JP3180133B2

JP3180133B2 - 投影露光装置

Info

Publication number: JP3180133B2
Application number: JP34353992A
Authority: JP
Inventors: 敏行堀内; 勝征原田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-12-01
Filing date: 1992-12-01
Publication date: 2001-06-25
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH06177006A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原図基板上の半導体集
積回路等の微細パターンを、半導体等の被露光基板上に
投影露光して転写する投影露光装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等の微細パターンを、半
導体ウエハ等の被露光基板上に、安易、高速、低価格で
形成するため、短波長可視光ないし遠紫外線を用いる投
影露光法が用いられている。図５は、株式会社電気書院
発行「ＬＳＩ設計製作技術」２４８頁に記載された従来
の投影露光装置の光学系を示す。これを同図に基づいて
概略説明すると、水銀ランプ１から出た光は、楕円凹面
鏡２、コリメータレンズ３によって集光されて、単色化
のためのフィルタ４を通ってフライアイレンズ５に入
る。水銀ランプ１とコリメータレンズ３との間にはラン
プからの光を光源光軸と略直交する方向に変換すると共
に、熱線を裏側へ透過させる第１反射鏡６が配設されて
いる。フライアイレンズ５は、多くの小口径レンズの集
合体からなり、その各レンズから出る光が第２反射鏡７
によって反射され集光レンズ８によって集光されること
により、それぞれ原図基板であるレチクル９を照明し、
これにより照明の均一性を上げることができる。前記水
銀ランプ１が元々の光源（１次光源）であるのに対し、
フライアイレンズ５の射出側は、レチクル９を照明する
光の実質的な射出源となるため、２次光源と呼ばれる。
第２反射鏡７は、再度光線の向きを変えるためのもので
ある。レチクル９は、半導体集積回路等の微細パターン
の図柄が形成されてレチクル保持台１０上に設置されて
おり、集光レンズ系８を出た光により照明されると、前
記微細パターンは投影レンズ１１を通して被露光基板で
あるレジストを塗布したウエハ１２上に転写される。投
影レンズ１１は、各種収差を消すため多くの枚数のレン
ズを組合わせて作られているが、基本的にはレチクル９
側とウエハ１２側の２ブロックに分けられており、その
間に開口絞り１３が設置されている。レチクル９上の任
意の一点から出た光は、レチクル９側のレンズ群を透過
した後、略平行となって開口絞り１３を通過し、ウエハ
１２側のレンズ群に入る。その後、ウエハ１２側のレン
ズ群で集光され、ウエハ１２の表面上のレジスト位置で
一点に集光、結像される。ウエハ１２は、位置、および
投影レンズ１１に対する高さを調整、決定するための、
Ｘ移動ステージ１４、Ｙ移動ステージ１５、Ｚ移動ステ
ージ１６、回転ステージ１７上に設置されている。ウエ
ハ１２に転写されるパターンの解像性は、レチクル９上
に存在するパターンによる回折光が開口絞り１３に取り
込めるかどうかで決まり、最高解像度は、レチクル９上
のパターンから出る０次回折光と１次回折光とが、開口
絞り１３に取り込めるかどうかで概ね決まる。１次以上
の回折光が進む方向は、パターンの周期、パターンの細
かさによって決まり、細かいパターン程レチクル９の照
明光の進行方向に対して傾いた方向に出る。したがっ
て、レチクル９を垂直に照明した場合、細かいパターン
の時程投影レンズ１１の外側方向へ１次以上の回折光が
進むことになる。このため、開口絞り１３の開口が大き
い程細かいパターンからなる回折光まで取り込めること
になり、高解像となる。

【０００３】ところで、同一出願人によって既に出願さ
れた特願平３−９９８２２号、特願平３−１５７４０１
号等には、レチクルを斜めに照明して、レチクル上に存
在するパターンの０次回折光が、斜め照明光進行方向の
開口絞り外周付近を通るようにし、片側の１次回折光が
開口絞りの反対側の外周付近を通るようにすれば、レチ
クルを垂直に照明してレチクル上に存在するパターンの
両側の１次回折光が開口絞りを通るようにした場合に比
べて、入射光の方向に対して約２倍の角度で外側に広が
る１次回折光迄取り込めるため、非常に高解像になるこ
とが開示されている。また、このようにレチクルを斜め
に照明する方式をとると、０次回折光と片側の１次回折
光だけで転写像が形成されるため、２光束だけの干渉と
なり、従来の０次回折光と両側の１次回折光の合計３光
束の場合より、微細パターン転写時の焦点深度が大幅に
改善される利点も生じる。レチクルを斜めに照明するに
は、特願平５９−２１１２６９号に開示されているよう
に、フライアイレンズ５の射出側の中心部からの光をカ
ットして周辺部からの光で照明すればよい。すなわち、
円環状や多点状の２次光源により照明すればよい。しか
し、レチクル９を単に斜めに照明する場合、レチクル９
上に依存するパターンによる１次回折光は、片側分だけ
しか開口絞りに取り込めないのに対し、直進する０次回
折光が全て開口絞りを通過するため、１次回折光と０次
回折光とのバランスが崩れて０次回折光が多過ぎる状態
となり、レジスト位置にできる微細パターンの像のコン
トラストが低下してしまう。この欠点を補う目的で、特
願平３−１３５３１７号、特願平３−１５７４０１号等
には、斜め照明時に０次回折光の量を適切な量に調整す
るため、開口絞り１３の位置に、「開口部周辺の透過率
を調整した投影レンズ開口を有する」ようにした投影露
光装置および方法が開示されている。

【０００４】従来、上記の「透過率を調整した投影レン
ズ開口」である「瞳フィルタ」は、露光光線をよく透過
する平面板上に、所望の透過率を有する薄膜を付したも
のを使用していた。図６は、斜め照明と瞳フィルタとを
併用した、従来の投影露光光学系の例であり、図７は図
６に示したような投影露光装置において使用される従来
の瞳フィルタの断面模式図である。図５に示した従来の
一般的な投影露光光学系に対し、図６では斜め照明を得
るための円環状や多点状の２次光源射出開口２０と、単
なる開口絞り１３に替えて透過率を調整する瞳フィルタ
２１とを付け加えたものである。また、以上に示した図
５および図６においては、露光の１次光源を水銀ランプ
１としている。これに対し、「光技術コンタクト」Ｖｏ
ｌ．２８．Ｎｏ．３（１９９０）のＰ１７２〜Ｐ１７４
に開示されているように、エキシマレーザを１次側光源
としても、同様の露光ができる。２次光源を作るまでの
光源系が異なるだけで、２次光源入射口から後は、図
５、図６と同様である。透過率を調整する瞳フィルタ２
１は、波長４３６ｎｍの水銀ランプｇ線、波長３６５ｎ
ｍの水銀ランプｉ線、波長２４９ｎｍのＫｒＦエキシマ
レーザ光、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、
等の短波長可視光ないし遠紫外光を露光光線とする場合
には、合成石英、溶融石英、合成蛍石、溶融蛍石等ガラ
ス材料からなる平面板２２の表面または裏面に、薄いク
ロム、酸化クロム、フッ化マグネシウム等の透過率調整
膜２３および開口を決定する遮光膜２４を形成して構成
されている。透過率調整膜２３を付ける開口内での位置
および形状は、照明２次光源の位置および形状と対応す
るようになされている。照明２次光源の射出側の像が瞳
フィルタ２１の位置にできるので、２次光源像の位置、
寸法、形状に略合わせて透過率調整膜２３を形成してあ
る。なお図７では透過率調整膜２３および遮光膜２４の
厚みは、平面板２２の厚さに対して誇張して描いてあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の瞳フィルタ２１にあっては、瞳フィルタ２１の
入った投影レンズ１１を長く使用すると、露光光線の長
時間照射によって、瞳フィルタ２１の透過率調整膜２３
が劣化し、飛散したり、剥離したりするという問題があ
った。また、１次光源としてエキシマレーザ光を使用す
る場合は、光がパルス的に発生し、断続的に繰り返して
強いエネルギの光が瞳フィルタ２１に照明されるため、
特に劣化し易い。透過率調整膜２３が劣化して飛散した
り、剥離したりすると、透過率調整膜２３の付いた部分
の全域または一部の領域で、透過率が変化して適正に調
整された透過率でなくなる。この結果、瞳フィルタ２１
は本来の機能を発揮しなくなり、解像度の劣化、適正露
光量の変化、パターン形状の劣化、露光強度むら等を生
じる。また、透過率調整膜２３が飛散したり、剥離した
りすると、瞳フィルタ２１の上下の投影レンズ部材に、
飛散したり、剥離した膜材料の微細な飛散粒子や剥離片
が付着する。微細な飛散粒子が投影レンズ部材に付く
と、投影レンズの透過率の低下を生じ、また剥離片が投
影レンズ部材に付くと、局部的に光路長が変わって解像
度の悪い部分を生じたり、露光強度むらを生じたりす
る。さらに、最悪の場合には、これらの付着物は露光時
に転写欠陥を発生する原因となる。したがって、透過率
調整膜２３が劣化して飛散したり、剥離したりしないよ
うにすることが必要である。投影レンズ部材に一旦この
ような飛散粒子や剥離片が付着した場合、投影レンズを
分解してオーバーホールしない限り除去することができ
ない。しかし、投影レンズの各レンズ部材には、反射防
止コーティングを施してあるので、飛散粒子や剥離片の
みを除去することはきわめて困難であり、一旦透過率調
整膜２３の飛散粒子や剥離片が付くと、投影レンズ各レ
ンズ部材のコーティング迄やり直したり、最悪、投影レ
ンズ全体の寿命にもなりかねない。

【０００６】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、透過率調整膜の劣化に伴う飛散、剥離等を防止
し、投影レンズに微細な飛散粒子や剥離片が付着しない
ようにした投影露光装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、原図基板上のパターンを投影レンズを介して
被露光基板上に投影露光、転写する投影露光装置におい
て、前記投影レンズの開口絞り位置に、前記原図基板を
照明する２次光源の形状に対応させた瞳フィルタを配置
してなり、この瞳フィルタは任意の透過率分布を有する
透過率調整膜を透光性を有する２枚の平面板で挟んで形
成されているものである。

【０００８】

【作用】透光性を有する２枚の平面板は透過率調整膜を
挾み込んでいるので、たとえ調整膜が劣化しても、飛散
したり、剥離することがない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は瞳フィルタの断面模式図であ
る。なお、図中図５〜図７に示した従来装置の構成部材
と同一のものに対しては同一符号をもって示す。同図に
おいて、ガラス材料からなり透光性を有する平面板２２
の上面に透過率調整膜２３と遮光膜２４を形成し、更に
平面板２２の上に別の透光性を有する平面板２５を載置
して透過率調整膜２３および遮光膜２４を覆い、これら
により瞳フィルタ３０を構成したものである。すなわ
ち、本実施例は２枚の平面板２２，２５によって透過率
調整膜２３と遮光膜２４を挾み込み、サンドウイッチ構
造としたものである。平面板２５としては、平面板２２
と同様、合成石英、溶融石英、合成蛍石、溶融蛍石等の
ガラス材料からなる。そして、このような瞳フィルタ３
０は図６に示した投影レンズ１１の開口絞り位置に取付
けられる。その他の構成は図６に示した従来の投影露光
装置と同様である。

【００１０】図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ瞳フィルタ
の他の実施例を示す断面模式図である。（ａ）図は図１
に示した瞳フィルタ３０を保持具３４と蓋３５とで保持
し、投影レンズの開口絞り位置に設置するようにしたも
のである。保持具３４と蓋３５との固定は、ねじ止め、
はめ込み等任意である。（ｂ）図は平面板２５と蓋３５
との間にパッキン等の緩衝部材３６を介在させ、保持部
材材３４と蓋３５で瞳フィルタ３０を押さえる際、平面
板２２，２５が割れたり歪んだりしないようにしたもの
である。但し、この場合は透過率調整膜２３と、保持具
３４または蓋３５の投影レンズへの取付面との距離が変
化しない位置に緩衝部材３６を挾み、透過率調整膜２３
が所望の投影レンズ開口絞り位置に来るようにする。例
えば、図２（ｂ）のように保持具３４を投影レンズの基
準となる面に合わせて固定するとし、所定の厚さの平面
板２２上に透過率調整膜２３を付けて、保持具３４の上
に置き、平面板２５をその上に重ねた後、緩衝部材３６
を置いて蓋３５で押さえて固定する。このようにすれ
ば、投影レンズ開口絞り位置への固定の基準となる保持
具３４と、透過率調整膜２３との相対関係は緩衝部材３
６の有無に関係ない。したがって、透過率調整膜２３を
正確に所望の投影レンズ開口絞り位置に設定することが
できる。保持具３４の蓋３５を投影レンズの基準となる
面に合わせて固定する場合は、蓋３５と透過率調整膜２
３とが所望の相対位置関係になるようにする。

【００１１】図３はさらに瞳フィルタの他の実施例を示
す断面模式図である。この実施例は平面板２２と２５の
露光光線が通らない周辺部を接着剤４０によって接着固
定したものである。露光光線が通る部分に接着剤を置け
ば、接着剤の厚さによって光路長が変わり、収差を発生
する。また、接着剤４０は、露光光線による劣化が早
く、透過率の低下等を引き起こす。したがって、接着剤
４０の塗布むらは、露光むらとなる。このため、平面板
２２と２５とを露光光線が通らない周辺部で接着するこ
とが望ましい。接着は、接着剤４０の厚さによって平面
板２２，２５との間に隙間ができないように行う。図３
のごとく、平面板２５の周辺部を薄くしておき、平面板
２２の最突出面と平面板２５とをぴったり合わせて接着
する時、接着剤４０が平面板２５の周辺部が薄いことに
よって形成される平面板２２と２５との隙間に広がるよ
うにする。図３では、接着剤４０を入れるための隙間を
平面板２５の周辺部に形成した例を示したが、平面板２
２の周辺部あるいは平面板２２、２５双方の周辺部を接
着剤用に薄く形成してもよい。また、平面板２２および
／または平面板２５の周辺部の露光光線が通らない部分
の任意位置に、任意の大きさ、任意の深さ、任意の数の
凹みまたは段差を設けてもよい。

【００１２】図１〜図３において、透過率調整膜２３お
よび遮光膜２４とが同じ材料の場合、遮光膜２４の方が
透過率調整膜２３より厚いので、遮光膜２４の面が平面
板２５に接している。透過率調整膜２３と遮光膜２４と
の材料が異なり、透過率調整膜２３が遮光膜２４より厚
い場合は、透過率調整膜２３の面が平面板２５に接す
る。また、図には描いていないが、瞳フィルタの開口内
の全ての部分を通る露光光線の位相が透過率調整膜２３
の部分を通る露光光線の位相変化と等しい量変化するよ
うに、瞳フィルタの透過部に高透過率の位相調整材料を
付けてもよい。その場合には高透過率の位相調整材料を
付けてある透過部分、透過率調整膜２３の部分、遮光膜
２４の部分のうち、最も厚い部分の面が平面板２５に接
する。

【００１３】図４（ａ）〜（ｉ）は透過率調整膜の分布
形状の各種の例を示す図である。（ａ）図は開口の中に
円環状の透過率調整膜を設けた例、（ｂ）図は開口の中
に多点状の透過率調整膜を設けた例、（ｃ）図は開口の
中に透過率Ｔ₁ ，Ｔ₂ の異なる透過率調整膜を同心円状
に設けた例、（ｄ）図は開口の中に多点状の透過率調整
膜を設け、さらにその外側にも透過率調整膜を設けた
例、（ｅ）図も開口の中に多点状の透過率調整膜を設
け、さらにその外側にも透過率調整膜を設けた例、
（ｆ）図は（ｄ）の中心部にも透過率Ｔ₃ を有する透過
率調整膜を設けた例、（ｇ）図は（ｅ）の中心部にも透
過率Ｔ₃ を有する透過率調整膜を設けた例、（ｈ）図は
（ｆ）の中心部にも透過率Ｔ₃ を有する透過率調整膜を
設けた例、（ｉ）図は図に示すように透過率が任意に連
続的に変化するようにした透過率調整膜を設けた例であ
る。なお、図中、遮光膜の付いている部分を黒色、透過
率調整膜２３の付いている部分、すなわち、意図的に透
過率を低下させている部分をハッチングまたはクロスハ
ッチングで示した。透過率調整膜２３の形状、分布は、
フライアイレンズ射出口の形状、すなわち２次光源の形
状に合わせて決める。フライアイレンズ射出口が円環状
の場合には、（ａ）図の円環状の透過率調整部は、フラ
イアイレンズ射出口の円環状の像の大きさに大略合わせ
る。また、（ｃ）、（ｆ）図の場合には、透過率Ｔ₁ の
部分の形状をフライアイレンズ射出口の多点状の像の大
きさに大略または完全に合わせる。フライアイレンズ射
出口の形状が多点状の場合に、開口絞り位置にできる多
点状の像を包絡するような円環状の透過率調整膜２３を
持つ（ａ）、（ｃ）、（ｆ）図のような瞳フィルタを用
いてもよい。透過率調整膜２３の透過率は任意であり、
特別の場合として、Ｔ₁ ＝Ｔ₂ 、Ｔ₂ ＝Ｔ₃ 、Ｔ₁ ＝Ｔ
₃ 、Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝Ｔ₃ 等の条件の瞳フィルタも適用す
ることができる。

【００１４】ところで、透過率調整膜２３と開口の範囲
を決定する遮光膜２４は、必ずしも平面板２２に付けな
くてもよく、平面板２２または平面板２５の互いに接触
し合う何れかの面に付ければよい。さらに、透過率調整
膜２３と遮光膜２４を平面板２２または２５に分割して
付けてもよい。以上の（ｃ）〜（ｈ）図のように、透過
率が異なる透過率調整膜２３を有する瞳フィルタ３０に
おいては、１枚の平面板上に２つ以上の透過率が異なる
透過率調整膜２３を付けることは、容易にはできない。
例えば、（ｅ）の場合に多点状の透過率Ｔ₁ の部分を付
けた後、透過率Ｔ₁ の部分を保護してその周囲に透過率
Ｔ₂ の部分を付けることはかなり困難である。

【００１５】かかる２つ以上の透過率が異なる透過率調
整膜２３を有する瞳フィルタが入用の場合に、本発明の
図１〜図３に示した２枚の平面板２２，２５を用いる瞳
フィルタを用いると、透過率調整膜２３の付け方が従来
よりかなり容易になる。例えば、上記の（ｅ）の場合、
先ず透過率Ｔ₁ 、透過率Ｔ₂ の部分のうち、透過率の高
い方、例えば透過率Ｔ₂ の透過率調整膜を平面板２２の
最終的に透過率Ｔ₁ 、透過率Ｔ₂ となる部分の全域に付
ける。次に、透過率（Ｔ₁ ／Ｔ₂ ）の透過率調整膜を平
面板２５の最終的に透過率Ｔ₁ となる部分に付ける。平
面板２２と平面板２５の透過率調整膜が付いて面同士を
内側にして密着させ、瞳フィルタとすれば、平面板２２
に透過率Ｔ₂ の透過率調整膜が付き、平面板２５に透過
率（Ｔ₁ ／Ｔ₂ ）の透過率調整膜が付いて互いに重なる
部分は、透過率が、Ｔ₂ ×（Ｔ₁ ／Ｔ₂ ）＝Ｔ₁ とな
る。また、平面板２２に最初に透過率Ｔ₂ の透過率調整
膜を付けた上記以外の部分の透過率がＴ₂ となる。この
ように、透過率が異なる透過率調整膜は、平面板２２、
２５に膜付けを振り分けて形成することにより、容易に
製作できるようになる。

【００１６】図１〜図４の全ての場合において、平面板
２２，２５は露光光線に対して透光性を有するガラス材
料であればよく、任意である。また、透過率調整膜２３
は露光光線に対して所定の透過率を付与できる材料であ
れば任意であり、例えば、クロムの薄膜、酸化クロムの
薄膜、フッ化マグネシウムと硫化亜鉛の多層薄膜等とす
る。遮光膜２４も任意の材料でよいことは言うまでもな
い。

【００１７】なお、平面板２２，２５の外形形状は、図
４では円形としたが、必ずしも円形である必要はなく、
正方形、長方形等任意の形状とすることができ、必要に
応じて両平面板の形状が異なってもよい。また、上記の
説明では、瞳フィルタ３０の透過率調整膜２３と開口の
範囲を決定する遮光膜２４を、正確に開口絞りの位置に
置くとしていたが、透過率調整膜２３の境界の段差が露
光光線の方向を変える等の悪影響を生じないように、透
過率調整膜２３の投影レンズ光軸方向の位置を２次光源
の結像位置から少しずらし、透過率調整膜２３の境界が
２次光源に対してぼけるようにした場合でも、本発明は
有効である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る投影露
光装置によれば、原図基板を斜め入射照明して、かつ投
影レンズ開口絞り位置に透過率を調整した瞳フィルタを
有する投影露光装置において、透過率調整膜を２枚のガ
ラス材料からなる透光性の平面板で挟み込んでサンドウ
イッチ構造とした瞳フィルタを用いるように構成したの
で、露光の累計により透過率調整膜がたとえ劣化して
も、飛散したり、剥離したりするのを防止することがで
きる。したがって、原図基板を斜め入射照明し、投影露
光装置の投影レンズ開口絞り位置に瞳フィルタを置く、
高解像、大焦点深度の露光を連続して長時間行っても、
透過率調整膜が飛散した微粉末や剥離片が投影レンズ内
のレンズ部材に付着することがなくなり、局部的に光路
長が変わって解像度の悪い部分を生じたり、露光強度む
らを生じたりすることがない。また、投影レンズの透過
率の低下も生じ難くなる。さらに、投影レンズへの付着
物が原因の露光転写欠陥の発生も防止できる。さらに、
瞳フィルタが万一劣化して交換する場合にも、瞳フィル
タの透過率調整膜が投影レンズ内のレンズ部材に転移す
ることがなく、容易に瞳フィルタを交換できる。本発明
は、水銀ランプを光源とする投影露光装置のほか、エキ
シマレーザ等の任意の光源を露光光源とする投影露光装
置に適用可能である。エキシマレーザを光源とする場
合、パルス的に露光エネルギが印加されるため、瞳フィ
ルタには、一瞬に大エネルギが加わる動作が繰り返さ
れ、瞳フィルタ劣化が、水銀ランプを光源とする投影露
光装置の場合より早い。このため、本発明が特に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】瞳フィルタの断面模式図である。

【図２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ瞳フィルタの他の実
施例を示す断面模式図である。

【図３】さらに瞳フィルタの他の実施例を示す断面模式
図である。

【図４】（ａ）〜（ｉ）は透過率調整膜の分布形状の各
種の例を示す図である。

【図５】従来の一般的な投影露光装置の光学系を示す図
である。

【図６】斜め照明と瞳フィルタとを併用した従来装置の
光学系を示す図である。

【図７】瞳フィルタの従来例を示す断面模式図である。

【符号の説明】

１水銀ランプ９レチクル１１投影レンズ１２ウエハ１３開口絞り２２平面板２３透過率調整膜２４遮光膜２５平面板３０瞳フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G02B 5/00 G03B 27/32 G03F 7/20 521

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原図基板上のパターンを投影レンズを介
して被露光基板上に投影露光、転写する投影露光装置に
おいて、前記投影レンズの開口絞り位置に、前記原図基
板を照明する２次光源の形状に対応させた瞳フィルタを
配置してなり、この瞳フィルタは任意の透過率分布を有
する透過率調整膜を透光性を有する２枚の平面板で挟ん
で形成されていることを特徴とする投影露光装置。