JP4222650B2 - 光学エレメント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造に関し、より詳細には空間的に制御可能でレチクルに適合化された照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造において光リソグラフィーが頻繁に用いられる。回路パターンを上部に有したレチクルがウェーハ等の感光性基板に投影される。その後ウェーハは処理され、回路パターンが上部に形成される。このプロセスは概して数回繰り返され、複数の層が形成される。当該技術の発展と半導体デバイスのエレメント寸法が小さくなるにつれ、レチクル像を感光性基板に投影するための照明光源の改良が必要とされている。このため、レチクルの感光性基板に対する結像を改善するための多くの照明装置が公知である。そのような照明装置の一例が、「照明装置および該照明装置を備えた投影露光装置」と題する米国特許第５２９６８９２号明細書に開示されている。この照明装置は、集光器に隣接して配置された光学積分器、即ちフライアイ・レンズを有する。光学積分器即ちフライアイ・レンズは交換可能に設計されているため、照明装置の出射側の開口数を変えることができる。さらに別の照明装置が、「光リソグラフィー用露光装置における照明装置」と題する米国特許第５３５７３１２号明細書に開示されている。この照明装置によれば、均一化された光ビームが形成され、開口絞りによる照明光の損失が低減される。更に、光ビームの断面を円形にすることができる。更に別の照明装置が、「露光方法および装置」と題する米国特許第５３２９３３６号明細書に記載されている。ここに開示されている露光装置は露光装置のコヒーレンス変化に対して補償された検出器を有する。また、レチクルパターンの結像を最適化するためのゾーンおよび整形光源照明の技術が開示されている。このように、様々なレチクル形状やパターン毎に異なる照明特性が必要とされている。しかしながら照明光源は複雑であり、また光源を特定のレチクルパターンや形状に合わせて整形することが難しいため、特定のレチクル用に最適化された照明パターンを得ることは容易ではない。その結果、レチクルのある部分は適切に照明されるがその他の部分の照明が適切でないという事態が生ずる。すなわちウェーハの部分によって結像結果が異なるということが起こり得る。よって、レチクルパターンやその形状に関わらず、感光性基板の露光を最適化できる照明装置が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、レチクルのパターンや形状に関わりなく照明装置の性能を最適化することである。
【０００４】
本発明の別の課題は、光リソグラフィー装置内のレンズのある種の不完全さを容易に補償できる装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の異なる照明領域に分割されたマイクロレンズアレー等の光学エレメントが使用される。これにより、各領域毎に異なる照明特性ないしプロファイルが得られる。この複数の異なる領域を有した光学エレメントは、異なる形状ないしパターンが空間的に配設された複数の異なるパターン領域を有するレチクルに適合化されている。光学エレメント上の複数の異なる照明領域のそれぞれが、レチクル上の複数の異なるパターン領域のそれぞれに適合化されており、その結果照明パターンが全体として最適化される。このようにして様々なパターンないし形状に関係なくレチクル像の結像を改善できる。
【０００６】
このように本発明によれば、光学エレメントの異なる照明領域がレチクルの異なるパターン領域に適合化されるため、照明装置を容易に特定のレチクルに適合化できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に光リソグラフィー装置１０を示す。照明光源１２からは電磁放射光が光学エレメント１４を介してレチクル１６に投射され、照明平面がレチクル１６上に形成される。レチクル１６の像は投影レンズ１８によりウェーハ２０上に投影される。ウェーハ２０は上部に感光性レジストコーティングを有し、このコーティングがレチクル１６の像により露光される。ウェーハ２０は、ＸおよびＹ方向に移動可能なウェーハステージ２２上に載置される。光リソグラフィーの方法によっては、ウェーハステージ２２を一軸方向にのみスキャンすることもできる。照明光源１２はその光源および装置の種類は問わず、例えば米国特許出願第０８／４４９３０１号明細書に記載の「光リソグラフィー用ハイブリッド照明装置」を使用することができる。
【０００８】
図２には、図１の照明光源１２により作られた照明プロファイル２４が示されている。概して強度プロファイル２４は比較的均一であることが望ましい。この比較的均一な照明強度プロファイル２４は光学エレメント１４を介して投射され、光学エレメント１４によりレチクル１６上ないしはそれに隣接して照明フィールドないし平面が形成される。そして、図１に示すように、レチクル１６上に形成された照明平面によりレチクル１６の像が感光性レジストで覆われたウェーハ２０に投影される。線１５により表される電磁放射光は、光学エレメント１４によりレチクルの１つの領域上において得られる、開口数、フィル形状その他の照明特性を表している。他方、線１７により表される電磁放射光は、線１５により表された照明特性以外の照明特性を示している。図には様々な照明特性の内いくつかが示されているのみであるが、レチクル１６上には光学エレメント１４により多くの異なる照明特性を空間的に配置できることは言うまでもない。異なる照明領域の数はレチクル１４と、必要とされる適合化の程度に依存する。
【０００９】
図３には、図１および２の光学エレメント１４が略示されている。光学エレメント１４は上部にいくつかの照明領域２６、２８、３０、３２を有している。これらの照明領域２６、２８、３０、３２はフィルタ、回折光学エレメント、又は好適にはマイクロレンズアレーにより形成される。複数の異なる照明領域２６、２８、３０、３２のそれぞれが照明特性の調整に使用され、例えば図１および２に示した感光性レジストで覆われたウェーハ２０にレチクル１６の像を投影するための照明の開口数、コヒーレンス、フィル、たるみ（ｓａｇ）等の照明特性が調整される。照明領域２６、２８、３０、３２のそれぞれは公知の方法により形成することにより、所望の照明プロファイルまたは特定の照明領域に対する所望の特性を得ることができる。例えば、照明領域２６は四重極照明である。四重極照明は、中心軸から外れたいくつかの円形の明るい部分３６と、それらを囲む暗い部分３４により特徴付けられる。四重極照明は、マイクロレンズアレー内に構成された角錐形のレンズにより実現できる。照明領域２８は円形照明領域であり、明るい部分３８により囲まれた暗い円形リング部分４０を有し、円形リング部分４０はさらに内部に明るい円形部分３９を有している。照明領域３０は、明るい円形領域４４により囲まれた中央の暗い部分４６およびそれらを囲む暗い部分４２を有する。照明領域３０と２８に示された円形照明パターンはマイクロレンズアレー内における円錐形レンズにより得られる。照明領域３２は明るい領域５０を囲む暗い部分４８を有し、シルクハット形に構成される。シルクハット領域３２により示される照明パターンはマイクロレンズアレー内において構成された六方最密構造の放物線レンズにより得ることができる。これら照明領域２６、２８、３０、３２はいくつかの異なる照射特性を視覚的に表したものであり、実際に図３の照明特性を得るために使用される光学エレメントは外見上、図示のものとは物理的に大きく異なる場合もある。
【００１０】
図４は、複数の異なるパターン領域５２、５４、５６、５８を有するレチクルの平面図である。異なるパターン領域５２、５４、５６、５８はそれぞれ異なる形状パターンを有している。例えば、パターン領域５２の上部には直角グリッドパターン６０が設けられている。また、パターン領域５４の上部には傾斜パターン６２が設けられている。パターン領域５６は直角および傾斜パターンの混合パターン６４を上部に有する。パターン領域５８は湾曲パターンを上部に有する。パターン領域６０、６２、６４および６８により図示された異なるパターンは単なる例示であり、単一のレチクル１６を複数の領域に分割して異なるパターンないし形状構成を配設できることを示している。他の異なるパターンないし形状構成も使用できる。形状構成は異なるパターンを視覚的に表したものである。実際のパターンは図４とは大きく異なる場合もある。
【００１１】
図１乃至４を参照することにより、本発明の利点および機能が容易に理解できる。光学エレメント１４により形成された個々の照明領域２６、２８、３０、３２から得られる照明プロファイルは、レチクル１６上のそれぞれ対応するパターン領域５２、５４、５６および５８に対して最適のコヒーレンスおよびフィル形状を有するよう最適化されている。よって、単一のレチクル上に形成された様々なパターン形状に関係なく、より均一な像を得ることができる。こうして光リソグラフィー装置の結像性能が向上し、コヒーレンスその他の照明特性を、照明フィールドないし面内の空間的位置の関数として修正することにより、レチクル上の異なる空間位置における異なるパターンに応じて最適化できる。さらに、コヒーレンス等の照明特性を場所に応じて空間的に変化させることにより、照明フィールドないし平面の所望の作用からの逸脱を補償することができる。例えば、スキャニング式の光リソグラフィー装置ではレチクル上で矩形の照明フィールドがスキャンされるが、この装置において、照明特性をある軸方向に変化させることにより、投影レンズのある種の不完全性を補償できる。これは例えば、スキャンしている矩形スリットの長手方向において照明特性を変化させることにより、投影レンズに存在する不完全さを補償できるため、特に有利である。よって、異なる照明領域を有する光学エレメントを用いてレチクル上の様々な形状を補償できるのみならず、異なる照明領域を利用して投影レンズ等他の光学エレメントの不完全性を補償できるため、感光性レジストで覆われたウェーハまたは基板の露光が改善される。
【００１２】
このように本発明によれば、異なる照明領域を単一の光学エレメント上に形成することにより、感光性レジストで覆われたウェーハの露光を最適化でき、装置全体の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光リソグラフィー装置の略図である。
【図２】本発明の実施例を示す図である。
【図３】光学エレメントの平面図である。
【図４】レチクルの平面図である。
【符号の説明】
１０ 光リソグラフィー装置
１２ 照明光源
１４ 光学エレメント
１６ レチクル
１８ 投影レンズ
２０ ウェーハ
２２ ウェーハステージ
２４ 照明プロファイル
２６、２８、３０、３２ 照明領域
５２、５４、５６、５８ パターン領域

Claims (15)

1. 複数の異なる照明領域を備えた光学エレメントにおいて、
   前記複数の異なる照明領域のそれぞれが異なる照明特性を有していることにより、レチクルの照明と感光性基板の露光が最適化され、
   前記複数の異なる照明領域がマイクロレンズアレーにより形成され、かつ光リソグラフィー装置のレンズに適合化されているよう構成され、
   前記レチクルが複数の異なるパターン領域を有し、前記複数の異なる照明領域から得られる照明プロファイルは、これらレチクルの複数の異なるパターン領域に対して最適の照明特性が得られるように適合化されている、光学エレメント。
2. マイクロレンズアレーが六方最密構造の放物線レンズを含む、請求項１に記載の光学エレメント。
3. マイクロレンズアレーが、円錐形のレンズを含む、請求項１に記載の光学エレメント。
4. マイクロレンズアレーが角錐形のレンズを含む、請求項１に記載の光学エレメント。
5. マイクロレンズアレーが六方最密構造の方物線レンズと、円錐形レンズと、角錐形レンズとを含む、請求項１に記載の光学エレメント。
6. 照明特性がコヒーレンスを含む、請求項１に記載の光学エレメント。
7. 照明特性がフィル形状を含む、請求項１に記載の光学エレメント。
8. レチクルと光学エレメントとを備えた、最適化された結像装置において、
   前記レチクルは複数の異なるパターン領域を上部に有し、それら複数の異なるパターン領域はそれぞれ異なる転写用形状パターンを有し、前記光学エレメントは複数の異なる照明領域を上部に有し、それら複数の異なる照明領域のそれぞれが、異なる照明特性を得るための光学的構成を有しており、これら異なる照明特性から得られる照明プロファイルがレチクル上の異なるパターン領域に対して最適の照明特性が得られるように適合化されていることにより、感光性基板の露光が最適化され、
   前記複数の異なる照明領域がマイクロレンズアレーにより構成された、最適化された結像装置。
9. 照明特性がコヒーレンスを含む、請求項８に記載の最適化された結像装置。
10. 照明特性がフィル形状を含む、請求項８に記載の最適化された結像装置。
11. マイクロレンズアレーが六方最密構造の方物線レンズと、円錐形レンズと、角錐形レンズとを含む、請求項８に記載の最適化された結像装置。
12. 照明光源と、光学エレメントと、レチクルと、投影レンズを備えた、像を感光性基板に投影するための光リソグラフィー装置において、
    前記光学エレメントは複数の異なる照明領域を上部に有し、それら複数の異なる照明領域のそれぞれが、異なる照明特性を得るための光学的構成を有し、前記レチクルは複数の異なるパターン領域を有し、これら複数の異なるパターン領域はそれぞれ異なる転写用主要形状パターンを有しており、前記複数の異なる照明領域から得られる照明プロファイルは、これらレチクル上の複数の異なるパターンに個々に対応しており、前記投影レンズにより照明光源からの電磁放射光が感光性基板に照射されるよう構成されており、前記照明 プロファイルを前記レチクルの複数の異なるパターン領域に対して最適の照明特性が得られるように適合化することにより感光性基板の露光が最適化され、
    前記光学エレメントがマイクロレンズアレーである光リソグラフィー装置。
13. 照明特性がコヒーレンスを含む、請求項１２に記載の光リソグラフィー装置。
14. 照明特性がフィル形状を含む、請求項１２に記載の光リソグラフィー装置。
15. マイクロレンズアレーが六方最密構造の放物線レンズと、円錐形レンズと、角錐形レンズとを含む、請求項１２に記載の光リソグラフィー装置。

Images