JPH01212437A - パタン露光方法および紫外線露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路などの製造に用いられるパタ
ンを形成するための露光方法および露光装置に藺するも
のである。

（従来技術） 半導体集積回路の製造において、パタン形成装置として
紫外線縮小投影露光装置が一般に用いられている。紫外
線縮小投影露光装置では、レチクルに形成した拡大パタ
ンを縮小投影レンズにより縮小してウェハ上に投影しパ
タンを形成する。紫外線縮小投影露光装置においては、
投影レンズのＮＡ（開口数）の増大、光源の短波長化な
どによりウェハ上に形成できるパタンの微細化が図られ
ている。ところで、紫外線縮小投影露光装置において、
このような手段により形成できるパタンか微細化するに
つれて、投影レンズの焦点深度が浅くなるという問題が
生じてくる。

投影レンズの焦点深度の低下に対処する方法として、多
重結像露光法がある。この方法は、「福田他：ＦＬＥＸ
による焦点深度の増大（１）、１９８７年春季応用物理
学会学術講演会講演予稿集（２）ｐ、　４４８４　、お
よび「福田他：　ＦＬＥＸによる焦点深度の増大（Ｉｆ
）、１９８７年秋季応用物理学会学術講演会講演予稿集
（２）　ｐ、　４２４Ｊに記載されている。

この方法を適用している従来の紫外線縮小投影露光装置
の構成を第５図に示す０図において、１は五線あるいは
ｇ線を発生する光源、２は照明光学系、３はレチクル、
４は投影レンズ、５はウェハ、６はＸＹＺステージであ
る。多重結像露光法では、一つの露光フィールドにパタ
ンを露光する場合、ＸＹＺステージ６により、ウェハ５
をＺ方向に移動させて結像面の位置を変化させながら露
光する。

このとき、ウェハ５の２方向への移動は機械的に行うた
め、ウェハ５のＺ値が所定の値になった後に光を照射す
るという過程を繰り返す、五線を光源とし、Ｎ　Ａ−０
，４２の投影レンズを搭載した紫外線縮小投影露光装置
に、この方法を適用し、従来の露光法では±１ｎであっ
た焦点深度を±２．５１まで広げている。

（発明が解決しようとする課題） このように多重結像露光法は、焦点深度の増大に有効で
あるが、ウェハを機械的に２方向に移動させる従来の方
法では、一つの露光フィールドにパタンを露光する場合
、ウェハのＺ方向への移動と露光とを繰り返すため、ス
ループットが従来の露光法と比較して１／２以下に低下
するという欠点があった。

本発明は、レーザ光を光源上する紫外線露光装置におい
て、スルーブツトを低下させることなく多重結像露光法
によりパタン露光する手段を備えた紫外線露光装置を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため本発明は、レーザを光源とす
る紫外線露光装置を用いたパタン露光方法であって、該
光源から発生する光の波長を変化させながらパタンを露
光することを特徴とするパタン露光方法を発明の要旨と
するものである。

さらに本発明は、レーザを光源とする紫外線露光装置で
あって、該光源から発生するレーザ光の波長を制御する
手段を備え、λａ及びλ１をあらかじめ設定した波長と
した場合、光源からの光を照射して一露光フィールドへ
パタン露光する時間内にレーザ光の波長をλ１からλａ
の範囲で制御することを特徴とする紫外線露光装置を発
明の要旨とするものである。

しかして、従来の紫外線露光装置では、投影レンズの試
料をステージにより上下させることにより多重結像露光
法を実施してい、た０本発明は、試料の位置を固定した
ままで、光源の波長を変化させることにより投影レンズ
の結像面のＺ方向の位置を変化させて多重結像露光法を
実施することを最も主要な特徴とする。

（作用） 以上のように、本発明によればレーザ光の波長を変化さ
せて多重結像露光法を行うため、焦点深度を太き（する
ことができる、さらに露光特性の改善を図ることができ
る。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例は
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更あるいは改良を行いうることは言うまでも
ない。

本発明の実施例を第１図に示す１図において、１００は
エキシマレーザ、ｔｉｏ、　ｌｌｔは共振器、１２０は
エタロン、１２１はエタロン１２０の保持枠、１３０は
回転ステージ、１４０は放電管、１５０．１５１は窓、
１６０は反射鏡、１７Ｇは拡散板、１８０は照明レンズ
、１９Ｇは絞り、２００はレチクル、２１Ｇは投影レン
ズ、２２０　Ｌ＊　’ｉ　エバ、２３ＧはＸＹｚステー
ジ、３００４＊回転ステージ１３０の制御装置である。

共振器１１Ｏ８１１１、ｚ夕ｏｙ１２Ｇ　、放電管１４
０　、　：ｔ１５０．１５１ニよってエキシマレーザ１
００を構成している。この実施例では、エタロン１２Ｇ
によりエキシマレーザ１０Ｇから発生するレーザ光を単
色化するとともにレーザ光の波長を設定できるようにし
ている。レーザ光の基準波長を２４９ｎ■とじ、エタロ
ン１２０を回転ステージ１３０で回転することにより、
波長を約２４８．９４〜約２４９．０６ｎ−の範囲で変
化できるようにしている。制御装置３００は、予め設定
された角度に基づいて回転ステ゛−ジ１３Ｇを制御する
。制御装置３００は、指定された角度に回転ステージ１
３０を移動する機能と指定された二つの角度の範囲内で
回転ステージ１３Ｇを連続的にあるいは間欠的に移動す
る機能を有する。

投影レンズ２１０のＮＡ（開口数）は０．４、焦点距離
は８０ｍｍ、倍率は１１５である。第２図は波長を横軸
に、焦点距離を縦軸にとり、波長と投影レンズ２１Ｇの
焦点距離との関係を示す、波長を２４８．５ｎｍから２
４９．５ｎ簡に変化させると、投影レンズ２１０の焦点
距離は７９．９８５ｍ−から８０．０１５ｍ閣に変化す
る。

この実施例の場合、物面となるレチクル２００の面と投
影レンズ２１０の後主面との距ｊ！１ａ（ａ：第１図に
図示）は４８０−一である。波長が２４９０−の場合、
投影レンズ２１０の前主面と像面となるウェハ２２０と
の距＠ｂ（ｂ：第１図に図示）は９６−である。

レーザ光の波長が変化すると、投影レンズ２１０の焦点
距離が変化するため、距離すが変化する。

距離すの変化は結像位置の変化となる。第３図は横軸に
波長、縦軸に結像位置の変化をとり、波長による結像位
置の変化を示す、この実施例では、投影レンズ２１０の
結像位置を±０．５ｎの範囲で変化させて多重結像露光
法を実施している。この場合、レーザ光の波長を２４８
．９９ｎ曽〜２４９．０Ｉｎ−の範囲で変化させて投影
レンズ２１０の結像位置の変化上０．５ｎを得ている。

なお、レーザ光の波長を変化させると距＃ｂが変化する
ため、投影レンズ２１０の倍率が変化するが、その量は
わずかであり、無視できる。

つぎに、エキシマレーザ１００の発振波長を変化させる
方法について説明する。エタロン１２０において、反射
面の間隔をｄ、反射面の法線と光軸とのなす角をθ、空
気の屈折率をｎとすると、エタロン１２０を通過する光
の中心波長λ。は、λ＊−２ｎｄｃｏｓθ／ｍ　　　　
　　（１）と表される。ただし、ｍは整数である０式（
１）において、（２ｎｄ／ｍ）は定数となるので、中心
波長λ。はｃｏｗθの値に従って変化する。第４図は横
軸にエタロンの回転角をとり、縦軸に中心波長をとり、
エタロンの傾き角θと中心波長λ。の関係を示す、θ−
２０ｓｒａｄのときにλ。関２４９ｎ−となる場合を示
している。θΦ値を２２ｍｒａｄから１８ｍｒａｄにす
ると、レーザ光の波長が２４８．９９ｎｍから２４９．
０１ｎｓに変化する。ここで、エタロンの傾き角θを±
４　ｍｒａｄの範囲で変化させることは、周知の技術に
より容易にできるので、回転ステージ１３０の詳細につ
いては省略する。

つぎに、この実施例において、多重結像露光法によりパ
タンを露光する方法について説明する。

エキシマレーザ１００から発振されるレーザ光は周波数
２００〜５００　Ｈｚのパルス光であり、一つの露光フ
ィールドにパタン露光をするのに１００から２００発の
パルス光を照射する。レジストを塗布したウェハにパタ
ンを露光する場合、まず、中心波長λ。

＝　２４９ｎ＋＊のときの投影レンズ２１０の結像面に
レジスト表面がほぼ一致するような位置にウェハをセッ
トする。ここで、波長λａを２４Ｂ、９９ｎ醜、波長λ
。

を２４９．Ｏ１ｎ＊とする。このとき、波長λａに対応
するエタロン１２０の回転角は２２ｍｒａｄ、波長λｂ
に対応するエタロン１２０の回転角は１８ｍｒａｄとな
る。つぎに、これら二つの回転角の値を制御値Ｗ３００
に設定し、エタロン１２０の回転角θを２２＋ｍｒａｄ
から１８ｍｒａｄまで変化させなから一フィールドの露
光に必要な数のパルス光をレジストに照射する。この結
果、レジスト表面を基準として、投影レンズの結像面の
位置を２方向に約−０，５Ｒから約±０．５　ｍまで移
動させなからパタンを露光したことになり、従来の多重
結像露光法で得られるのと同様な効果を得ることができ
る。

この実施例において、レーザ光の波長を固定して露光し
た場合の焦点深度は±０．５ｎ程度であるが、波長を変
化させながら露光することによって焦点深度を±ｌ＃１
以上とすることができる。さらに、エタロンの回転角は
レーザ光の発振周波数に合わせて制御しているので、レ
ーザ光の波長を変化させるために、レーザ光の発振周波
数を変える必要がない、このため、本発明を実施するこ
とにより紫外線露光装置のスループットが低下すること
はない。

つぎに、レーザ光を一定の周波数で発振させている場合
、エタロンの回転速度を制御することによって、投影レ
ンズの結像面のＺ方向の位置と照射するレーザのパルス
光との関係を任意に設定することができ、レジスト露光
特性の改善にも有効である。また、エタロンを、所定の
回転角度の範囲において、回転軸の回りに振動させた状
態にしてレーザ光を試料面に照射するようにしてもよい
。

なお、本発明の実施例では、エタロンをレーザの共振器
に挿入してレーザ光の波長を制御するようにしているが
、回折格子、プリズムなどの分散素子を挿入することに
よってもレーザ光の波長を制御できる。したがって、こ
のような分散素子を用いたレーザを光源とした紫外線露
光装置にも本発明を適用できる。また、本発明の実施例
では、波長２４９＠＠のレーザ光を光源とした紫外線露
光装置を対象としているが、その他の波長のレーザ光を
光源とした紫外線露光装置に本発明が適用できることは
明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば光源であるレーザ
光の波長を変化させて多重結像露光法を実施できるよう
にしているので、 （イ）スループットに影響することなく、焦点深度を大
きくできる、 （ロ）投影レンズの結像面の位置と照射パルス光との関
係を適正化することによって、露光特性の改善を図るこ
とができる、 という利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエキシマレーザを光源とする遠紫
外線露光装置の構成、第２図は波長と投影レンズの焦点
距離との関係、第３図は波長による投影レンズの結像面
の変化を示す図、第４図はエタロンの回転角とエキシマ
レーザの中心波長との関係、第５図は従来の紫外線縮小
投影露光装置の構成を示す。 ｌ・・・・・光源 ２・・・・・照明光学系 ３・・・・・レチクル ４・・・・・縮小投影レンズ ５．２２０　・・ウェハ ６・・・・・ＸＹＺステージ １００　・・・・エキシマレーザ １１０、１１１・・共振器 １２０　・・・・エタロン １２１　　・・・・保持枠 １３Ｇ　・・・・回転ステージ １４Ｇ　・・・・放電管 １５０、１５１・・窓 １６０　・・・・反射鏡 １７０　・・・・拡散板 １８０　・・・・照明レンズ １９０　　・　・　・　・絞り ２００　　・・・・レチクル ２１０　・・・・投影レンズ ２３０　・・・・ＸＹｚステージ 第１図 ３００−−−一制順７Ｎ！ ５Ｌ表（ｎｍｌ 第２図 浪メＬ（ｎｍ） 第３図 エタロンのｉ私ＰＩ　　（ｍｒａｄｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザを光源とする紫外線露光装置を用いたパタ
   ン露光方法であって、該光源から発生する光の波長を変
   化させながらパタンを露光することを特徴とするパタン
   露光方法。
2. （２）レーザを光源とする紫外線露光装置であって、該
   光源から発生するレーザ光の波長を制御する手段を備え
   、λ＿ａ及びλ＿ｂをあらかじめ設定した波長とした場
   合、光源からの光を照射して一露光フィールドへパタン
   露光する時間内にレーザ光の波長をλ＿ａからλ＿ｂの
   範囲で制御することを特徴とする紫外線露光装置。