンと
が形成されたレチクルに照明光を照射する照明光学系
と、このレチクルの前記パターンを縮小投影し半導体基
板に結像する縮小投影レンズを備える露光装置におい
て、前記縮小投影レンズによる前記レチクルのパターン
の前記半導体基板面への結像に負の縦の球面収差を付加
し、この球面収差量を可変して同一結像面内で焦点位置
を変化させる球面収差可変手段を備え、前記半導体基板
面の段差の高い位置にある領域に微細パターンを転写
し、前記段差の低い位置にある領域に荒いパターンを転
写することを特徴とする露光装置。 - 【請求項２】 前記縮小投影レンズが前記レチクルに対
してテレセントリックな光学系であることを特徴とする
請求項１記載の露光装置。 - 【請求項３】 前記球面収差可変手段は、前記レチクル
を上下動する上下駆動機構であることを特徴とする請求
項１及び２記載の露光装置。 - 【請求項４】 前記球面収差可変手段は、前記レチクル
と前記縮小投影レンズとの間または前記縮小投影レンズ
系中に板厚の異なる複数の平行平板部材から任意に選び
該平行平板を挿入する平行平板駆動機構であることを特
徴とする請求項１及び２記載の露光装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5237101A JP3037040B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-09-24 | 露光装置 |
| EP94100728A EP0607947A1 (en) | 1993-01-20 | 1994-01-19 | Exposing device for projecting a pattern onto a photoresist layer with a surface having different levels |
| US08/183,805 US5432587A (en) | 1993-01-20 | 1994-01-21 | Exposing device capable of making clear pattern image on photo resist layer having different level surfaces |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-7118 | 1993-01-20 | ||
| JP711893 | 1993-01-20 | ||
| JP5237101A JP3037040B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-09-24 | 露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275490A JPH06275490A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3037040B2 true JP3037040B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=26341382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5237101A Expired - Lifetime JP3037040B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-09-24 | 露光装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5432587A (ja) |
| EP (1) | EP0607947A1 (ja) |
| JP (1) | JP3037040B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3341269B2 (ja) | 1993-12-22 | 2002-11-05 | 株式会社ニコン | 投影露光装置、露光方法、半導体の製造方法及び投影光学系の調整方法 |
| JP3893626B2 (ja) | 1995-01-25 | 2007-03-14 | 株式会社ニコン | 投影光学装置の調整方法、投影光学装置、露光装置及び露光方法 |
| US6834262B1 (en) | 1999-07-02 | 2004-12-21 | Cypress Semiconductor Corporation | Scheme for improving the simulation accuracy of integrated circuit patterns by simulation of the mask |
| JP2002156738A (ja) * | 2000-11-17 | 2002-05-31 | Nec Corp | パターン形成方法 |
| US6681376B1 (en) * | 2001-10-17 | 2004-01-20 | Cypress Semiconductor Corporation | Integrated scheme for semiconductor device verification |
| US20050048412A1 (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-03 | Pary Baluswamy | Methods for reducing spherical aberration effects in photolithography |
| JP4641779B2 (ja) * | 2004-10-20 | 2011-03-02 | ウシオ電機株式会社 | 露光装置 |
| JP2019049667A (ja) | 2017-09-12 | 2019-03-28 | 東芝メモリ株式会社 | 露光方法、露光システムおよび半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59160144A (ja) * | 1983-03-04 | 1984-09-10 | Hitachi Ltd | ホトマスク |
| JPS6093410A (ja) * | 1983-10-27 | 1985-05-25 | Canon Inc | 反射光学系 |
| GB2153543B (en) * | 1983-12-28 | 1988-09-01 | Canon Kk | A projection exposure apparatus |
| JPS60186842A (ja) * | 1984-03-06 | 1985-09-24 | Canon Inc | 露光装置 |
| US4937619A (en) * | 1986-08-08 | 1990-06-26 | Hitachi, Ltd. | Projection aligner and exposure method |
| US5105075A (en) * | 1988-09-19 | 1992-04-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection exposure apparatus |
| JPH02137217A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Yamaha Corp | 投影露光法 |
| JP2679195B2 (ja) * | 1988-12-21 | 1997-11-19 | 株式会社ニコン | 投影露光装置 |
| US5311362A (en) * | 1989-04-20 | 1994-05-10 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| JPH02281725A (ja) * | 1989-04-24 | 1990-11-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 投影露光装置 |
| US5117255A (en) * | 1990-09-19 | 1992-05-26 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| JPH04131855A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-06 | Sony Corp | 投影露光方法 |
| JPH04273117A (ja) * | 1991-02-27 | 1992-09-29 | Nippon Steel Corp | 縮小投影露光装置 |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP5237101A patent/JP3037040B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-01-19 EP EP94100728A patent/EP0607947A1/en not_active Withdrawn
- 1994-01-21 US US08/183,805 patent/US5432587A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06275490A (ja) | 1994-09-30 |
| US5432587A (en) | 1995-07-11 |
| EP0607947A1 (en) | 1994-07-27 |
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