JPH01289113A

JPH01289113A - 露光装置

Info

Publication number: JPH01289113A
Application number: JP63118740A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tanimoto; 昭一谷元
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1989-11-21

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Ｓ積回路を製造するための露光装置に
関し、特にエキシマレーザを露光用照明光源とする露光
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

超高圧水銀ランプのｇ線スペクトルを光源として投影を
行うステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光
装置、所謂ステッパーは、半導体集積回路の製造におけ
るリソグラフィー工程において中心的役割を担うように
なっている。しかし、最近では半導体集積回路の集積度
がますます高くなり、回路の最小線幅をサブ・ミクロン
オーダで形成することが要求されるようになってきた。

このため、現在ではサブ・ミクロンの線幅のリソグラフ
ィーに好適であるとして、紫外域で発光する高輝度、高
出力のＫｒＦレーザ等のエキシマレーザを光源とするス
テッパーが注目されている。

ところで、波長が３６５ｎｍ（水銀ランプのｉ線）より
短い紫外域レーザであるエキシマレーザの投影レンズに
使用できる材料は、合成石英、ホタル石等に限定される
上、エキシマレーザのスペクトル幅は半値幅で０．３〜
Ｑ、４ｎｍ程度ある。

従って、エキシマレーザを光源とするステッパーの投影
レンズとしては、エキシマレーザを自然発振させた広い
スペクトル幅の光を用いるために２種類以上の硝材が組
み合わされた色消しレンズと、エキシマレーザのスペク
トル幅を狭くして発振させた光を用いるために単一硝材
（例えば、合成石英のみ）で構成された単色光レンズと
の２種類が考えられる。しかし、色消しレンズはホタル
石等の結晶材料によりレンズ設計及び製造上かなりの制
限を受ける。このため、エタロン、グレーティング等の
波長選択素子を備えたエキシマレーザ装置から発振され
る狭帯化（スペクトル幅；０，００３〜Ｏ，ＱＯ５ｎｍ
）されたエキシマレーザを用い、マスク或いはレチクル
（以下、レチクルと呼ぶ）に形成された回路パターンを
、単一硝材から成る投影レンズを介して半導体ウェハ等
の感光基板（以下、ウェハと呼ぶ）上に投影露光するス
テッパーが早期に実用化されると考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この種の単色光（単一硝材で構成された
投影）レンズを用いたステッパーでは、レーザ共振器内
に設けられたエタロン等によってエキシマレーザを狭帯
化して露光を行うが、このように狭帯化されるエキシマ
レーザには、露光ニ用いるスペクトルの光の他に、不要
なスペクトルの光が混入し得るため、色収差の発生等に
よって投影レンズの結像性能が劣下するという問題点が
あった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、不要なス
ペクトルの光の混入による投影レンズの結像性能の劣下
を防止し、高解像の露光を行うことができる露光装置を
得ることを目的としている。

Ｃ問題点を解決する為の手段〕かかる問題点を解決するため本発明においては、準単色
なスペクトル特性を有するパルス状のエキシマレーザを
発振するエキシマレーザ装置１を有し、このレーザ光に
よってレチクルＲのパターン領域Ｐａに形成されたパタ
ーンを投影レンズ９を介してウェハＷ上に投影露光する
装置において、エキシマレーザ装置１とレチクルＲとの
間のレーザ光の光路中に配置され、色収差を利用してレ
ーザ光を色に応じて空間的に異なる位置に集光させる集
光手段としての集光レンズ３と；集光レンズ３により集
光されるレーザ光のうち、露光に用いるスペクトルの光
の集光レンズ３による集光位置、その共役位置、若しく
はその近傍の光路中に配置され、所定の色（波長）のレ
ーザ光（結像スペクトル光Ｓｐ）を抽出する抽出手段と
してのアパーチャー４　（或いは光学部材２０）を設け
、アパーチャー４　（或いは光学部材２０）によってレ
ーザ光から露光に用いるスペクトルの光（結像スペクト
ル光Ｓｐ）を抽出することにより、実質的にエキシマレ
ーザのスペクトルの帯域を狭くするように構成する。

〔作用〕

本発明では、露光に用いるスペクトルの光（以下、結像
スペクトル光と呼ぶ）と不要なスペクトルの光とでは、
集光レンズの色収差によって集光位置が異なることを用
い、集光レンズによる結像スペクトル光の集光位置に配
置したアパーチャーによって、照明光を結像スペクトル
光と不要なスペクトルの光とに分離し、結像スペクトル
光を抽出するように構成しているため、照明光への不要
なスペクトルの光の混入を低減させ、実質的に光ビーム
のスペクトルの帯域を狭くすることができる。

Ｃ実施例〕以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述する
。第１図は本発明の第１の実施例によるステッパーの概
略的な構成を示す図である。

第１図において、インジェクションロッキングレーザ、
或いはレーザ共振器（不図示）内にエタロン、グレーテ
ィング等を備えたエキシマレーザ装置ｌは、０．００３
〜０．００５ｎｍ以下まで発振スペクトルが狭帯化され
たレーザ光（ｎ光用の照明光）を発振し、この照明光は
反射ミラー２、集光レンズ３、開口部４ａを有するアパ
ーチャー４及びリレーレンズ５を通った後、照明光学系
６に入射する。この照明光学系６は不図示のビームエク
スパングー、フライアイレンズ等を有し、照明光のビー
ム強度の一様化、スペックルの低減化等を行うように構
成されている。ここで、アパーチャー４は開口部４ａの
中心と、集光レンズ３による結像スペクトル光Ｓｐの集
光位置とが略−敗するように配置されると共に、リレー
レンズ５の前側焦点が開口部４ａの中心と略一致するよ
うに配置されている。また、開口部４ａは開口部４ａの
大きさ、形状等が集光レンズ３による結像スペクトル光
の集光位置での大きさ、形状と略一致するように、アパ
ーチャー４に設けられているものとする。さて、照明光
学系６を通過した照明光はミラー７を介してメイン・コ
ンデンサーレンズ８に至り、このメイン・コンデンサー
レンズ８において適度に集光された照明光は、レチクル
ＲのパターンＳＪｆＭｐａを均一な照度で照明する。両
側若しくは片側テレセントリックな投影レンズ９は、レ
チクルＲのパターン領域Ｐａに描かれた回路パターンの
像を１１５に縮小する。その縮小像はウェハホルダー（
不図示）を介してウェハステージ１０上に！！置された
ウェハＷ上に投影露光される。

次に、本実施例のように構成されたステッパーの動作に
ついて説明する。第１図において、エキシマレーザ装置
１から発振された照明光は、反射ミラー２を介して集光
レンズ３に入射し、照明光の色（波長）に応じて空間的
に異なる位置に集光させる集光レンズ３によって、アパ
ーチャー４の開口部４ａ及びその近傍に集光される。こ
こで、第２図に示すように照明光には、露光に好適なス
ペクトルの結像スペクトル光Ｓｐと、スペクトルが異な
る不要なスペクトルの光（例えば、Ｓｐｌ、５ｐ２）と
が混入している。結像スペクトル光Ｓｐは集光レンズ３
の光軸ＡＸ上において、アパーチャー４の開口部４ａの
略中心（位置Ｐ）に集光されるが、集光レンズ３の色収
差によって、不要なスペクトルの光ｓｐ、　、Ｓｐｌは
光軸ＡＸ上の位置Ｐ、　、ｐ２に集光される。このよう
に不要なスペクトルの光ｓｐ、、Ｓｐ２の集光位置Ｐ１
、Ｐ２は、結像スペクトル光Ｓｐの集光位置Ｐと異なる
ため、不要なスペクトルの光Ｓｐｌ、−３ｐ２はアパー
チャー４上で拡がる。このため、開口部４ａを通過する
不要なスペクトルの光ｓｐ、、ｓｐ２は大幅に低減され
、不要なスペクトルの光ＳｐＩ　、Ｓｐｌの照明光への
混入による投影レンズ９の結像性能の劣下が防止される
。そして、このように開口部４ａを介することによって
スペクトルの純化が行われた照明光（結像スペクトル光
Ｓｐ）は、リレーレンズ５によって再び平行光束にされ
て照明光学系６に入射する。この照明光学系６において
ビーム強度の一様化等が行われた照明光は、ミラー７を
介してメイン・コンデンサーレンズ８に至り、レチクル
Ｒのパターン領域Ｐａを均一な照度で照明する。

以上により、照明光への不要なスペクトルの光の混入に
よる投影レンズ９の結像性能の劣下が防止され、高解像
の露光を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施例について第３図を用いて詳
述する。第３図は本実施例によるステッパーの概略的な
構成を示す図である。尚、本実施例のステッパーの構成
は第１図に示された第！の実施例のステッパーの構成と
同様であるため、第３図にはステッパーの照明系のみを
示す。また、第１図に示した第１の実施例のステッパー
と同様の機能、作用の部材には同じ符号を付けである。

ここで、本実施例ではアパーチャー４の代わりに、中心
部にスリット状、円状或いは多角形状等の開口部を有す
る合成石英等の透明部材で構成されるプリズム、或いは
中空の円錐（角錐）等の光学部材２０を用いる。尚、こ
の光学部材２０は円状の開口部２０ａと４つの反射面（
第３図では反射面２０ｂ、２０ｃのみを示す）とを有し
、開口部２０ａの中心と集光レンズ３による結像スペク
トル光ｓｐの集光位置とが略一致し、かつリレーレンズ
４の前側焦点が開口部２０ａの中心と略一致するように
配置される。また、光学部材２０の反射面２０ｂ、２０
Ｃによって反射される照明光（不要なスペクトルの光）
ｓｐ、　、Ｓｐｌを受光する光電検出器２１．２２が設
けられている。

次に、本実施例のように構成されたステッパーの動作に
ついて説明する。第３図において、エキシマレーザ装置
１から発振される照明光は、反射ミラー２を介して集光
レンズ３に入射し、集光レンズ３によって光学部材２０
の開口部２０ａ及び反射面２０ｂ、２０Ｃ上に集光され
る。ここで、第１の実施例と同様に光学部材２０におい
て集光レンズ３の色収差により、結像スペクトル光Ｓｐ
と不要なスペクトルの光Ｓｐｌ　、Ｓｐｔとに分離され
、不要なスペクトルの光Ｓ　ｐ　１　、Ｓ　ｐ　２は光
学部材２０上で拡がる。このため、開口部２０ａを通過
する不要なスペクトルの光Ｓｐ１、Ｓｒ１は大幅に低減
され、同様に投影レンズ９の結像性能の劣下が防止され
る。そして、このようにスペクトルの純化が行われた照
明光（結像スペクトル光Ｓｐ）は、照明光学系６におい
てビーム強度の一様化等が行われた後、ミラー７を介し
てメイン・コンデンサーレンズ８に至り、レチクルＲの
パターン領域Ｐａを均一な照度で照明する。

また、光学部材２０上で拡がった不要なスペクトルの光
ｓｐ、　、Ｓｐｔは、光学部材２０の反射面２０ｂ、２
０ｃにより反射され、光電検出器２１．２２によって受
光される。この光電検出器２１．２２は受光光量に応じ
た光電信号をそれぞれ制御装置２３へ出力し、制御装置
２３はこの光電信号に基づいて光電検出器２１．２２で
の受光光量を比較する。そして、この比較結果に基づい
て結像スペクトル光Ｓｐの集光位置と光学部材２０（開
口部２０ａ）との相対的な位置関係、即ち集光レンズ３
による結像スペクトル光の集光位置に対する開口部２０
ａの相対的な位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量に応
じて光学部材２０の位置、或いは反射ミラー２の角度を
調整する。これより、機械的な振動等による結像スペク
トル光Ｓｐの集光位置と開口部２０ａとの相対的な位置
ずれが補正されるため、常に結像スペクトル光Ｓｐは光
学部材２０によって減光されることなく、不要なスペク
トルの光Ｓｐ１、Ｓｒ１の除去効率を向上させることが
できる。尚、集光レンズ３と光学部材２０との間の光路
中に平行平板ガラス（ブレーンパラレル）を設け、光電
検出器２１．２２の光電信号に基づいて平行平板ガラス
の角度を調整しても、同様に結像スペクトル光Ｓｐの集
光位置と開口部２０ａとの相対的な位置ずれを補正する
ことができる。また、反射面２０ｂ、２０ｃを球面にす
るか、或いは不要なスペクトルの光Ｓｐ、、Ｓｐ２の光
学部材２０での反射光の光路中に集光レンズ等を設けれ
ば、光電検出器２１．２２への入射光量が増加してＳ／
Ｎ比等を向上させることができる。さらに、第３図に示
した光電検出器２１．２２の配列方向と直交する方向（
紙面と垂直な方向）に、照明光の光軸に関して対称とな
るように２つの光電検出器を設け、不要なスペクトルの
光Ｓｐｌ　、３１）２の光学部材２０での反射光を受光
するように構成すれば、より精度良く結像スペクトル光
Ｓｐの集光位置と開口部２０ａとの相対的な位置ずれを
補正することができる。

以上により、照明光への不要なスペクトルの光の混入に
よる投影レンズ９の結像性能の劣下、或いは機械的な振
動等による結像スペクトル光Ｓｐの集光位置と光学部材
２０との相対的な位置ずれ等が防止される。また、分離
手段として光学部材２０を用いるので、高出力のエキシ
マレーザによる分離手段の損傷が回避され、高解像の露
光を行うことができる。

尚、本発明の第１及び第２の実施例において、集光レン
ズ３、アパーチャー４　（或いは光学部材２０）及びリ
レーレンズ５は、エキシマレーザ装置ｌと照明光学系６
との間の光路中に配置されていたが、この集光レンズ３
等を配置する位置は特にこの位置に限られるものではな
く、例えば照明光学系６を構成するビームエクスパング
ーとフライアイレンズとの間の光路中に配置しても同様
の効果を得ることができる。

また、本発明の第１及び第２の実施例において、第４図
に示すように照明光を集光レンズ３の光軸ＡＸに対して
斜め方向からプリズム等の光学部材３０を介して集光レ
ンズ３に入射させる。そして、アパーチャー４の開口部
４ａ（或いは光学部材２０の開口部２０ａ）を通過した
照明光を、リレーレンズ５及びプリズム等の光学部材３
１を介して照明光学系６に入射させるように構成する。

尚、照明光を光軸ＡＸに対して斜め方向から集光レンズ
３に入射させる方式では一般に収差が発生し易くなり、
例えば照明光（レーザ光）を長い距離に渡り送ると、レ
ーザ光のビーム形状が非対称となり得る。このため、こ
の収差を補正するために照明光の光路中にプリズム等の
光学部材３０．３１を設けている。このように構成した
装置において結像スペクトル光ｓｐは、上述の実施例と
同様にアパーチャー４の開口部４ａの略中心（位置Ｐ）
に集光されるが、不要なスペクトルの光Ｓｐ＋、Ｓｐ２
は集光レンズ３の色収差によって、第４図に示すように
光軸ＡＸから外れた位置Ｐ、　、Ｐｌに集光される。従
って、不要なスペクトルの光ＳｐＨ，３１）ｌの集光位
置Ｐ、　、ｐ、は、光軸ＡＸ上をシフトするのではなく
光軸ＡＸから外れるため、より効率良く照明光から不要
なスペクトルの光Ｓ　ｐ　１、Ｓ　ｐ　１を除去するこ
とができることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、照明光から不要なスペク
トルの光を簡単に除去することができ、投影レンズによ
るレチクルＲの回路パターンの投影像のコントラストが
良くなり、投影像でのバックグラウンド光が除去される
ため、回路パターンの線幅の制御性や解像力を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるステッパーの概略
的な構成を示す図、第２図は第１の実施例の動作の説明
に供する図、第３図は本発明の第２の実施例によるステ
ッパーの概略的な構成を示す図、第４図は第１、第２の
実施例の変形例の説明に供する図である。１・・・エキシマレーザ装置、２・・・反射ミラー、３
・・・集光レンズ、４・・・アパーチャー、４ａ・・・
開口部、５・・・リレーレンズ、６・・・照明光学系、
９・・・投影レンズ、２０・・・光学部材、２０ａ・・
・開口部、２０ｂ。２０ｃ・・・反射面、２１．２２・・・光電検出器、２
３・・・制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】　準単色なスペクトル特性を有する光ビームを発生する
照明装置を有し、前記光ビームによってマスクに形成さ
れたパターンを投影光学系を介して感光基板上に投影露
光する装置において、前記照明装置と前記マスクとの間の前記光ビームの光路
中に配置され、色収差を利用して前記光ビームを色に応
じて空間的に異なる位置に集光させる集光手段と；該集
光手段によって集光される前記光ビームのうち、所定の
色の光ビームを抽出する抽出手段とを備え、該抽出手段
によって前記光ビームを抽出することにより、前記光ビ
ームのスペクトルの帯域を狭くすることを特徴とする露
光装置。